[석유화학] EO(에틸렌 옥사이드) 및 EG(에틸렌 글리콜)에 대한 모든 것! 총정리! (Feat. DEG, TEG)

Intro

섬유, 페트병, 부동액 등의 소재로 활용되는 범용화학 제품인 'EO(에틸렌옥사이드) 및 EG(에틸렌글리콜)'에 대해 알아보겠습니다.

 

'EO/EG'가 무엇인지, 특징 및 용도, 생산 공정 및 능력, 주요 제품의 종류와 용도, 산업동향까지 상세하게 알아보고 정리해 보겠습니다.

 

▤ 목차

 

'EO / EA'에 대하여

01 EO (에틸렌 옥사이드)

- 상온 시 무색의 기체상태, 낮은 불순물 함량

- 에틸렌의 산화 반응으로 EO를 제조하며, EO를 물과 반응시켜 EG 생산

- 물보다 낮은 온도에서 어는 특성을 가짐 (혼합 비율에 따라 달라짐)

- 차, 비행기, 배의 부동액을 만드는 데 사용

- 계면활성제 및 콘크리트 혼화제 원료로 사용

- UPR, 폴리우레탄의 중간체

- EO : C2H4 + 1/2O2 → C2H4O

- 국내 제조사 : 롯데케미칼 (40KT), LG화학(18KT), 한화토탈(15.5KT), 대한유화(20KT)

** EO CAPA의 경우 EO/EG 합산으로 된 곳도 있음

 

02 EG (에틸렌 글리콜)

- 무색 무취의 액체로 저독성 액체

- 에틸렌을 산화시켜 생산된 산화에틸렌(EO)을 물과 반응시켜 제조 (산화제 : 수산화나트륨, 산화수은 등 사용)

- 수용성이 높기 때문에 물과 잘 섞이며, 알코올, 에테르, 아세톤, 벤젠 등과도 잘 섞임

- 주로 냉각수, 열전달 유체 등으로 사용되는데 높은 냉각 효율 및 열전도율, 안정성 등 때문

- 부동액의 원료, TPA(or DMT)와 함께 투입되어 폴리에스터 제품 원료로 사용

- 산업에서는 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄, 표면활성제 등의 제조에도 사용 

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EG 국내 생산능력 (I ECONOMY U)

 

'EO / EA' 특징 및 용도

01 EO (에틸렌 옥사이드)

출처 - 한화토탈에너지스

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☞ 옥사이드(Oxide, 산화물)라는 이름에서 알 수 있듯, 에틸렌이 산화한 물질

☞ 상온에서 색이 없는 기체 상태로, 생화학적 반응성이 높은 점이 특징

☞ 반응성이 높은 EO(에틸렌 옥사이드)는 살균, 살충효과가 뛰어나며 금속을 부식시키지 않는 특성을 가짐

☞ 의료기구나 포장용기의 가스 살균제로 주로 사용

☞ 다른 석유화학 물질을 합성하는 원료로도 많이 활용되는 유용한 물질 중 하나

 

02 EG (에틸렌 글리콜)

출처 - 한화토탈에너지스

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☞ '글리콜(Glycol)'은 두 개의 수산기(-OH)를 가지는 화합물에 붇는 이름으로 물(H2O)이 EO(에틸렌 옥사이드)의 산소와 반응해 두 개의 수산기로 나뉘어 각각의 탄소에 결합돼 만들어진 물질

☞ 부동액의 원료로 흔히 사용되는 물질 (기계의 엔진 혹은 부속 장치들이 동파돼 망가지는 것을 방지함)

☞ EG(에틸렌 글리콜)과 물을 섞으면 혼합 비율에 따라 어는 점이 영하 50℃까지 낮아짐

☞ 폴리에스터 합성섬유 제조에도 활용 (전체 생산량의 약 50%가 사용)

☞ 합성수지, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 원료로 사용

☞ 다이너마이트의 원료 (이질산 에틸렌 글리콜)

 

'EO / EG' 생산 공정 및 능력

01 EO/EG 생산 공정

√ EO : C2H4 + 1/2O2 → C2H4O

√ EC : C2H4O + CO2 → C3H4O3 (에틸렌 카보네이트)

√ EG(MEG) : C3H4O3 + H2O→ C2H6O2 + CO2

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출처 -  Ethylene Glycol Production - Chemical Engineering (chemengonline.com)

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☞ 에틸렌 옥사이드(EO) 생성

- C2H4 + 1/2O2 → C2H4O

- 에틸렌 및 산소는 다중관형 반응기에 공급되어 EO를 형성함

- 반응기 튜브의 고정층에서 진행되는 발열반응은 알루미나와 은 촉매를 통해 고온에서 반응함

- 반응열로 인해 증기가 발생

 

☞ 에틸렌 옥사이드(EO) 정제

- EO 스트림에는 미반응 에틸렌, 물, CO2 및 기타 부산물과 함께 에틸렌 옥사이드가 포함되어 있음

- 혼합물은 냉각되고 압축된 다음 정제단계를 거침

- 반응하지 않은 에틸렌은 EO Reactor로 회수되어 재활용 됨

 

☞ MEG(모노 에틸렌 글리콜) 생성

- EC : C2H4O + CO2 → C3H4O3

- EG(MEG) : C3H4O3 + H2O→ C2H6O2 + CO2

- 에틸렌 옥사이드는 CO2와 반응하여 에틸렌 카보네이트(EC) 형성함

- 가수분해되어(H2O) MEG 및 CO2를 형성함

- 두 반응 모두 균질 촉매를 사용하여 액상에서 수행

- 반응 단계에서 나오는 CO2는 에틸렌 카보네이트 반응기로 재순환 됨

 

☞ MEG 정제

- MEG는 물이 제거되는 두 개의 증류탑에서 정제되어 최종 MEG 제품이 됨

- 촉매는 분리되어 에틸렌 카보네이트 반응기로 재활용 됨

- EG Mixture에서 DEG, TEG를 분리하고 최종 MEG를 생산

 

02 국내 EO/EG 생산능력

국내 EG 생산 능력(I ECONOMY U)

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** 국내 EO CAPA는 확실하게 나와있지 않으며, 대부분 EG 생산능력으로 작성됨

** EO CAPA의 경우 EO/EG 합산으로 된 곳도 있음

 

※ Shell 社 EG Process (OMEGA)

출처 - wase_life 님의 블로그

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☞ Shell 社의 'OMEGA EG Process'는 촉매 공정을 통해 에틸렌 글리콜 생산을 가능하게 하는 최초의 공정

☞ EO에서 EG로의 전환 및 선택성을 거의 100% 달성할 수 있어 MEG만 생산 가능(DEG, TEG 최소화)

☞ 그 외 기술은 SD(Scientific Design)와 Dow chemical이 있음

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SD 社 EO/EG공정 (출처 - TOYO-ENG KOREA)

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☞ SD(Scientific Design) 공정의 경우, 에틸렌과 산소가 결합하여 multi-tubular 촉매 반응기에서 EO 생산

☞ 반응기에서 생산된 EO는 고순수 품질 EO로 분리되거나, 추가 처리되어 fiber-grade MEG, DEG, TEG로 생산

 

주요 제품의 종류와 용도

01 DEG (디에틸렌글리콜)

- 무색 무취의 액체이며 약간의 점도를 가지고 있음

- 폴리에스터 수지, 폴리우레탄의 중간체

- 섬유산업에서 섬유의 염색 및 가공에 사용(내구성 향상)

- 인쇄잉크, 직물염료, 수지등의 용매

- 국내 롯데케미칼, 한화토탈, 대한유화 생산 및 공급(LG화학 가동 중지)

- CAS NO : 111-46-6

 

02 TEG (트리에틸렌글리콜)

- 무색 무취의 액체이며 DEG 보다 점도가 높음

- 물, 알코올, 벤젠에 섞이며, 플라스틱의 굴곡성을 좋게 함

- 가소제, 합성수지, 유화제의 원료

- 가스 탈취제, 용매 압출제

- 젤라틴, 코르크, 담배, 화장품의 습윤제

- 국내 롯데케미칼, 한화토탈 생산 및 공급(거의 생산량이 없는 수준)

- CAS NO : 112-27-6

 

산업 동향 및 심화편

∨ MEG는 주요 용도인 폴리에스터(Polyster) 섬유 시장이 침체된 가운데 중국의 합섬원료 자급화를 추진한 영향으로 공급 과잉 상황 (23년도 글로벌 신증설 712만톤 급증)

∨ MEG 가격이 장기간에 걸쳐 약세를 계속하며 국내 생산량이 급격한 감소추세를 나타냄 (수급이 개선될 가능성 희박)

∨ 국내 및 일본은 수요가 안정적인 EO(Ethylene Oxide) 생산에 집중

∨ 중국, 인디아 등 신흥국 성정으로 MEG 수요는 PET(Polyethylene Terephthalate) 섬유 및 필름에서 증가세를 보임

∨ 다만 22년 글로벌 생산능력이 548만톤, 23년 712만톤으로 확대된 반면, 수요는 하락세를 보임(공급 과잉 상태)

∨ 글로벌 가동률은 19년부터 84%, 20년 77%, 21년 72%, 22년 64%로 급격하게 하락중

∨ 국내 생산능력 또한 122만톤에서 79만톤으로 축소됨 (중국발 공급과잉 영향)

∨ 중국은 석탄 생산량이 급증함에 따라 MEG 공급 과잉이 더욱 심화될 것으로 전망 (원가부담 완화)

∨ 국내 폴리에스터 섬유 시장은 중국산 점유율이 이미 70% 달하며 재고가 상당수준 축적되어 있음

∨ 글로벌 총 수요는 3,500만톤 후반이며, 생산능력은 5,500만톤 수준

 

※ 심화편

- 롯데케미칼 국내 MEG 생산능력이 압도적으로 높은 수준으로 주로 폴리에스터 원료(화섬사)로 대부분 공급 및 수출을 하였으며, 일부 화섬사에서는 롯데케미칼 제품 외 공급 안정성 및 낮은 가격의 이유로 수입을 별도로 진행

- 한화토탈은 자동차 부동액 원료로 대부분 공급을 하였고, LG화학은 대부분 수출이었으며, 일부 화섬사와 부동액 원료로 공급을 함

- 대한유화는 14년 울산 소재 20만톤 MEG 플랜트 신규 가동 후 저가 판매를 시작하여 국내 시장에 공급 및 수출함

- EG(MEG) 가격은 17년 평균 700~900 USD/MT 수준에서 18년 초 1,000 USD/MT 까지 올랐다가 5월 이후 계속 하락세를 보임

- 23년 450~520 USD/MT 수준으로 변동성을 보이며 가격이 회복되지 못해 EG 제조사들 누적 적자가 매년 심화됨

- 24년 현재, 530 USD/MT 수준으로 가격 형성이 되어 있으며, DEG는 600~650 USD/MT 수준임

- 결국 DEG, TEG 생산 적자도 커지게 됨에 따라 가동 중지 및 최소화를 진행하게 됨

- 롯데케미칼(여수)은 MEG-DEG-TEG 라인 생산 가동률 최소화를 진행, EO 위주로 생산

- 롯데케미칼(대산)은 23년부터 EO/EG 라인 외 MEG-DEG-TEG 라인 가동 중지 (DEG, TEG 생산되지 않음)

- LG화학(대산)은 24년 5월 MEG-DEG-TEG 생산 중단(DEG, TEG 생산되지 않음)

- 한화토탈(대산)은 23년부터 가동률을 더욱 낮추며 공급량 감축

- 대한유화(울산)은 22년 가동률을 80% 수준으로 대폭 낮추면서 공급 감축

- 마루젠석유화학(일본)은 22년 5월 EO/EG 플랜트 가동 중단

- 주요 제조사들의 다년간 적자폭 심화로 인해 가동률 감축, 공급량 감소가 진행됨에 따라 국내 공급 안정성에 불확실성이 생김

- 23년 초, 국내 중국산(S 社)과 캐나다(M 社) 제품이 평택으로 대량 수입됨(BULK, 4,000MT 수준)

- 4곳에서(H사, H사, B사, C사) 같은 시기에 대량 수입을 진행하며 국내 공급이 너무 과잉으로 변함

- 결국 내수 시장에서 수입상들끼리 서로 치킨게임에 들어가며 저가 공세로 물량 밀어내기에 급급했으며, 시장 가격 수준을 파괴함

- 24년 현재에도 가격은 회복하지 못하고 있으며, 수요가 더욱 감소된 상황

- DEG는 수입품이 주로 공급되고 있는 상황으로 인도, 사우디, 대만, 중국 등에서 수입(BULK, ISOTANK)을 진행함 (수입처 H사, B사, K사 등)

- TEG도 수입품(S 社, D 社)이 주로 공업용 시장에 판매되고 있으나 수요가 낮으며, 국내 제조사 생산량은 매우 낮은 수준임

 

END

섬유, 페트병, 부동액 등의 소재로 활용되는 범용화학 제품인 'EO(에틸렌옥사이드) 및 EG(에틸렌글리콜)'에 대해 알아보았는데요.

 

중국의 영향으로 국내의 EO/EG 산업이 많이 약해지며 많은 아쉬움을 주고 있는데요. 저가 공세 및 좋지 않은 업황이 지속되면  어느 기업이라도 사업을 유지하기가 힘들다는 것을 보여주고 있습니다.

 

'EO/EG'에 대해 특징 및 용도, 생산 공정 및 능력, 주요 제품의 종류와 용도, 산업동향, 심화편까지 상세하게 알아보고 정리해 보았으니 공부하시는 분들께 조금이나마 이해와 도움이 되셨으면 좋겠습니다.

 

 

 

 

※ 본 내용들은 다양한 사이트에서 관련 내용을 발췌하여 개인 공부용으로 정리했으며, EO/EG와 관련된 표(제조사, Capa(단위 : 1KT), 점유율)는 석유화학편람 및 기타 자료를 참고하여 직접 작성하였습니다.