현대 석탄화학공업에서 어떤 방향이 더 유망할까?

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현대 석탄화학공업에서 어떤 방향이 더 유망할까?DMTO의 수석 과학자인 류중민 원사의 의견을 들어보세요.
작성자/출처: 날짜: 2016-05-04, 클릭수: 37
과거에 많은 전문가들과 업계 관계자들이 현대 석탄화학 산업의 기술적·경제적 타당성 및 미래 전망에 대해 예측하고 의견을 제시했습니다. 하지만 이러한 예측들은 대부분 고유가 시기를 바탕으로 이루어졌으며, 다양한 전문가들이 내린 결론도 크게 달랐습니다.저유가 상황에서, 어떤 현대 석탄화학 공정이 더 경쟁력이 있을까? 그 발전 방향은 무엇일까? 최근, 중국공정원의 원로이자 DMTO 분야의 선구적인 과학자인 류중민은 석탄 기반 DMTO, 석탄으로부터의 석유 생산, 석탄으로부터의 에틸렌글리콜 생산, 석탄으로부터의 천연가스 생산, 석탄으로부터의 방향족 화합물 생산, 그리고 열분해를 활용한 석탄의 다양한 활용 방안 등 현대 석탄화학 공정과 관련된 문제들에 대해 분석했다. 　　석탄 기반 DMTO는 여전히 큰 발전 가능성이 있습니다. 류중민은 유가가 하락한 이후, 석탄 기반 DMTO, 석탄으로 만든 석유, 석탄으로 만든 에틸렌글리콜, 석탄으로 만든 천연가스, 석탄으로 만든 방향족 화합물, 그리고 열분해를 기반으로 하는 석탄의 다양한 활용 방식들의 비용, 경제성, 경쟁력의 차이가 점점 더 명확해지고 있다고 말했습니다.2015년의 각 설비 성능을 보면, 석탄 기반 DMTO는 여전히 매우 경쟁력이 있습니다.폴리프로필렌/에틸렌의 가격 하락이 유가 하락과 동시에 일어나지 않았으며, 유가는 크게 하락한 반면 폴리올레핀의 가격 하락폭은 작았기 때문에, 대부분의 DMTO 프로젝트들이 양호한 수익을 거둘 수 있었습니다.중국의 올레핀 부족 현상이 심각하고 수요가 계속해서 증가할 것이라는 점을 고려할 때, DMTO는 여전히 큰 발전 가능성을 가지고 있습니다. 　　현재까지 DMTO 기술은 20세트가 외부에 라이선스되어 총 생산능력은 연간 1,126만 톤에 달합니다. 또한, 9개의 프로젝트가 가동 중이며, 이들의 총 생산능력은 연간 520만 톤입니다.이러한 프로젝트들은 모두 우수한 경제적·사회적 효과를 창출했습니다.특히 2015년에는 국제 유가가 지속적으로 하락하고 많은 석탄화학 프로젝트들의 이익이 크게 줄어들거나 손실을 기록하는 상황에서도, DMTO 프로젝트는 여전히 양호한 수익을 달성했습니다.일부 석탄 기반 올레핀 공장의 순이익은 연간 10억 위안을 넘기도 합니다.시장은 DMTO 기술 및 그 산업화 설비의 강한 경쟁력과 밝은 전망을 입증했습니다. 　　경제성은 한 기술이 성공적인지를 판단하는 가장 기본적이면서도 현실적인 요구사항입니다.DMTO 기술의 진정한 효용과 가치는 그 경제성에만 있는 것이 아니라, 석탄이 풍부한 지역들에게 석유가 아닌 새로운 올레핀 생산 방법을 제공한다는 점, 올레핀 원료의 다양화가 가능해진다는 점, 그리고 이전까지 자원 부족으로 발전이 제한되었던 올레핀 산업이 마침내 발전의 중대한 전환점을 맞이하게 되었다는 점에 있습니다. 또한 이를 통해 하위 산업인 정밀화학 산업의 발전도 가능해졌습니다.바로 이러한 이유로, DMTO 기술이 등장하자 유럽, 미국, 일본 등은 이에 큰 관심을 보였습니다. 그들은 현대적인 석탄화학 기술이 중국에서 활용되면 중국의 석유 자원에 대한 의존도가 변할 것이며, 심지어 하류 제품의 공급과 수요 관계에도 변화가 생길 수 있다는 것을 잘 알고 있었습니다.전 세계적으로 석탄 자원이 석유 자원보다 훨씬 풍부하고 가격도 저렴하다는 사실을 고려할 때, 석탄이나 천연가스가 풍부한 다른 지역들에서 석탄이나 천연가스를 원료로 석유화학 제품 및 그 관련 제품들을 생산한다면, 그러한 지역들의 에너지 구조에 변화가 생길 것이며, 이로 인해 전 세계의 에너지 구도에도 영향을 미칠 수 있습니다. 　　석탄을 이용한 에탄올 생산의 전망은 DMTO에 뒤지지 않는다. 류중민은 석탄을 이용한 에탄올 생산 기술의 전망과 의미가 객관적으로 볼 때 DMTO 기술에 뒤지지 않는다고 강조했다.한편, 청정 차량 연료로서의 에탄올에 대한 시장 수요는 매우 큽니다.에탄올은 산소 함량이 높아 휘발유의 옥탄가와 연소 효율을 높여주며, 일산화탄소나 탄화수소와 같은 오염물질의 배출을 줄여줍니다. 또한 독성이 없고 해로움도 없어 지하수를 오염시키지 않습니다. 그래서 유럽연합, 미국, 브라질 등 많은 국가에서 자동차 연료나 휘발유 첨가제로 널리 사용되고 있습니다.우리나라는 2005년부터 일부 성시에서 에탄올 휘발유의 사용을 확대해 왔으며, 현재 11개 성시에서 에탄올 휘발유가 보급되고 있습니다.우리나라의 연간 휘발유 실질 소비량은 1억 톤이 넘습니다. 에탄올 혼합 휘발유를 사용하면 석유를 절약할 수 있을 뿐만 아니라, 자동차 배기가스로 인한 대기 오염도 효과적으로 줄일 수 있습니다. 　　국내외의 에탄올 생산 방법은 현재 대체로 3가지가 있습니다. 첫째는 가스화된 후 합성가스를 직접 이용해 에탄올을 만드는 방법입니다. 둘째는 가스화된 후 먼저 메탄올을 만들고, 그 다음에 아세트산을 생산한 뒤, 이 아세트산을 수소화시켜 에탄올을 얻는 방법입니다. 셋째는 아세트산을 에스테르화시킨 뒤 추가적으로 수소화시켜 에탄올을 얻는 방법입니다.하지만 지금까지 이 3가지 공정은 모두 대규모 산업화 설비에서의 실용적 검증을 거치지 못했습니다.현재, 대화소는 연장석유그룹과 협력하여, 자체적으로 개발한 석탄을 메탄올을 통해 에탄올로 전환하는 신기술을 활용해 산시성 싱핑에 연간 10만 톤 규모의 세계 최초의 석탄 기반 에탄올 생산 시설을 건설하고 있습니다. 이 시설은 올해 10월에 완공되어 가동될 예정입니다. 　　또한, 메탄올에 비해 에탄올의 후속 가공 경로가 더 다양하며, 파생 제품의 부가가치도 더 높습니다. 에틸렌이나 에틸벤젠뿐만 아니라, 에터, 에스테르 및 기타 알코올류와 같은 다양한 대량 화학제품과 정밀화학 제품도 생산할 수 있어, 그 응용 가능성은 매우 넓습니다.특히 에탄올을 이용한 에틸렌 생산 공정이 저비용의 석탄을 이용한 에탄올 생산 기술과 결합된다면, 프로젝트의 에너지 소비량은 더욱 줄어들고, 공정 단계도 더 간소해집니다. 또한, 1회 처리당 전환율도 높아져 경제성과 경쟁력이 더욱 향상될 것입니다.석탄을 이용한 에탄올 생산의 밝은 전망 때문에, 오랫동안 여러 선진국들이 이 기술 분야에 관심을 기울여 왔으며, 우리나라가 먼저 기술적 돌파구를 마련하기를 기대하고 있습니다. 　　석탄을 이용한 에틸렌글리콜 생산 – 대규모 산업화의 장애물 극복이 필요함
이론적으로는 합성가스를 이용해 에틸렌글리콜을 생산하는 것이 가장 합리적인 방법이며, 큰 발전 가능성이 있습니다. 우리나라는 세계에서 가장 먼저 이 기술을 산업화시켰습니다.하지만 기술적으로는 여전히 더 많은 돌파가 필요하며, 특히 대규모 산업화 기술이라는 병목 현상을 조속히 극복해야 한다.현재, 석탄을 이용한 에틸렌글리콜 생산에 사용되는 반응기의 생산 능력은 아직 충분하지 않습니다. 이는 대규모 화학공정이라는 개념과 그에 따른 규모의 경제성과 비교했을 때 부족한 수준이며, 이로 인해 석탄을 이용한 에틸렌글리콜의 경쟁력이 어느 정도 제한됩니다.연간 50만 톤 규모의 석탄 기반 에틸렌글리콜 생산을 위한 산업화 기술과 장비가 개발된다면, 석탄 기반 에틸렌글리콜의 발전 가능성은 진정으로 열릴 것입니다. 　　또한 기술적인 측면에서 보면, 촉매는 더욱 개선되어야 합니다. 특히 비귀금속 촉매의 개발과 함께, 일산화탄소나 수소에 대한 촉매의 내성을 높이는 것이 필요합니다. 　　석탄으로 만든 방향족 화합물: 석탄 열분해 방식이 더 경제적입니다. 나프타 원료의 제약으로 인해, 우리나라의 방향족 화합물 생산량은 부족합니다.류중민은 석탄으로부터 방향족 화합물을 만드는 것에 찬성하지만, 그 방법으로는 석탄의 열분해를 통한 방향족 화합물 추출을 지지한다.그는 석탄에 본래 페닐 고리 구조를 가진 물질이 대량으로 포함되어 있기 때문이라고 설명했다.열분해를 통해 분리해내면 훌륭한 방향족 원료가 될 것이며, 석탄의 질에 따른 차별적 활용이 가능해질 뿐만 아니라 방향족 화합물을 얻는 비용도 줄어듭니다. 원자경제성과 투자경제성 측면에서 모두 매우 합리적인 방법입니다. 　　류중민은 메탄올을 이용한 방향족 화합물 생산에 반대 의견을 밝혔습니다.그는 주로 원료와 제품의 탄화수소 균형 문제로 인해 방향족 화합물의 생산 효율을 높이기 어렵다고 강조했습니다. 또한 제품이 혼합 방향족 화합물이기 때문에, 페닐렌디메틸페놀과 같은 고부가가치 제품을 만들기 위해서는 추가적인 가공과 복잡한 분리·정제 과정이 필요하며, 이로 인해 경제성에 문제가 생길 수 있다고 우려했습니다.물론, 새로운 기술로서 탐구할 가치는 있으며, 그 경제성도 대규모 산업화와 시장 검증이 필요합니다.합성가스로부터 직접 방향족 화합물을 제조할 수 있다면, 그것이 더 이상적인 기술 경로일 것입니다. 　　석탄을 이용한 석유 및 가스 생산에 있어서는 기술적 준비가 매우 중요하다. 유중민은 에너지 안보 측면에서 볼 때, 필요한 기술적 준비와 산업화를 위한 시범 사업은 우리나라에 있어 분명히 의미가 있다고 말했다.하지만 현재 건설되었거나 건설 중인 몇몇 석탄에서 천연가스를 생산하는 설비들은 모두 외국 기술을 도입한 것이며, 실질적인 기술적 돌파나 혁신은 없습니다. 그러니 기존의 기술 도입-접수-응용이라는 방식은 피하는 것이 좋겠습니다. 　　석탄에서 석유를 생산하는 분야에서는 우리나라의 기술이 이미 선도적인 수준에 있습니다.하지만 유가가 낮을 때는 경제적 경쟁력을 갖기 어려울 것입니다.물론, 석탄을 이용한 석유 생산이 정제업 및 석유화학 산업과 상호 보완적인 관계를 유지할 수 있다면, 석유 정제만으로는 생산할 수 없는 고순도 왁스나 고분자 경질 왁스, 고밀도 항공우주용 오일, 혹은 우리나라에서 부족한 고급 윤활유 원료를 중점적으로 생산함으로써 석유화학 산업의 부족한 점을 보완할 수 있다면, 그 전망은 꽤 밝을 것입니다. 　　석탄의 분질적 활용에 있어서는 열분해유의 분급적 활용에 주목해야 한다. 류중민은 석탄의 분질적 활용이라는 개념이 매우 훌륭하며, 석탄을 단계적으로 활용하고 효율적이고 청정하게 이용할 수 있는 효과적인 방법이라고 생각한다.그러나 열분해가 어렵기 때문에, 국내의 관련 연구기관과 기업들은 이 분야에 주력하면서 열분해유의 세분화된 분류 및 활용은 소홀히 하고 있습니다.현재 대부분의 기업들은 열분해유를 처리하는 방식이 상당히 조잡합니다. 귀중한 고함량 방향족 타르도, 그 성분에 관계없이 모두 수소화 처리를 하여 디젤을 생산하는 동시에, 가솔린 분획에 포함된 귀중한 방향족 물질들이 저가치의 나프타로 변해버립니다. 　　그는 대형화·집약화된 설비를 기반으로 디젤을 생산하는 동시에 고옥탄가 휘발유나 방향족 화합물도 함께 생산할 것을 제안했다.이는 자원의 합리적인 활용 측면이든 투자의 경제성 측면이든 모두 과학적이고 합리적입니다.