Intro
낯설고 특이한 이름이지만 우리가 편의점이나 마트에서 보는 페트병과 과자봉지의 원료로 사용되는 '파라자일렌(Para Xylene, P-X)'에 대하여 상세히 알아보겠습니다.
파라자일렌과 혼잡자일렌은 어떤 차이인지, 국내 생산능력(Capa)는 어느정도인지 확인해보고, 심화편, 생산 공정, 변화과정, 유도품의 종류와 특징에 대해서도 함께 알아보겠습니다.
▤ 목차
'파라자일렌(P-X)'에 대하여
☞ 무색 투명의 방향성 냄새를 가지는 휘발성 액체
☞ 테레프탈산 제조에 주로 사용되는 고부가가치 물질
☞ 벤젠에 메틸기 2개가 붙어있는 이성체 중 하나
☞ 나프타 개질을 통해 자일렌 생산 후 혼합자일렌에서 분리하여 제조
☞ 중간원료 중 가장 수요가 많으며 폴리에스터 섬유나 페트병을 만드는데 활용
☞ 과자 봉지나, 음료의 라벨 스티커에도 사용
☞ 대부분의 정유사에서 생산하고 있으며 수출 위주로 함
'혼합자일렌(Mixed Xylene)'
☞ 유기 용제이자 혼합자일렌(Mixed Xylene)으로 통칭되며, 주로 P-X(파라자일렌)의 원료로 사용
☞ 기초유분 중 하나로 방향이 있는 무색 투명한 액체
☞ 세 자일렌은 분자 구조가 차이나는 만큼 물리적 성질도 다름
☞ 자일렌(Xylene)은 분류 공정을 통해 O-X(올소자일렌), Me-X(메타자일렌), P-X(파라자일렌) 으로 분류됨
☞ O-X(올소자일렌)은 PA(무수프탈산, Phthalic anhydride)의 원료로 사용
☞ Me-X(메타자일렌)은 PIA(아이소프탈산, Purified Isophthalic Acid)의 원료로 사용
☞ P-X(파라자일렌)은 TPA(테레프탈산,Terephthalic acid)
★ [석유화학] '자일렌(Xylene)'에 대하여 알아보자
[석유화학] '자일렌(Xylene)' 및 생산 제품에 대한 모든 것! (Feat. Solvent, Isomer, 유도품, 특성)
Intro 합성원료, 페인트, 도료 등 필수 재료로 사용되는 '자일렌(Xylene)'에 대하여 상세하게 알아보겠습니다. 계통도, 국내 생산능력(Capa), 생산 공정에 대해 알아보고 자일렌의 유도품의 종류와 용
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'파라자일렌(P-X)' 국내 생산 능력
☞ 국내는 파라자일렌(P-X)이 주력 수출 상품으로 대부분의 정유사에서 대량 생산중
☞ 혼합자일렌(MX, Mixed Xylene)을 자체 생산하고 파라자일렌(P-X) 원료로 대부분 투입
☞ 일부 업체에서는 혼합자일렌(MX)를 수입하거나 파이프로 공급받아 별도 파라자일렌(P-X) 생산
※ '파라자일렌' 심화편
- 파라자일렌(P-X)는 국내에서도 활발히 사용되지만 국내 수요를 뛰어 넘는 총 생산량으로 수출이 주력임
- 23년 기준, 파라자일렌 국내 생산량은 1,079만톤
- 파라자일렌(P-X)을 원료로 한 테레프탈산(TPA)의 생산량은 4,700천톤 수준 (70% 폴리에서트 섬유, 30% PET로 투입)
- 국내 P-X 수요는 3,300천톤 수준으로 생산량의 1/3 임
- 글로벌 총 P-X 수요는 5,500만톤으로 75%가 동북아시아에 집중 (중국 3,700만톤, 65% 수준)
- 글로벌 생산능력은 약 7,400만톤으로 공급 과잉 상황이며, 약 4,000만톤 생산능력을 보유하는 중국이 지속적인 플랜트 건설 등으로 생산능력 확대를 이어감
- 2022년 중국에 수출하는 석유화학 품목 중 가장 높은 비중을 차지 했으나 (37%) 이후 점차 감소되어 짐 (22년 기준 중급 P-X 자급률 70% 수준)
- 일본도 중국에 대한 P-X 수출 의존도가 높은 곳으로 수익 악화 및 수출이 줄어들고 있음 (총 생산 능력 360만톤)
'파라자일렌(P-X)' 생산 공정
√ 방향족 분리공정 (AFU, Aromatics Fractionation Unit)
- 여러 설비의 원료를 생산하는 설비로서 개질납사 분리공정, 자일렌 분리공정 및 중질방향족 분리공정으로 구성
√ 자일렌 분리공정(PAREX, Para-xylene Extraction)
- 자일렌과 에틸벤젠 및 C8 비방향족 유분을 선택적으로 연속 흡착분리하여 파라자일렌을 생산
- 흡착 및 탈착 설비, 잔류물 분리설비 및 탈착제 정화설비, 파라자일렌 분리/정화설비로 구성
- 고체 흡착제와 액상 탈착제를 사용하여 높은 순도의 파라자일렌이 들어있는 추출물과 C8 방향족 및 비방향족 유분을 포함하고 있는 잔류물(Raffinate)로 분리
- 추출물은 액상 탈착제를 제거한 후 파라자일렌 제품을 생산하고 잔류물은 액상 탈착제 제거 후 다음 이성화 공정으로 보내 재순환
√ 자일렌 이성화공정(ISOMAR; Isomerization of Aromatics)
- PAREX 공정에서 유입되는 잔류물을 촉매를 이용하여 파라자일렌 및 벤젠으로 전환시켜 주는 공정
- 파라자일렌 및 벤젠 생산을 최대화하는데 목적
- 비평형 상태의 혼합 자일렌을 평형에 근접한 이성질체 조성으로 전환시켜 주는 이성화반응이 일어남
- 사용되는 촉매는 이중 기능을 가지는 금속 촉매가 사용되며, 이성화반응 이외에도 에틸벤젠의 탈알킬화반응을 통해 벤젠을 생성
※ 각 제조사마다 라이센스가와 주 생산 목적이 다르기 때문에 생산 공정에서 일부 차이가 있을 수 있음
'파라자일렌(P-X)' 변화 과정
파라자일렌이 합성 섬유나 페트병과 같은 유용한 물질이 되기 위해서는 중간에 거쳐 가야 할 단계가 많음
√ 파라자일렌을 액상 산화시키면 '테레프텔산(Terephthalic acid, TPA)'이 됨
√ 테레프탈산(TPA)를 에스테르화해서 얻은 것이 '디메틸 테레프탈레이트(Diemethyl-terephthalate, DMT)' 임
√ TPA 와 DMT 모두 에틸렌 글리콜(EG, Ethylene Glycol)과 중합 반응을 통해 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET) 수지를 생성
√ 이렇게 만든 PET 수지는 주로 칩 형태로 생산되며, 폴리에스터 섬유, 폴리에스터 필림, 페트병이나 플라스틱 용기, 엔지니어링 플라스틱의 원료로 다양하게 사용
☞ TPA 공정은 DMT 공정보다 반응 속도가 빠르고 더 낮은 온도에서 반응하기 때문에 촉매가 적게 사용됨
☞ 공정이 한 단계 생략되기 때문에 원가 절감을 할 수 있음 (TPA 공정 위주로 많이 사용)
주요 제품의 종류와 용도
01 폴리에스터
[특징]
: 초기 탄성 회복률이 높아서 구김이 적고 형태 변형이 잘 일어나지 않음
: 물을 거의 흡수하지 않아 의류에서는 단독으로 사용하기보다 주로 면이나 모와 혼방하여 사용
- 최초의 합성섬유는 나일론이지만, 가장 널리 사용되는 합성섬유는 폴리에스터
- 1935년 합성섬유, 나일론 개발 성공(캐로더스) 이후 1941년 폴리에스터 섬유 개발 성공(존와인 필드 & 제임스 딕슨)
- 물을 거의 흡수하지 않아 세탁 후 빨리 마른다는 장점은 있으나, 땀을 흡수하지 못한다는 단점이 있음 (면이나 모와 혼방함)
- 의류 뿐만 아니라 베개, 덮개, 솜, 매트리스, 소방호스 등 다양하게 사용 가능
02 PET
[특징]
: 복잡한 구조로 결정화도가 낮아 투명하고 가벼움
: 깨지지 않으며, 선형 열가소성 수지이기 때문에 다양한 형태와 크기, 색깔로 만들어 사용 가능함
- 1945년 듀폰사는 DMT와 EG로부터 페트를 대량 생산하는 방법을 개발
- 1973년 최초로 지금과 같은 페트병이 등장
- 산소나 탄산가스, 수증기 등 가스를 잘 차단해 내용물을 오래 보존할 수 있다는 장점이 있음
- 담는 내용물에 따라 모양과 특징을 갖는데, 탄산의 경우 바닥이 오목하고 꽃잎과 같은 모양을 함
- 외부 온도가 올라갔을 때 탄산음료가 팽창하더라도 압력을 잘 견딜 수 있도록 설계한 디자인 (ex. 콜라)
- 일회용 목적이기 때문에 재사용의 경우 미생물에 오염될 가능성이 높은것은 단점
- 세척 건조가 어렵고 55도 이상의 온도에서는 하얗게 변하거나 찌그러지는 변형이 발생
- 최근 환경적으로 플라스틱 이슈가 부각됨에 따라 폐플라스틱 재활용 기술을 개발 중
03 그 외
- 파라자일렌으로 만든 PET는 길게 뽑아내면 섬유, 평평한 시트 형태로 만들어 얇게 펴면 필름이 됨
- 식품 파우치, 커피, 차, 치즈 등 일반 식료품과 식품 포장용에 사용
- 전자제품에 붙어있는 얇은 보호필름도 PET 필름(이형 필름)
- 음료수병의 라벨지도 PET 필름으로 제조되며, 산업용 스티커, 차량용 선팅 필름 등 폭넓게 활용
END
페트병과 과자봉지의 원료로 사용되는 '파라자일렌(Para Xylene, P-X)'에 대하여 상세히 알아보았습니다. 그 밖에도 폴리에스터 섬유의 원료로 사용되어 우리가 입고 있는 옷 속에도 있다는 사실까지 확인했습니다.
같은 자일렌이지만 메틸기에 붙어있는 위치에 따라 녹는점, 끓는점, 비중 등이 달라지고 용도가 달라지는 데요. 이 중 녹는점이 13.2℃인 파라자일렌으로 다양한 용도의 제품으로 변신한다는 것이 너무 신기할 따름입니다. 앞으로 페트병이나 과자봉지, 의류에서 PET를 보신다면 파라자일렌을 떠올리실 것 같습니다.
혼합자일렌 내 '파라자일렌'에 대해 정의, 생산 공정, 생산Capa, 유도품에 대해 조금이나마 이해와 도움이 되셨기를 바랍니다.
※ 본 내용들은 다양한 사이트에서 내용을 발췌하여 개인 공부용으로 정리했으며, 파라자일렌 및 생산제품과 관련된 표(제조사, Capa(단위 : 1KT), 점유율)는 석유화학편람 및 기타 자료를 참고하여 직접 작성하였습니다.
