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http://www.mhg114.com/forum.php?mod=viewthread&tid=106584 석탄에는 타르, 가스 등의 휘발성 성분이 포함되어 있습니다.석탄의 분질 활용이란, 열분해를 통해 석탄에 포함된 다양한 성분들을 먼저 분리하는 것으로, 메탄, 수소, 타르, 반코크스 등이 이에 해당합니다.타르 수소화를 통해 휘발유와 디젤도 생산할 수 있습니다.석탄의 분질적 활용에는 두 가지 실질적인 의미가 있습니다. 첫째, 자원을 보다 효과적으로 활용할 수 있다는 것입니다. 둘째, 반코크스는 열분해를 통해 효과적으로 정제되어 낮은 휘발분과 낮은 유황 함량을 가진 깨끗한 연료로 변합니다. 반코크스를 일반 석탄 대신 사용하면 대기 오염을 줄일 수 있습니다.따라서 석탄의 질에 따른 분류적 활용은 많은 전문가들에 의해 석탄을 청정하고 효율적으로 활용할 수 있는 효과적인 방법으로 여겨집니다. 이는 석탄을 가공하여 활용하는 데 있어 가장 이상적인 방안이며, ‘13차 5개년 계획’에서 석탄화학 산업의 중점 발전 방향이기도 합니다. 사진은 홍후이 에너지화학회사의 1천만 톤 규모 석탄 다목적 활용 프로젝트입니다.(왕홍 촬영) 하지만 저유가 시대에는, 최근 몇 년간 석탄의 분별적 활용을 실천하는 기업들이 좋은 성과를 거두며 업계의 인정을 받았음에도 불구하고, 석탄을 분별적으로 활용하여 생산된 디젤이나 나프타와 같은 하위 제품들의 가격은 크게 하락했습니다；한편, 석탄의 분질 활용에서 중요한 제품인 반코크스는 공급 과잉 문제에 직면해 있을 뿐만 아니라, 비교적 경제적인 활용 방안도 부족한 실정입니다. 따라서 석탄의 분질 활용 관련 제품들의 경제성은 큰 시험에 처해 있습니다. 인터뷰에서 업계 관계자들은 현재 석탄의 다양한 용도 활용이 점차 확대되고 있는 상황에서, 산업이 더욱 발전하기 위해서는 석탄을 다양하게 활용하는 방안에 대해 심도 있게 고민해야 한다고 말했습니다. 디젤: 국가 표준에 부합하는 디젤을 생산하는 것이 가능하다. 석탄을 다양한 용도로 활용하는 데 있어서 가장 큰 장점 중 하나가 바로 디젤 생산이다.석탄을 열분해하면 석탄 타르가 생기며, 이 석탄 타르를 수소화하면 디젤을 만들 수 있다. 이 방법은 석탄을 직접 가공하여 기름을 만드는 방법이나 간접적으로 가공하는 방법에 비해 투자 비용이 더 낮다.하지만 생산된 디젤은 국가 표준 디젤의 기준과 약간 차이가 있으며, 낮은 응고점과 낮은 유황·질소 함량은 높지만, 옥탄가와 다환 방향족 화합물 등의 지표는 낮은 편입니다. “석탄 타르를 수소화하여 만든 디젤의 종합 성능은 국Ⅲ 자동차용 디젤 기준에 미치지 못합니다.”간쑤 홍후이 에너지화학 유한회사의 부총경리인 장젠치앙은, 석탄 타르를 수소화하여 만들어진 디젤의 옥탄가는 40에 미치지 못한다고 말했습니다. 국제 III 기준에 따른 자동차용 디젤의 옥탄가는 49 이상이어야 하므로, 이러한 디젤은 단지 디젤 혼합물의 성분으로만 사용될 수 있으며, 직접 자동차의 연료로 사용될 수는 없습니다. 앞으로도 석탄은 우리나라의 에너지 소비에서 장기적으로 주요한 역할을 할 것이며, 석탄을 활용할 때에는 청정하고 효율적인 방식을 통해 처리해야 합니다.사진은 연장석유의 석탄·석유·가스 자원 종합 전환 프로젝트입니다.(국화 촬영) 장건강은 고유가 시대에는 석탄타르를 수소화하여 생산된 디젤유의 판매에 문제가 없으며, 이 사업에 뛰어든 기업들은 모두 훌륭한 경제적 성과를 거두고 있다고 말했습니다.국제 원유 가격의 급락과 국내 정제유 가격의 지속적인 하락으로 인해, 코크스타르를 수소화하여 생산된 디젤의 가격은 4,000위안/톤 수준으로 떨어졌습니다. 이는 가격이 가장 높았을 때와 비교하면 절반에도 미치지 못하는 수준입니다. 게다가 연료 소비세까지 고려하면, 코크스타르를 수소화하여 디젤을 생산하는 기업들은 사실상 이익을 얻을 수 없으며, 오히려 손실을 입게 됩니다. 이와 함께, 우리나라의 석유제품 고도화 속도도 점점 빨라지고 있습니다. 2016년 1월 1일부터는 동부 지역의 주요 도시들에서 국IV 기준에 부합하는 유황 함량을 가진 일반 경유가 공급되기 시작했습니다. 2017년 7월 1일부터는 전국적으로 국IV 기준에 부합하는 일반 경유만이 공급되며, 국IV 기준에 미달하는 일반 경유의 국내 판매는 중단됩니다. 국제 유가가 연속으로 하락하고 정제유가 고도화되는 상황에서, 지난 2년간 국내에서는 세 차례에 걸쳐 정제유 소비세를 인상했습니다.그래서 석탄의 다양한 용도 활용 프로젝트를 추진하고 있는 한 회사의 대표는 석탄 타르를 수소화하여 얻은 제품의 생산 방식을 변경해야 한다는 아이디어를 떠올렸습니다. 그는 두 가지의 생산 방식 변경 방안을 제시했습니다. 첫째, 석탄 타르를 수소화하여 얻은 디젤을 국IV 기준에 부합하는 일반 디젤이나 자동차용 디젤로 전환한 뒤, 직접 시장에 공급하는 것입니다；둘째는 디젤이나 콜타르를 화학제품 생산에 사용하여 소비세를 합리적으로 회피하는 것입니다. 치루 석화의 고급 엔지니어인 류환티엔은, 석탄 타르로 만들어진 디젤유가 혼합 처리를 통해 일반 디젤유의 국IV 기준 및 자동차용 디젤유의 국IV 기준을 충족시킬 수 있다고 생각합니다.피토합성 디젤의 옥탄가는 65에 달하며, 황, 질소, 인 및 중금속 이온이 포함되어 있지 않습니다. 방향족 탄화수소의 함량도 매우 낮습니다. 하지만 단점은 동결점이 비교적 높고, 밀도는 일반 디젤보다 낮아서 0.7kg/입방데시미터 정도에 불과합니다.폴리메톡시디메틸에터의 옥탄가는 평균 76 이상이며, 디젤유에 첨가하면 디젤유의 응고점을 낮출 수 있습니다. 또한 산소 함량이 40% 이상이어서 디젤유가 더 완전하게 연소되어, 탄소 연기나 입자와 같은 오염물질의 배출을 크게 줄일 수 있습니다.석탄 타르 수소화로 생산된 디젤을 피토 디젤 및 폴리메톡시디메틸에터와 혼합하면 국IV, 국V 자동차용 디젤 기준을 충족하여 직접 최종 시장에 공급될 수 있다.현재 우리나라의 디젤 연료 소비량 중 약 2/3는 비도로용 기계, 수상 운송 수단 등의 분야에 집중되어 있으며, 시장 수요가 매우 큽니다. 산시 단펑화공주식회사의 부총공정사인 리보밍은, 석탄타르를 수소화하여 만든 디젤유를 피토디젤이나 폴리메톡시디메틸에터와 혼합하여 기준에 부합하게 만든 뒤 직접 최종 시장에 공급하는 것도 실현 가능한 방법이라고 말했습니다. 하지만 구체적으로 어떻게 혼합할지, 그리고 혼합 비율은 얼마가 될지는 아직 검증이 필요합니다. 석탄 타르를 수소화하여 얻은 디젤의 옥탄가가 낮다는 것은, 그 구성 성분 중 알칸의 함량이 낮고, 나프탄 및 방향족 화합물의 함량이 높다는 것을 의미합니다.이에 일부 기업들은 여기서 화학제품을 추출할 수 있는지 제안했습니다. 이렇게 하면 제품의 가치를 높일 수 있을 뿐만 아니라 소비세도 피할 수 있습니다. 하지만 기자가 파악한 바에 따르면, 석탄 타르 수소화를 통해 얻은 디젤에서 화학 제품을 추출하는 데에는 아직 충분한 기술적 지원이 이루어지지 않고 있습니다. 기자는 관련 설계원의 전문가들로부터, 석탄 타르를 수소화하여 얻은 디젤에 포함된 총 나프탄환류의 비율이 약 54.67%라는 사실을 알게 되었습니다. 디젤을 분해하여 방향족 화합물을 만드는 것은 이론적으로는 가능하지만, 디젤에 포함된 나프탄환류의 구조는 매우 복잡하여 측정하기 어렵습니다. 디젤을 분리하여 순도가 99.5% 이상인 화학 제품을 만드는 것도 쉽지 않으며, 생성된 화학 제품의 선택성도 정량화하기 어렵습니다. 단일 고리 방향족 화합물로 완전히 전환시키려면 공정 및 촉매 측면에서 상당한 어려움이 있으며, 반드시 효과적인 단일 방향족 화합물만이 생성된다고 보장할 수도 없습니다. 기자의 조사에 따르면, 현재 중국석화는 디젤을 이용해 방향족 화합물을 생산하는 기술에서 아직 돌파구를 찾지 못하고 있습니다. 단지 디젤을 수소화 처리하여 고옥탄가의 휘발유 성분을 생산할 뿐, 방향족 화합물을 추출하는 것은 아닙니다. 나프타: 방향족 화합물 제조에는 아직 산업적 검증이 필요함. 석탄 타르를 수소화하여 얻는 제품 중에는 디젤 외에도 나프타가 있으며, 촉매와 운전 조건을 조절함으로써 얻어지는 나프타의 비율은 최대 35%~40%에 이를 수 있다.기자의 파악에 따르면, 현재 석탄 타르를 수소화한 후 얻어지는 나프타의 가격은 톤당 약 3800위안으로, 거의 이익이 없는 수준입니다. 톤당 2300~2400위안의 소비세를 더 내야 한다면 기업은 손해를 보게 됩니다. 나프타는 에틸렌과 방향족 화합물을 생산하는 데 중요한 원료입니다. 그렇다면, 석탄 타르를 수소화하여 얻은 나프타도 에틸렌과 방향족 화합물을 생산하는 데 사용될 수 있을까요?아니면 콜타르를 직접 사용해 방향족 화합물을 만드는 건가요?이것도 업계 관계자들이 현재 주목하고 있는 문제가 되고 있습니다. 업계 일각에서는 석탄 타르를 직접 이용해 방향족 화합물을 생산하는 방식은 실현 불가능하다고 보고 있습니다.후난 창링 석화 과학기술 개발 유한회사의 부총경리인 주팡밍은 기자에게, 코크스 타르에는 방향족 화합물의 함량이 높다고 말했습니다. 이론적으로는 수소화 분해를 통해 방향족 화합물을 얻을 수 있지만, 그렇게 얻어지는 방향족 화합물들은 혼합물이며, 그 구성 성분들이 너무 복잡하고 다양합니다. 벤젠, 톨루엔, 크실렌, p-크실렌의 비율을 정하기도 어렵습니다. 또한 분리 및 정제 과정도 매우 복잡하고 까다롭습니다.석탄 타르를 이용해 방향족 화합물을 생산할 때, 벤젠, 톨루엔, 크실렌이 얻어지지만, 특히 시장 가치가 가장 높은 p-크실렌의 경우 선택성이 높아야 하며, 순도가 99.95%에 달해야 의미가 있습니다.주팡밍은 이러한 기준에 도달하지 못한다면, 석탄 타르를 이용한 방향족 화합물 제조는 단지 개념에 불과할 것이라고 지적했다. 산둥 쯔보 타이퉁 촉매기술유한회사의 완쉐빙 사장도 석탄타르의 방향족 화합물 함량이 높고 성분이 매우 복잡하기 때문에, 벤젠, 톨루엔, xylene, p-xylene와 같은 방향족 화합물을 추출하기 위한 분리 및 정제는 경제적으로 타당하지 않다고 생각합니다. 나프타의 알칸 함량이 높을수록, 그것을 분해하여 얻는 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔의 수율도 상대적으로 높아집니다. 중국석유화학그룹과 중국석유공사가 정한 에틸렌 생산용 나프타의 기준에 따르면, 알칸 함량은 최소 55% 이상이어야 합니다. 하지만 기자의 조사에 따르면, 석탄타르를 수소화하여 얻은 정제된 나프타의 알칸 함량은 약 38%에 불과하며, 분해된 나프타의 경우에도 50%에 그쳐서 에틸렌 생산용 원료로서의 요구사항을 충족시키기 어렵습니다. 나프타의 방향족 함량의 높고 낮음은 방향족 화합물의 생산량을 직접적으로 결정하며, 설비의 경제적 효율성도 좌우합니다.방잠 함량이란 방향족 화합물의 함량을 의미하며, 나프타 내의 C6～C10 방향족 탄화수소 함량과 C6～C10 아로마틱 탄화수소 함량의 합을 말합니다.촉매 개질을 통해 C6 방향족 탄화수소는 C6 방향족 화합물(벤젠)로 전환되고, C7 방향족 탄화수소는 C7 방향족 화합물(즉, 톨루엔)로 전환됩니다. 이와 같은 과정이 계속 반복됩니다. 한편, C7 방향족 화합물, C9 방향족 화합물, C10 방향족 화합물들은 분열 반응을 거쳐 고부가가치를 가진 C8 방향족 화합물(즉, 혼합 디메틸벤젠)과 벤젠으로 전환됩니다.현재 석탄 타르를 수소화하여 얻어지는 나프타의 방향족 함량은 45%~60%에 달하며, 이는 일반적인 리파이닝 원료의 방향족 함량보다 높습니다. 이러한 나프타를 리파이닝하면 벤젠, 톨루엔, 크실렌 및 C9 이상의 중질 방향족 화합물들을 생산할 수 있습니다. 나머지 성분들은 고옥탄가 휘발유를 제조하는 데 사용됩니다. 고옥탄가 휘발유는 그대로 판매될 수도 있고, 기업들이 직접 국V 휘발유를 조제하는 데에도 사용될 수 있습니다. 외부에서 구입한 촉매식 휘발유나 직접 정제된 휘발유, 알킬화된 휘발유 등과 고옥탄가 휘발유를 혼합함으로써 방향족 함량을 국V 휘발유의 품질 기준에 맞출 수 있습니다. 따라서 일부 기술 특허 소유자들과 설계사무소들은 여러 가지 제품 생산 방법을 제안했습니다. 그 중 하나는 나프타를 이용해 벤젠, 톨루엔, 크실렌과 같은 방향족 화합물을 생산하는 방법입니다；둘째는 방향족 화합물과 고옥탄가 휘발유 제품을 생산하는 방식으로, 방향족 화합물과 휘발유의 시장 가격 변동에 따라 제품을 적절히 조정합니다. 설비 규모가 크다면, 석유화학 분야에서 사용되는 저방향족 함량의 나프타를 적당히 구입할 수도 있습니다；셋째, 나프타에서 시클로펜탄과 같은 두 가지 화학제품을 추출한 후, 이를 이성질화시켜 옥탄가를 높인 다음, 이를 국V 휘발유의 혼합 성분으로 사용하는 것입니다；넷째는 나프타를 정밀화학 제품으로 만드는 방법으로, 증류를 통해 이펜탄, 노르멘탄, 시클로펜탄, 노르헥사인, 시클로헥사인을 얻을 수 있습니다. 노르멘탄은 발포제로 사용될 수 있고, 시클로펜탄은 냉매로 사용될 수 있습니다. 노르헥사인과 시클로헥사인은 고성능 추출제로 활용됩니다. “하지만 지금은 보통 이 전문가가 와서 이 제품 라인을 제안하고, 저 전문가가 와서 저 제품 라인을 제안하는 식이며, 구체적인 내용들은 아직 산업화 검증을 거치지 않았습니다.”간쑤 홍후이 에너지화학 유한회사의 선임 엔지니어인 쑤아오시엔융이 말했습니다. 초선용의 견해에 따르면, 나프타 개질을 통한 방향족 화합물 생산은 아직 산업화적 검증이 필요하다.전문가들은 방향족 화합물을 만들 수 있는 것도 대부분 PONA(알칸, 올레핀, 나프탄, 방향족 화합물로 구성된 비율) 값에 따른 단량체 탄화수소 이론을 통해 추산된다고 보며, 나프타를 개질한 후의 촉매 반응의 난이도는 어떨까요?건조 가스와 액화 가스가 증가할 텐데, 얼마나 많은 양이 액체 상태가 될까?이러한 문제들은 모두 확정하기 어려우며, 검증이 필요합니다.그리고, 검증 후의 경제성은 어떤가요?프로젝트의 주기는 어떻게 되나요?현재도 아직 알 수 없습니다. 반코크스: 활용 방안은 아직 모색 중입니다. 석탄의 다양한 용도 활용 과정에서, 석탄 1톤을 열분해하면 약 0.5톤의 반코크스가 생산됩니다. 반코크스의 활용은 석탄의 다양한 용도 활용에 있어 핵심적인 요소이며, 낮은 유가 상황에서는 석탄의 다양한 용도 활용의 효율에도 영향을 미칩니다.현재 반코크스 시장은 공급 과잉 상태에 있으므로, 업계 관계자들은 석탄의 다양한 활용 방안을 모색할 때 반코크스의 활용 문제를 반드시 해결해야 한다고 조언합니다. 지난해부터 유린 지역은 반코크스의 판매 경로를 확대하기 위해 ‘청정 연료’라는 브랜드를 내세우고 있습니다.소형 보일러, 가정용 난방, 식당용 석탄 등과 같은 민간용 석탄 대신 반코크스를 사용하도록 장려함으로써, 민간에서 사용되는 석탄으로 인해 발생하는 각종 스모그 유발 물질을 줄일 수 있습니다. 이를 통해 도시와 지역의 황사 오염도가 개선됩니다. 또한, 주거 공간 내에서 배출되는 다량의 독성이 있는 다환방향족탄화수소의 양도 현저히 줄어드는 추세입니다.하지만 반코크스의 강도가 낮아 성형된 후에는 충분히 튼튼하지 않아 장거리 운송 시 쉽게 파손됩니다. 또한 일반 원유에 비해 가격이 비싸기 때문에, 사용자들은 원유를 그대로 사용하는 것을 포기하기 어렵습니다. 그래서 민간용 연료로서 원유 대신 반코크스를 사용하는 경우는 여전히 드뭅니다. 반코크스를 이용해 발전해도 원유가 더 경제적이다.반코크의 시장 가격은 석탄에 비해 항상 톤당 200위안 더 비쌉니다. 또한, 건조 처리된 반코크의 휘발분이 적어 단독으로 연소시키기가 어렵습니다. 현재 사용되고 있는 분쇄석탄 보일러나 순환유동층 보일러들은 주로 석탄을 기준으로 설계되었기 때문에, 반코크를 사용하려면 기존 장비와 제어 프로그램을 개조하거나 조정해야 합니다. 이는 분명히 비용을 증가시킬 것입니다. 반코크스는 가스화 원료로 사용될 수 있으며, 피토합성과 같은 석탄화학 공정과 연계하여 다중 생산을 실현함으로써 석탄의 분별적 활용을 진정으로 이룰 수 있다.조사에 따르면, 반코크스를 원유가 대신하여 수코크스 슬러리 가스화에 사용하는 기술은 이미 산업적으로 활용되고 있으며, 최대 혼합 비율은 50%에 달할 수 있다. 알려진 바에 따르면, 대량으로 생산된 타르와 가스를 얻기 위해서는 석탄을 분류하여 활용하는 과정이 대규모화되어야 합니다. 현재 단일 석탄 열분해로의 규모는 점점 더 커지고 있습니다. 기술적 성숙도는 제쳐두고라도, 현재 건설 중인 새로운 형태의 수직형 건조분해로, 회전식 로, 그리고 새로운 형태의 벨트식 열분해로의 경우, 단일 로당 연간 석탄 열분해 규모가 기존의 수직형 건조분해로의 10만 톤에서 30만 톤, 심지어 100만 톤으로 증가했습니다. 이러한 변화는 석탄을 분류하여 활용하는 과정의 대규모화에 기반이 되고 있습니다.현재 국내에서 열분해를 통해 석탄 1톤당 약 0.5톤의 반초가 생산됩니다. 연간 1천만 톤의 석탄을 다양한 용도로 활용하는 프로젝트의 경우, 1년 동안 약 500만 톤의 반초가 생산될 것입니다.“반초의 양이 너무 많아서 다 쓸 수 없어요.” 베이징 중커 합성유 공정유한공사의 고문인 탕홍칭이 이렇게 말했다. 석유화학기획원 에너지화학과의 고급 엔지니어인 류사밍은 기자에게, 만약 반코크스만을 사용해 수소화 석탄 슬러리를 만든 다음 가스화한다면, 반코크스는 기공이 많고 비표면적이 크기 때문에, 반코크스와 물이 결합하여 생성되는 슬러리의 농도가 낮아지고 슬러리로서의 성능도 좋지 않다. 또한 고정탄소 비율은 80%에서 85%에 달하며, 산소 소비량도 많다고 말했습니다.반코크가 이미 휘발분을 제거했기 때문에, 휘발분이 적으면 반응 활성도가 떨어지고 탄소 전환율도 낮아집니다.반코크의 회분 함량이 높고 경도도 크며, 일부 반코크의 회분 함량은 35%에 달하기도 합니다. 따라서 수소화 석탄 슬러리로 만들든 건조 분말 형태로 가스화하든 가스화로가 막히기 쉽으며, 효과적인 합성가스를 생산하는 데 드는 비용도 높습니다. “반코크 활용에 방안이 전혀 없는 것은 아니지만, 적절한 방안이 없을 뿐입니다. 반코크를 완전히 가스화하려면 실험 단계를 거쳐 산업적 규모로 확장해 나가는 과정이 필요합니다.” 탕홍칭이 말했다.심지어 업계 관계자들 중에는, 반코크스 가스화가 비효율적이고 적절한 활용 방안도 없다면, 열분해를 통해 얻은 석탄 타르를 수소화하여 만든 디젤도 **기준을 충족하지 못할 것이므로, 차라리 가스를 그대로 가스화한 뒤 피토합성법을 이용해 석유를 생산하는 것이 더 경제적이라고 주장하는 사람들도 있습니다