전 세계 주요 11가지 폴리에틸렌 생산 기술

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　　화공707 뉴스넷 보도에 따르면, 현재 전 세계적으로 폴리에틸렌 기술을 보유한 회사는 많습니다. LDPE 기술을 보유한 회사는 7곳이며, LLDPE와 고밀도 폴리에틸렌 기술을 보유한 회사는 10곳입니다. HDPE 기술을 보유한 회사는 12곳입니다.기술 발전 상황을 살펴보면, 고압법을 이용한 LDPE 생산은 PE 수지 생산에서 가장 성숙한 기술입니다. 반응기식 방법과 관식 방법도 모두 성숙한 기술이며, 현재는 이 두 가지 생산 기술이 함께 사용되고 있습니다.선진국들은 **일반적으로 튜브식 생산 공정을 사용합니다. 　　또한, 해외의 여러 회사들은 일반적으로 저온 고활성 촉매를 사용하여 중합 반응을 유도함으로써 반응 온도와 압력을 낮출 수 있습니다.고압법을 이용한 LDPE 생산은 대형화, 튜브형화 방향으로 발전할 것이다.저압법으로 HDPE와 LLDPE를 생산할 때는 주로 티타늄계 및 촉매계 촉매가 사용된다. 유럽과 일본에서는 주로 지그뢰어형 티타늄계 촉매가 사용되는 반면, 미국에서는 촉매계 촉매가 더 많이 사용된다. 　　현재 세계적으로 주로 사용되고 있는 폴리에틸렌 생산 기술은 11가지가 있으며, 간단히 소개하면 다음과 같습니다:
(1) 바젤사의 기상법 Spherilene 공정
이 공정을 통해 선형 PE를 생산할 수 있으며, 매우 낮은 밀도를 가진 ULDPE부터 LLDPE까지, 그리고 HDPE도 생산할 수 있습니다.지그뢰-나타형 티타늄계 촉매와 스페리렌 기상법 공정을 사용합니다.경량 불활성 탄화수소가 존재하는 상태에서, 촉매와 원료는 먼저 본체 예폴리메리즈를 거치며, 완만한 조건 하에서 본체 폴리메리즈가 일어난다.액체는 첫 번째 기상 반응기로 들어가며, 순환 가스 회로 냉각기를 통해 열이 방출된 후 두 번째 기상 반응기로 들어간다. 　　제품 밀도는 ULDPE(900kg/m3 미만)부터 HDPE(960kg/m3 초과)까지이며, 용융 흐름 속도(MFR)는 0.01~100입니다.두 대의 기상 반응기를 사용하기 때문에, 이중 피크형 및 특수 폴리머를 생산할 수 있습니다.스페리렌 공법은 1992년에 시장에 출시된 이후, 현재 연간 180만 톤의 생산 능력을 갖추고 있습니다.6세트의 생산 설비(미국 1세트, 한국 2세트, 브라질 2세트, 인도 1세트)가 가동되고 있으며, 추가로 2세트(인도와 이란 각 1세트)가 건설 중입니다. 단일 라인의 생산 능력은 연간 10만 톤에서 30만 톤에 이릅니다.현재 중국에는 이러한 기술의 생산 설비가 없습니다. 　　(2) 북유럽 화학회사 바스타르의 공정　바스타르 PE 공정을 이용하면 이중봉우리형 및 단일봉우리형 LLDPE, MDPE(중밀도 PE), HDPE를 생산할 수 있습니다.직렬 회로와 기상 저압법 반응기를 사용합니다.PE 밀도는 918－970kg/m3이며, 용융 지수는 0.1－100입니다.Z-N 촉매 또는 SSC(단일 활성 중심) 촉매를 사용한다. 　　촉매와 프로판 희석제가 컴팩트한 예비 중합 반응기에 혼합되어 투입되며, 동시에 공촉매, 에틸렌, 공중합 단량체 및 수소도 함께 공급된다.사전 중합된 슬러리는 두 번째로 더 큰 슬러리 회로 반응기로 들어가, 초임계 조건(75–100℃, 5.5–6.5MPa) 하에서 반응합니다.이중 피크급 제품을 생산할 수 있습니다.증발 처리된 중합체는 추가로 유동층 기상 반응기로 보내지며, 새로운 촉매를 첨가할 필요가 없어 단량체 중합체를 얻을 수 있다. 기상 반응의 운전 조건은 75–100℃, 2.0MPa이다.첫 번째 산업화 설비는 1995년 핀란드에서 가동을 시작했으며, 아부다비에 건설된 두 개의 생산 라인(연간 45만 톤 규모의 듀픽스급 제품 생산)은 2001년 하반기에 가동되었습니다.5번째 설비인 연간 25만 톤 생산 규모의 공장(두 번째 듀얼 피크형 공장)도 중국 상하이 석화회사에서 건설되었습니다. 이 공장은 중국에서 가장 큰 PE 생산 공장이며, 단일 라인의 최대 설계 생산량은 연간 30만 톤에 달합니다. 　　(3) BP사의 기상법 Innovene 공정은 LLDPE와 HDPE 제품을 생산할 수 있으며, Z-N 티타늄계, 크로뮴계 또는 메탈로센 촉매를 사용합니다.크로뮴 촉매는 넓은 분자량 분포를 가진 제품을 생산할 수 있으며, 지그러-나타(Z-N) 촉매는 좁은 분자량 분포를 가진 제품을 생산합니다.침상 반응기의 운전 조건은 완화되어 75–100℃와 2.0MPa입니다.부타디엔이나 헥세디엔을 공중합 단량체로 사용할 수 있다.현재 30세트의 생산 라인이 가동 중이거나 설계 및 건설 중입니다.생산 능력은 연간 5만~35만 톤입니다. 　　테크니프사는 BP사와 협력하여 유럽, 구소련, 남미, 중국, 말레이시아에 BP사의 폴리에틸렌 생산 공정인 Innovene 공정을 도입했습니다.BP사의 Innovene PE 생산 능력은 현재 연간 800만 톤을 초과하며, 이란의 반다르이만, 스코틀랜드의 그랜저머스, 인도네시아의 메라크, 말레이시아의 케르티흐 등에 위치한 PE 공장들을 포함합니다.중국 독산자 석화회사의 LLDPE/HDPE 생산 설비도 Innovene 공정을 적용하여 연간 생산량을 12만 톤에서 20만 톤으로 확장했습니다.사이코가 새로 건설하는 60만 톤 규모의 폴리에틸렌 생산 공장에는 이 기술이 적용될 예정입니다. 　　(4) 엑손모빌의 튜브형 및 반응기형 반응 공정: 고압 자유라디칼 공정을 이용하여 LDPE 단량체와 EVA(에틸렌-비닐아세테이트) 공중합체를 생산합니다.대규모 튜브형 반응기(생산능력 13만~35만 톤/년)와 교반식 탱크형 반응기(생산능력 약 10만 톤/년)를 사용합니다.관식 반응기의 작동 압력은 최대 300MPa이며, 탱크식 반응기는 200MPa 미만입니다.고압 공정의 장점은 체류 시간을 단축시킬 수 있으며, 동일한 반응기를 사용하여 단량체 중합체 생산에서 공중합체 생산으로 전환할 수 있다는 것입니다.균중합체의 밀도는 912–935 kg/m3이며, 용융지수는 0.2–150입니다.비닐아세트산 함량은 최대 30%에 달할 수 있습니다.1톤의 폴리머를 생산하는 데 필요한 원료 및 에너지는 다음과 같습니다: 에틸렌 1.008톤, 전력 800kwh, 증기 0.35톤, 질소 5m3.이미 23대의 고압법 반응기가 가동되고 있으며, 생산능력은 연간 170만 톤입니다.균일중합체와 다양한 공중합체를 생산합니다.현재 연산에 새로 건설된 연간 20만 톤 규모의 LDPE 공장도 이 회사의 튜브식 공법 기술을 채택하고 있습니다. 　　(5) 미쓰이화학의 저압 슬러리법 CX 공정 – HDPE와 MDPE를 생산할 수 있으며, 저압 슬러리법 CX 공정이 사용됩니다.이중 피크 분자량 분포를 가진 제품을 생산할 수 있습니다.에틸렌, 수소, 공중합 단량체 및 초고활성 촉매가 반응기에 들어가 현탁 상태에서 중합 반응이 일어납니다. 폴리머의 특성을 자동으로 제어하는 시스템 덕분에 제품의 품질을 효과적으로 관리할 수 있으며, 초고활성 촉매는 제품에서 분리할 필요가 없습니다.액체에서 분리된 90%의 용매는 어떠한 처리도 할 필요 없이 그대로 반응기로 재순환될 수 있습니다.좁거나 넓은 분자량 분포를 가진 제품을 생산할 수 있으며, 밀도는 930–970 kg/m3이고, 용융 지수는 0.01–50입니다.톤당 제품 생산에 필요한 물질 소비량과 에너지 소비량은 다음과 같습니다: 에틸렌 및 공중합 단량체 1010kg, 전력 305kWh, 증기 340kg, 냉각수 190톤, 질소 30m³.현재 35개의 생산 라인이 가동 중이거나 건설 중이며, 총 생산 능력은 연간 360만 톤입니다.국내에서 현재 이 기술을 보유한 기업으로는 다칭의 22만 톤 규모의 설비, 양자와 옌산의 14만 톤 규모의 설비, 그리고 란저우의 7만 톤 규모의 설비가 있습니다. 　　(6) 셰브론-필립스사의 이중 회로 반응기 LPE 공정 필립스 석유사의 LPE 공정을 이용하여 선형 폴리에틸렌(LPE)을 생산함.매우 높은 활성을 가진 촉매를 사용하여 회로 반응기와 이부탄 슬러리 내에서 중합을 진행한다.제품의 용융지수와 분자량 분포는 촉매, 작업 조건, 수소를 통해 조절 및 제어할 수 있습니다.공중합 단량체로는 부텐-1, 헥세인-1, 옥텐-1 등이 사용될 수 있다.고활성 촉매 덕분에 촉매를 제거할 필요가 없으며, 중합 과정에서 파라핀이나 기타 부산물이 생성되지 않아 **환경으로의 오염 유출이 줄어듭니다.에틸렌, 이부탄, 공중합 단량체 및 촉매가 연속적으로 순환 반응기로 유입되어, 100℃ 미만이고 약 4.0MPa의 조건에서 반응이 일어나며, 체류 시간은 약 1시간입니다.에틸렌의 단방향 전환율은 97%를 초과합니다.1톤의 제품을 생산하는 데 필요한 원자재 및 에너지 소비량은 다음과 같습니다: 에틸렌 1.007톤, 촉매와 화학물질은 제품에 따라 2~10달러가 소요됩니다. 전력은 350kWh, 증기는 0.25톤, 냉각수는 185톤, 질소는 30m3가 필요합니다.이미 82개의 생산 라인이 가동되거나 건설 중이며, 이는 전 세계 PE 생산 능력의 34%에 해당합니다.상하이 진페이 회사의 13만 5천 톤 규모의 설비도 이 기술을 채택하고 있습니다.마오밍에 새로 건설되는 연간 35만 톤 생산 규모의 신규 설비도 이 기술이 적용될 수 있습니다. 　　(7) 유니베이션 테크놀로지스의 저압 기상법 Unipol 공정 – 저압 및 기압을 이용한 Unipol PE 공정을 통해 LLDPE-HDPE를 생산합니다.슬러리 촉매와 기상, 유동층 반응기를 사용한다.일반적인 메탈로센 촉매를 사용하면 촉매 제거 단계가 필요하지 않습니다.투자와 운영 비용이 낮으며, 환경 오염도 적습니다.에틸렌, 공중합 단량체 및 촉매가 유동층 반응기로 들어가며, 운전 조건은 약 100℃와 2.5MPa입니다.제품 밀도는 915－970kg/m3이며, 용융 지수는 0.1－200입니다.촉매의 종류에 따라 좁거나 넓은 분자량 분포를 조절할 수 있다.이미 89개의 생산 라인이 가동되거나 건설 중입니다.단선 처리 능력은 연간 4만~45만 톤입니다.현재 국내에서는 이 기술을 적용한 설비가 많이 있으며, 주로 마오밍, 지화, 양자, 톈진, 중원, 광저우, 다칭, 치루 등지에 있습니다. 　　(8) 스타미카본사의 COMPACT 공정
이 공정은 첨단 Z-N 촉매를 활용하여 COMPACT Solution 기술을 통해 밀도가 900–970kg/m3인 PE를 생산합니다.교반식 반응기를 사용하며, 중합 온도는 200℃입니다.수소는 중합체의 분자량을 조절하는 데 사용됩니다.촉매 제거 단계는 필요 없습니다.1톤의 제품을 생산하는 데 필요한 원자재 및 에너지 소비량은 다음과 같습니다: 에틸렌과 공중합 단량체 1.016톤, 전력 500kwh, 증기 400kg, 냉각수 230m3, 저압 증기(배출) 330kg입니다.5세트의 설비가 가동 중이며, 총 처리능력은 연간 65만 톤입니다. 　　(9) 바젤 폴리올레핀사의 호스탈렌 공정　혼합 탱크를 이용한 호스탈렌 공정을 통해 HDPE를 생산합니다.병렬 또는 직렬로 연결된 두 대의 반응기를 사용하여 슬러리 중합을 수행한다.1톤의 제품을 생산하는 데 필요한 원자재 및 에너지는 다음과 같습니다: 에틸렌과 공중합 단량체 1.015톤, 증기 400kg, 전력 350kWh, 냉각수 165m³입니다.현재 31개의 생산 라인이 가동 중이거나 설계 단계에 있으며, 연간 생산 능력은 약 340만 톤입니다.현재 국내에서 이 기술을 적용한 설비는 랴오화회사의 것으로, 생산능력은 4만 톤에 불과합니다.이 기술을 활용하면 현재 단일 라인당 연간 최대 생산량은 35만 톤에 달하며, 듀얼 피크를 포함한 거의 모든 종류의 제품을 생산할 수 있습니다. 특히 필름, 중공 제품, 파이프와 같은 제품들은 세계적으로 상당한 명성을 가지고 있습니다. 　　(10) 에니화학회사의 고압법 공정　고압법을 이용한 반응기식 또는 관식 공정을 통해 LDPE와 EVA를 생산합니다.LDPE의 밀도는 918－935 kg/m3이며, EVA의 경우 VAM(아세틸벤젠 단량체) 함량은 3%－40%일 수 있습니다.현재 24개의 생산 라인이 가동 중이거나 설계 단계에 있으며, 각 라인의 연간 생산량은 최대 20만 톤에 달합니다.현재 이 장치의 투자 비용과 에너지 소비량이 상당히 높아, 새로운 설비에는 일반적으로 이 기술이 적용되지 않습니다. 　　(11) 스타미카본사의 고압법 공정　고압 튜브형 반응기를 이용하여 LDPE와 EVA 공중합체를 생산합니다.톤당 생산량에 필요한 물질 소비량과 에너지 소비량은 다음과 같습니다: 에틸렌 1.005톤, 전력 800kWh, 고압 증기 230kg, 냉각수 120m³, 저압 증기(생성물) 650kg입니다.1996년부터 연간 15만~30만 톤의 생산 능력을 가진 설비들이 여러 대 가동되기 시작했으며, 그 총 생산 능력은 연간 180만 톤을 넘어섰습니다.