석탄 기반 올레핀은 환경 및 비용의 제약을 어떻게 극복할 수 있을까?

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석탄 기반 올레핀은 환경 및 비용의 제약을 어떻게 극복할 수 있을까?작성자/출처: 중국화공보 날짜: 2016-04-12 클릭률: 31 “12차 5개년 계획” 기간 동안 현대적인 석탄화학 산업의 발전으로 인해 석탄을 원료로 하는 올레핀 생산이 급속히 성장했습니다. 연간 생산량은 약 800만 톤에 달하며, 이는 전체 올레핀 생산량의 17.2%를 차지합니다.“하지만 현재의 저유가 상황에서는 석탄을 원료로 하는 올레핀 생산 기업들의 생존이 더욱 어려워지고 있습니다. 환경 보호와 비용 문제라는 두 가지 제약을 극복하려면 기술적인 혁신이 필수적입니다.”중국화학학회가 3월 말에 주최한 2016 중국(국제) 올레핀 콘퍼런스에서는, 혁신적인 기술을 통해 발전의 어려움을 극복하는 방법이 석탄을 이용한 올레핀 생산 공정에 관한 논의의 핵심 주제가 되었습니다. 석탄을 이용한 올레핀 생산은 적절히 발전시켜야 한다. 우리나라는 석탄은 풍부하지만 석유는 부족한 에너지 구조를 가지고 있으며, 올레핀 원료의 경량화를 위한 정책적 지원도 있습니다. 또한 올레핀 시장에서는 수요가 공급을 초과하는 상황이며, 높은 이익률도 올레핀 생산을 촉진하는 요인입니다. 이러한 요인들로 인해 ‘12차 5개년 계획’ 기간 동안 많은 새로운 석탄 기반 올레핀 생산 시설들이 설립되었습니다.통계에 따르면, 2015년 말 기준으로 우리나라에는 석탄/메탄올을 이용한 올레핀 생산 설비가 총 19대 있으며, 그 생산 능력은 총 770만 톤에 달합니다. 그러나 올레핀의 새로운 생산능력이 급격히 증가하면서, 국내 공급 구조에 변화가 생기는 것은 물론, 저유가 상황에서는 부정적인 영향도 두드러지게 나타났습니다. 그 결과, 석탄/메탄올을 이용해 올레핀을 생산하는 기업들은 어려운 상황에 처하게 되었습니다.특히 외부에서 원료를 조달해야 하는 올레핀 기업의 경우, 비용 압력이 급격히 증가하면서 큰 손실이 일상화되고 있다.앞으로도 석탄 기반 올레핀 프로젝트를 추진할지 여부가 업계의 관심사가 되고 있습니다. “석탄 기반 올레핀 프로젝트는 적정하게 발전시켜야 한다.”이는 참석한 전문가들이 일반적으로 동의하는 견해입니다.한편, 우리나라는 석탄 자원이 비교적 풍부하여, 석탄을 이용해 올레핀을 생산함으로써 올레핀의 원료 공급원을 다양화하고 원유 수입에 대한 의존도를 줄일 수 있습니다.반면, 국제 원유 가격이 30~40달러 수준에 머무는 시간은 오래가지 않을 것입니다.국제에너지기구의 예측에 따르면, 2020년에는 국제 유가가 80달러 수준으로 반등할 것으로 보입니다. OPEC은 유가가 60~80달러 사이에 있을 것으로 예상하고 있습니다.석유화학산업기획원 부원장 백의는 발언을 통해, 그들이 산출한 결과에 따르면 석탄을 원료로 하는 올레핀 생산 프로젝트가 견딜 수 있는 원유 가격은 70달러이며, 메탄올을 원료로 하는 올레핀 생산 프로젝트의 경우는 60달러라고 지적했다.바로 이러한 예측을 바탕으로, 석탄을 원료로 하는 올레핀 산업도 적절히 발전시킬 수 있다는 판단이 내려진 것입니다. 환경 보호 비용의 이중적 제약으로 인해 석탄을 원료로 하는 올레핀 생산 공정의 생산 비용이 높아지고, 설비의 수익성도 낮아집니다. 특히 현재와 같은 상황에서는 생존하기가 더욱 어렵습니다.중국화공학회 석유화학전문위원회 위원인 왕육칭의 말에 따르면, 지난 1년 동안 석탄 가격이 크게 하락했음에도 불구하고, 석탄을 이용한 올레핀 생산 비용은 여전히 전통적인 증기분해 공정이나 프로판 탈수소 공정보다 훨씬 높은 수준입니다.올해 1월의 석유 가격과 석탄 가격을 기준으로 계산하면, 각종 올레핀 생산 공정의 비용은 다음과 같습니다: 스팀 크래킹 < 프로판 탈수소화 < 석탄을 이용한 올레핀 생산.시장 데이터에 따르면, 2015년 하반기에는 메탄올을 이용한 프로필렌 생산 공정에서 평균적으로 톤당 760위안의 손실이 발생했습니다. 이로 인해 MTP 공장들은 모두 가동을 중단해야 했으며, 이는 현재 건설 중이거나 건설 예정인 관련 기업들에게 큰 타격을 주었습니다. 동시에, 기존의 증기분해 공정 및 프로판 탈수소 공정과 비교했을 때 물 사용량이 많고, 탄소의 효율적인 전환율이 낮으며, CO2 배출량이 많고 폐수 처리가 어렵다는 점도 석탄을 이용한 올레핀 생산 공정이 환경 보호 측면에서 직면하는 약점으로 작용하고 있습니다.또한, 석탄을 이용한 올레핀 생산 설비의 장기적인 운영 경험은 상대적으로 부족합니다. 특히 대형 가스화로나 공기분리장치와 같은 설비들은 여전히 약점으로 남아 있어, 실제 운영 과정에서 경험을 쌓아야 합니다.따라서 왕육경은 석탄을 이용한 올레핀 산업의 발전을 위해서는 먼저 석탄 자원과 수자원을 확보해야 한다고 생각합니다；특히 에너지 절약, 배출 감소, 물 절약 등의 분야에 중점을 두어, 향후 더욱 엄격해질 환경 보호 규제에 대응한다. 백의도 현재 현대적인 석탄화학 산업의 기반이 아직 완전히 최적화되고 성숙하지 않은 상황에서, 대규모 석탄을 이용한 올레핀 생산 시설의 집중적인 건설은 지역의 수자원 균형과 생태환경 보호에 상당한 부담을 준다고 강조했다.국내 메탄올 공급의 안정성과 비용 관리에 대한 리스크가 완전히 해소되지 않은 상황에서는, 외부에서 메탄올을 구입하여 올레핀을 생산하는 프로젝트도 원료 공급 및 투자 측면에서 리스크가 존재합니다.따라서 석탄/메탄올을 이용한 올레핀 생산과 같은 새로운 원료를 활용한 올레핀 생산 능력의 발전에 대해서는 합리적이고 객관적인 태도를 가져야 한다. 혁신을 통해 병목 현상을 극복하다 “환경 보호와 비용 관련된 병목 현상을 극복하려면 기술적 혁신에 의존해야 한다.””이것은 참석한 전문가들이 합의한 견해입니다.중국과학원 다롄화학물질연구소는 국내에서 석탄을 이용한 올레핀 생산 기술의 선도적인 연구기관입니다. 이 연구소가 개발한 MTO/MTP 기술은 현재 9개의 설비에 적용되고 있으며, 그 결과 총 520만 톤의 올레핀 생산 능력이 확보되었습니다. 해당 연구소의 부소장인 류중민 원사에 따르면, 저유가 상황에서 이러한 석탄 기반 올레핀 생산 프로젝트들의 수익성은 제각각이지만, 공통적인 특징은 신기술을 도입한 설비들이 일반적으로 더 좋은 수익을 내고 있다는 것입니다.예를 들어, 닝샤 바오펑그룹의 석탄을 메탄올로 전환하여 올레핀을 생산하는 프로젝트의 경우, 일부 공정에서 코크스 가스를 이용한 메탄올 생산 기술이 적용되었습니다. 그 덕분에 지난해 상반기에 6억 2천만 위안의 순이익을 기록하며 우수한 경제적 성과를 거두었습니다.백의도 새로 도입되는 석탄 기반 올레핀 생산 프로젝트에서는 반드시 설비의 기술적 최적화 작업을 철저히 해야만 설비의 수익성을 보장할 수 있다고 강조했다. 현재의 낮은 유가 상황에서, 류중민 원사는 석탄화학 기업들이 새로운 기술의 개발에 더 많은 관심을 기울여야 한다고 제안했습니다. 예를 들어, 최근 발전이 이루어지고 있는 메탄을 이용한 올레핀 생산이나 합성가스를 이용한 올레핀 생산과 같은 새로운 공정들입니다. 이 두 가지 신기술은 석탄을 이용한 올레핀 생산의 비용을 줄이고 환경 문제를 해결하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대됩니다. 메탄을 올레핀으로 전환하는 공정은 백신화 원사 팀이 개발한 새로운 촉매 공정으로, 무산소 조건에서 메탄을 효율적으로 전환하여 올레핀, 방향족 화합물 및 수소를 생산할 수 있으며, 기존의 방법에 비해 더 경제적이고 환경 친화적입니다.올해 3월, 다롄화학물질연구소는 사우디 아라비아의 기초산업공사 및 중국 석유천연가스그룹과 3자 협력을 통해 이 기술이 실험실 단계에서 산업화 단계로 빠르게 나아갈 수 있도록 추진하고 있습니다. 역시 올해 3월에, 합성가스를 이용한 올레핀 생산 공정도 성공적으로 개발되었습니다.이 공정은 높은 물 사용량과 에너지 소비가 발생하는 수소 가스 변환 방식을 버리고, 가스화 과정에서 생성된 합성가스를 직접 활용합니다. 그리고 새로운 형태의 복합 촉매의 작용으로, 선택성 있게 한 단계 반응만으로 저탄소 올레핀을 얻어냅니다.석유의 60% 이상을 수입에 의존하고, 에너지 구조가 석탄 중심이며, 수자원도 점점 부족해지고 있는 중국에 있어서 이러한 획기적인 성과의 중요성은 말할 필요도 없다.CO2 총배출량을 변화시키지 않으면서, 물 사용량이 적은 새로운 석탄 전환 방법을 개척했다. 또한 올해 3월에는 업계의 큰 관심을 받았던 중메이투커 화학비료 석탄화학 공정의 폐수 처리 및 제로 배출 시스템 프로젝트가 중국석탄공업협회가 주관한 전문가 심사를 성공적으로 통과했습니다.전문가들은 이 프로젝트에서 개발된 석탄화학공정 폐수의 Zero 배출 시스템 기술 노선이 합리적이며, 폐수의 양을 줄이고 자원화할 수 있어 폐수 재사용률이 98%에 달한다고 보고 있습니다.이 성과는 수자원이 부족한 지역에서 석탄화학공업을 발전시키는 데 있어 모범이 되고 확산될 수 있는 의미가 있습니다. 전문가들은 이러한 속도로 기술을 연구개발하고 혁신한다면, 석탄을 이용한 올레핀 생산 공정의 미래가 밝지 않을 이유가 없다고 말합니다.