- J. Korean Ind. Eng. Chem., Vol. 19, No. 6. December 2008, 592-599 총설 오일샌드역청개질기술의특허정보분석 이기봉 전상구 노남선 김광호 신대현 김선욱 * 김용헌 * 한국에너지기술연구원대체연료연구센터, * 한국석유공사 (2008 년 8 월 1 일접수, 2008 년 10 월 10 일채택 ) Patent Analysis of Oil Sands Bitumen Upgrading Technologies Ki Bong Lee, Sang Goo Jeon, Nam Sun Nho, Kwang Ho Kim, Dae Hyun Shin, Seon Wook Kim*, and Yong Heon Kim* Alternative Fuels Research Center, Korea Institute of Energy Research, Daejeon 305-343, Korea *Korea National Oil Corporation, Gyeonggi 431-711, Korea (Received August 1, 2008; accepted October 10, 2008) 오일샌드는원유성분이함유되어있는모래로종전에는높은생산비용으로인해큰관심을끌지못했지만, 최근고유가시대를맞아새로운대체원유로서세계적으로주목받고있다. 특히오일샌드로부터추출한역청을개질 (upgrading) 하여합성원유를만드는기술을통해그가치및활용가능성을더욱넓힐수있다. 본연구에서는개질기술이출원되기시작한 1969 년부터 2006 년까지미국, 캐나다, 일본, 유럽, 한국의 213 건의특허를수집하여특허출원동향분석을수행하였다. 개질기술은수소화분해기술, 코킹기술, 열분해기술, 아스팔텐제거기술, 초임계기술, 생물학적기술, 수소화처리기술, 가스화기술및기타기술의 9 가지세부기술로나누어정리하였다. 오일샌드로부터합성원유생산기술중개질기술은 1970 년대이후특허출원건수가증가하다가 1980 년대초반에가장많은특허를출원하였고, 최근들어다시서서히증가하는경향을보이고있다. 다른나라에비해오일샌드관련기술력이취약한한국도자원자주개발율을높이기위해오일샌드생산및활용기술, 특히축적된석유정제기술력에기반한개질기술개발이필요한상황이다. Oil sands had not received enough attention due to high production cost. However, as oil price significantly increases, oil sands are receiving more and more interest as unconventional crude oil. The value and applicability of oil sands can be enhanced by upgrading oil sands bitumen to produce synthetic crude oil (SCO). This study analyzed 213 oil sands upgrading patents applied between 1969 and 2006 in US, Canada, Japan, Europe, and Korea. The upgrading technologies could be classified into 9 detailed technologies; hydrocracking, coking, thermal cracking, deasphalting, supercritical technology, bio-technology, hydrotreating, gasification, and others. The number of patents applied for oil sands upgrading increased after 1970, reached a maximum in the early 1980, and slowly increases again in recent years. Korea has a lack of technologies for oil sands. Therefore, the technologies for oil sands production and application, specially, upgrading technologies based on accumulated oil refinery technologies need to be developed to increase self-development ratio of energy resource. Keywords: oil sands, bitumen, upgrading technology, patent analysis 1) 1. 서론 현재까지일반적으로사용되고있는석유제품은경질원유에의해제조되고있으나, 이러한원유매장량은 1조배럴정도로서 2010년근방에서원유생산정점에도달한후에점차적으로생산량이감소할것으로예측되고있다 [1]. 또한중국및인도등신흥공업국의급격한수요증가로인해 2005년부터고유가시대가본격적인막이올라현재원유 1 배럴당 100 달러를넘는초고유가상황까지나타나고있다. 이러한상황으로인해지속가능하고효율적인석유대체에너지의개발과이용에관한연구가활발하게진행되고있으며, 아울러절대적인수요가증가하는원유를지속적으 교신저자 (e-mail: nsroh@kier.re.kr) 로공급받기위한일환으로심해, 심부, 극지등이나오일샌드, 오일셰일등과같은비재래화석에너지개발에관한관심이증가되고있다. 특히, 높은개발비용과생산비용으로인해그동안의저유가시대에는방치되어왔던오일샌드가고유가및기술발전으로인해새롭게각광받고있으며, 이의매장량은전세계석유매장량의약 3배로비재래형연료를활용할가능성은더욱증가할것으로예측된다. 또한, 자원개발뿐만아니라양질의석유대체연료를생산하는기술이개발되어진다면, 가장효율적이고실용적인에너지가될것으로여겨지고있다. 오일샌드 (oil sands) 는역청 (bitumen), 모래 (quartz sand), 점토 (clay), 물및미량의미네랄로이루어져있는데매장위치에따라다소성분이다를수있으나, 75 85% 무기물질 ( 모래, 점토, 미네랄등 ), 2 10% 의물과 3 18% 의역청으로구성되어있다 (Figure 1)[2]. 오 592
오일샌드역청개질기술의특허정보분석 593 Table 1. Classification of Oil Sands Bitumen Upgrading Technologies Technology Oil sands bitumen upgrading Classification Hydrocracking ( 수소화분해기술 ) Coking ( 코킹기술 ) Thermal cracking ( 열분해기술 ) Deasphalting ( 아스팔텐제거기술 ) Supercritical technology ( 초임계기술 ) Bio-technology ( 생물학적기술 ) Hydrotreating ( 수소화처리기술 ) Gasification ( 가스화기술 ) Others ( 기타기술 ) Figure 1. Oil sands composition diagram. 킹기술, 열분해기술, 아스팔텐제거기술, 초임계기술, 생물학적기술, 수소화처리기술, 가스화기술, 기타기술의 9가지세부기술로나누어볼수있다. 일샌드는전세계적으로 70여개국에분포되어있으나, 전체매장량의 75% 정도가캐나다와베네수엘라두나라에집중되어있다. 오일샌드자원개발에따라캐나다에서생산되는원유의대략 50% 정도가오일샌드에서생산되며, 이에따라캐나다는현재미국에대한가장큰석유수출국이되었다. 베네수엘라도대량의오일샌드를생산하였으나, 정치적인불안으로인해그생산량이줄어든상태이다. 일반적으로채굴한오일샌드 2톤에서 1 배럴의합성원유 (synthetic crude oil, SCO) 를생산할수있다. 오일샌드의고부가가치화를위해서는 1 오일샌드를채굴 (mining) 하여이로부터역청을뽑아내거나 (extraction) 2 지하에있는오일샌드로부터역청을직접회수한 (recovery) 후, 3 개질 (upgrading) 기술을통하여합성원유를만드는과정을거치는데, 이때얻어지는합성원유는 residue가거의없으나 aromatic 성분이많다는점을제외하고는서부텍사스산원유 (West Texas Intermediate, WTI) 특성과유사하다 [3]. 개질공정의주요생산물인합성원유는일반원유와같이정제공정을거쳐다양한석유화학제품생산에이용된다 [4]. 특허분석에의한기술동향파악은기존에수행되었던관련기술의연구내용파악뿐만아니라, 향후연구의방향을설정하는데중요한자료로활용될수있으며, 연구내용이중복되는것을사전에막아주는역할을한다 [5]. 이에본연구에서는오일샌드로부터합성원유생산원천기술중개질기술의세부기술과관련하여 1970년부터 2007년 1월까지공개된미국, 캐나다, 일본, 유럽, 중국그리고한국의특허정보를분석하였으며, 이를통하여연도별, 국가별기술동향을파악하고자하였다. 2. 기술의분류및정의 Table 1은오일샌드로부터합성원유생산기술중개질기술을그세부기술별로분류한것이다. 2.1. 기술의분류오일샌드로부터합성원유를생산하는기술중개질기술은 Table 1과같이기술의중요도와특성을고려하여수소화분해기술, 코 2.2. 기술의정의오일샌드역청은탄소, 수소, 황, 질소, 산소그리고소량의중금속으로구성된분자구조로되어있는데, 개질시키기위해서는탄소를제거하거나수소를첨가하여크고복잡한분자구조를작게깨어주어야한다 [6]. 역청으로부터합성원유를생산하는공정은열악한성상으로부터경질화및품질의개선을통하여불순물질이없는양호한품질의고급연료유를얻고자하는데기본적인목적을두고있다. 이러한목적에부합하기위해서개질공정기술은 (1) 경질액체유수율의최대화, (2) 쓸모없는개질부산물발생의최소화및다른유용한물질로의전환, (3) 각종다양한원료유에대한공정의유연성, (4) 촉매사용효능의최대화및수소소비량의최소화, (5) 반응조건의완화및공정의소비에너지와투자비의절감등의기술, 경제적요건들이고려되어다양한종류의공정들이개발되어왔다. 역청의개질공정은크게수소첨가공정과탄소제거공정으로구분되어지는데기존에널리사용되어진공정이탄소제거공정인코킹공정이다. 코킹 (coking) 공정에서는역청을대략 500 로가열하여길고무거운탄화수소분자들을작고가벼우며정제가능한분자들로바꾸어놓고, 탄소가농축된코크 (coke) 를부산물로생성한다. 역청의개질에이용되고있는상용화공정으로는 delayed coking과 fluid coking의두공정이있다 [7]. 고온의조건에서고압의수소를첨가함으로써수소가많이포함된경질탄화수소를만드는기술을수소화분해 (hydrocracking) 기술이라고한다. 이러한공정은재래형원유보다탄소의함량이많고수소가적게포함된역청의개질을위해필요하다. 이상적인코킹공정은순수한탄소를역청으로부터분리시키는공정이지만코킹공정을통하여수소의유출이발생하게되고개질공정의효율이떨어지는문제점이있다. 이에반해역청에수소를첨가하는공정인수소화분해공정은양질의연료를생산하는성능이매우높은장점이있지만, 과다한수소의소비와촉매의비활성화로인하여발생되는촉매의내구성문제가합성원유를생산하는기술의걸림돌로작용하고있다. 본연구에서열분해 (thermal cracking) 기술은코킹기술을제외하고열을가하여탄화수소분자를깨거나재배열하는기술로정의, J. Korean Ind. Eng. Chem., Vol. 19, No. 6, 2008
594 이기봉 전상구 노남선 김광호 신대현 김선욱 김용헌 Table 2. Classification of the Patents by Countries Country Period Source USA Number of patent 114 Canada Kipris[12], 63 Japan 1969.01 Delphion[13], ~2006.09 Wips[14], 21 Europe CIPO[15] 14 Korea 1 분류하였다. 상압과 400 500 의아주높지않은온도에서역청의탄화수소분자를깨어주어점도를낮추는 visbreaking을한예로들수있다 [7]. 아스팔텐제거 (deasphalting) 기술은 n-pentane이나 n-heptane 등의유기용매를역청에혼합해주어아스팔텐 (asphaltene) 을제거하는기술을지칭한다. 아스팔텐은정제과정의효율을저해하고, 촉매의비활성화와코크생성의원인이된다고알려져있다 [8]. 초임계기술 (supercritical technology) 은역청의개질에고온, 고압의초임계조건이이용된기술을모두포함하였다. 초임계유체를개질공정에이용함으로써코크와 light gas 생성을줄이면서역청의밀도와점도를낮추는연구들이수행되어왔다 [9]. 생물학적처리기술 (bio-technology) 은바이오촉매 (bio-catalyst) 를이용하여역청에다량으로포함되어있는방향족화합물의고리구조와아스팔텐을깨어주거나미생물을이용하여역청의점도를낮추고황성분을제거함으로써 (bio-upgrading) 역청의품질을높이는바이오기술을포함한다. 특히개질공정의전단부에서생물학적처리기술을이용함으로써후단부의수소화처리공정이보다쉽게운전될수있고, 결과적으로소모되는에너지와발생되는이산화탄소의양을줄일수있다 [10]. 수소화처리 (hydrotreating) 기술은코킹이나수소화분해공정을거쳐생성된합성원유를 300 400 의온도로가열하여고압조건에서수소와혼합, 반응시킴으로써불포화된분자들을안정시키는기술이다. 수소화처리를통해서생성된합성원유가최종정제과정에서추가반응이진행되어화학구조가변형되는것을막고, 특히질소, 황, 중금속등의불순물을제거함으로써환경문제나이후처리공정에서촉매의비활성화를줄일수있다. 가스화 (gasification) 기술은역청을개질하는직접적인기술은아니지만, 부산물로생성되는코크나피치 (pitch) 를부분산화함으로써개질공정에필요한열에너지와수소화분해및수소화처리에사용되는수소를공급하게된다 [11]. 기존오일샌드역청개질에필요한에너지와수소는천연가스를통해서주로공급되었으나, 천연가스의가격상승과공급량한계의문제점때문에코크의가스화기술이주목받고있다. 기타 (others) 기술로는앞에서언급된기술들이외에역청의개질에직접또는간접적으로연관된기술로, 개질과정에서불순물이나오염물질을처리하는기술이나역청의품질을향상시키기위한새로운기술등을포함한다. 3. 특허검색대상및분석기준 3.1. 특허검색대상본연구에서는특허출원동향분석을위하여 Table 2와같이개 Figure 2. Procedure for patent analysis and database building. Figure 3. Trend of the number of patents applied for oil sands bitumen upgrading. 질기술이출원되기시작한 1969년부터최근까지의미국, 캐나다. 일본, 유럽, 한국의특허를수집하여사전작업을걸쳐최종분석데이터를구축하였다. 첫번째단계로오일샌드역청과관련된검색어를조합하여특허를검색함으로써자료를수집하였고, 이후추출된특허를기술에따라재분류하였다. 오일샌드로부터합성원유생산원천기술의특허수집과정에서채굴기술 334건, 추출기술 668건, 연료화기술 54건, 기타기술 15건등이있었지만, 본분석에서는이러한특허는제외하고, 개질기술개발을위한핵심기술위주로진행하였다. 3.2. 데이터구축 Database (DB) 구축은 Figure 2와같이 4단계로나눌수있다. 개질기술관련키워드의조합식을사용하여수집된원데이터 (raw data) 는국제특허분류 (International Patent Classification, IPC), 개질기술의정의등의기준에의해분석대상특허로 213건을추출하였다. 분석대상특허는기술분류, 출원인, 출원인국적, 핵심특허분류등의사전작업을진행하였고, 이러한작업에의해 DB구축을완료하였다. 분석항목에서특허활동지수 (Activity Index, AI) 란특정기술분야에서특정출원인의상대적집중도를살펴보기위한지표로서, 그값이 1.0보다큰경우에는상대적특허활동이활발함을나타낸다. 4. 거시적동향분석 4.1. 전체특허동향 Figure 3은연도별전체특허출원건수및누적건수를나타낸다. 공업화학, 제 19 권제 6 호, 2008
오일샌드역청개질기술의특허정보분석 595 Figure 4. The number of patents applied for oil sands bitumen upgrading in different countries. Figure 6. Major applicants of the patents applied for oil sands bitumen upgrading. Figure 5. Trend of the number of patents applied for oil sands bitumen upgrading in different countries. Figure 7. Trend of the number of patents applied for oil sands bitumen upgrading by major applicants. 1970년대이후특허출원건수가증가하다가 1984년에 15건으로전년도에걸쳐가장많은특허가출원되었는데, 이해에 Standard Oil이 3건, Veba Oel Entwicklungs, Alberta Research Council이각 2 건순으로출원하였다. 1985년부터급감하여 1990년대후반까지평균 5건의특허가출원되다가, 2000년대들어서 10건이상의특허가출원되어최근들어다시서서히증가하는경향을보이고있다. 2003년도에첫출원을시작한 Eni Spa는 2003년에개질기술관련특허를 7건출원하였고, 2005년에 3건을출원하는등최근들어가장활발한활동을하고있다. 2006년의최근특허출원건수가감소세를보이는것은출원된특허들의많은수가아직심사단계에있으며공개되지않았기때문이다. 4.2. 국가별특허동향 Figure 4는출원대상국가별로특허출원건수를나타낸그래프이다. 미국에서 114건이출원되어전체 213건중 53.5% 의점유율로전체특허의과반수를차지하고있으며, 다음으로캐나다에서 63건이출원되어 29.6% 의출원점유율을보인다. 일본에서는미국, 캐나다에이어 21건이출원되었고, 유럽에서는 14건이출원되었다. 한국특허는 1건의특허가출원되어가장낮은출원건수를보였고, 중국에서는개질기술에관해아직한건의특허도출원되지않았다. 미국과캐나다특허의점유율이전체의 83% 이상으로개질기술특허출원의대부분을차지하고있음을알수있다. Figure 5는연도별특허출원동향을국가별로나타낸그래프이다. 미국에서는 1974년첫특허출원이나타난후, 80년대초반까지출원건수가꾸준히증가하였다. 80년대후반부터는감소하는경향을보이다가 2003년부터다시증가하는추세를보인다. 캐나다에서는 1969년첫출원이시작되어매년 1건 3건의특허가꾸준히출원되다가, 90년대후반부터출원건수가서서히증가하는추세를보인다. 일본과유럽에서는 70년대후반, 80년대초반부터 90년대초반까지약간의출원건수를보이다가, 1993년부터 1999년까지출원된특허가없었다. 이후 2000년을기점으로다시 1건 2건의출원건수를보이고있다. 한국에서는 2006년에 중탄화수소성공급원료의수소전환방법 을제목으로 Research Institute of Petroleum Industry와 NTI의공동출원으로첫출원이있었다 [16]. 4.3. 출원인별특허동향 Figure 6은개질기술특허출원인중다출원순으로선정한주요출원인의출원현황을나타낸그래프이다. 이탈리아의 Eni Spa와미국의 Exxon이각 10건을출원하여가장많은특허를출원하였고, 다음으로미국의 Chattanooga가 8건, Shell Oil, Chevron, Snamprogetti, Standard Oil이각각 7건을, World Energy System, University of Utah, Alberta Oil Sands가각각 6건을출원하였다. 그런데, 가장출원건수가많은 Eni Spa와 Exxon의특허점유율은각각 4% 로그리크지않은것을볼수있다. 즉, 특정한출원인이다수의출원을한것이 J. Korean Ind. Eng. Chem., Vol. 19, No. 6, 2008
596 이기봉 전상구 노남선 김광호 신대현 김선욱 김용헌 Figure 8. The number of patents applied for oil sands bitumen upgrading sorted by IPC. Figure 9. The number of patents applied for oil sands bitumen upgrading sorted by detailed technologies. 아니라다양한출원인이있음을확인할수있다. 또한주요출원인대부분이미국국적의회사로미국이개질기술을주도하고있음을확인할수있다. Figure 7은특허출원건수가많은 5개의출원인을선정하여연도별출원동향을나타낸그래프이다. Eni Spa는 10건모두가수소화분해기술에관한특허이고, 2003년에첫출원을시작하여최근가장많은특허를출원하였다. Exxon은 1991년에열분해기술과코킹기술에관한특허를각 1건씩출원하였고, 이후열분해기술에관한특허를 1992년과 1996년에각각 1건을출원하였다. 1999년엔바이오기술 1건, 2001년코킹기술 1건, 2002년엔수소화분해기술관련특허 4건을출원하였다. Chattanooga는 8건모두가수소화분해기술에관한특허이고, Shell Oil은 1979년에열분해기술에관한특허를 1건출원하였다. 이후수소화분해기술에관한특허를 1982년과 1987년에각 2건을출원하였고 1983년에열분해기술, 1988년기타기술관련특허를출원하였다. Chevron은 1982년에코킹기술과수소화분해기술에관한특허를각 1건씩출원하였고, 이후 1983년에열분해기술, 코킹기술각 1건, 1986년에수소화분해기술 1건, 1988년에아스팔텐제거기술 1건, 1990년에열분해기술관련특허를 1건출원하였다. 각국의주요출원인상위 10위이내의순위를살펴보면, 수소화분해기술분야에서전세계에특허출원이가장활발한출원인으로는 Eni Spa ( 이탈리아 ) 와공동출원인인 Chattanooga인것으로나타난다. 또한코킹기술에서는 Jones Mansel E와 MG Technologies ( 독일 ), Gulf Oil ( 캐나다 ) 순으로나타나고, 열분해기술에서는 University of Utah ( 미국 ), Engelhard ( 미국 ), Exxon ( 미국 ) 순으로나타난다. 아스팔텐제거기술에서는 Kellogg Brown & Root ( 미국 ) 의출원건수가 2건이고 Yeh, George C. 외 9명의출원인은각 1건을출원하였다. 초임계기술관련특허는 Standard Oil ( 미국 ), Berkowitz Norbert, Dunn Stephen R 순으로나타난다. 4.4. 국제특허분류 (IPC) 별특허동향 Figure 8은국제특허분류별특허출원건수를나타낸그래프이다. C10G-001, 유혈암, 유사, 비용융성고형탄소질원료또는유사원료, 예. 목재, 석탄에서액체탄화수소혼합물의제조 에대한특허가 65건으로가장많았고, 다음으로 C10G-047, 낮은비점분획을얻기위한수소또는수소발생화합물의존재하에서탄화수소유의 Figure 10. Trend of the patent number of detailed technologies applied for oil sands bitumen upgrading. 분해증류 에대한특허가 28건출원되었다. C10G-009, C10G-045, C10C-003, E21B-043이 17건, 14건, 14건, 12건이출원되어그뒤를잇고있다. 각각에대한설명은다음과같다. C10G-009은 탄화수소유의수소부재하에있어서의비촉매성열분해, C10G-045은 수소또는수소발생화합물을쓰는탄화수소유의정제, C10C- 003은 피치, 아스팔트, 역청의처리, E21B-043은 채굴정에서석유, 가스, 물, 용해성또는용융성물질또는광물의현탁액을채취하기위한방법또는장치 에대한특허이다. 5. 심층적동향분석 5.1. 세부기술별특허동향 Figure 9는개질기술의세부기술에대한특허출원건수를나타낸그래프이다. 전체 9가지세부기술중수소화분해기술관련특허가 41.8% 로가장많이출원되어가장많은연구가진행중인것을알수있다. 열분해기술이 41건, 코킹기술이 40건, 초임계기술 14건, 아스팔텐제거기술 10건, 기타기술 8건, 수소화처리기술 5건, 바이오기술 3건, 가스화기술 3건이출원되었다. Figure 10은특허출원건수가많은 5개의개질기술의세부기술에대한출원연도별특허출원동향을나타낸그래프이다. 수소화분해기술은 1973년출원이시작되어 1982년, 1983년에 7건의출원 공업화학, 제 19 권제 6 호, 2008
오일샌드역청개질기술의특허정보분석 597 Figure 11. Portion of detailed upgrading technologies for different countries. 이되었고, 그이후 3건이하의출원건수를보였다. 2000년대들어서출원건수가증가하기시작하여 2003년, 2004년에각 8건, 2005 년 9건이출원되었다. 열분해기술은 1969년첫출원을하였고, 1976년에서 1993년까지매년 1 5건의특허를출원하였다. 1990년대후반부터출원건수가없었다가 2000년대들어서 2003년에서 2005년에각 1건의특허가출원되었다. 코킹기술은 1976년출원이시작되어 1980년대초반까지 2건이하의출원건수를보이다가 1984년 6건의특허가출원되었으며, 1990년대부터 2년 3년마다 1건 2건의특허가출원되었다. 2000년에 5건의특허가출원된이후매년 1건 2건의특허가출원되었고, 2004년이후현재까지출원건수가없다. 초임계기술은 1974년첫출원을시작으로, 1977년에 1건, 1983년 1989년에 1건 2건, 1994년 2건, 1997년, 1998년, 2000년에각 1건의특허가출원되었고, 2000년이후로현재까지출원된특허건수는없다. 아스팔텐제거기술은 1977년첫출원이되었고, 1982년, 1984년, 1988년에각각 1건씩특허가출원되었고, 1990년대들어서는 1990년, 1995년에, 2000년대들어서는 2000년, 2001년, 2005년, 2006년에각 1건의특허가출원되었다. 수소화처리기술은 1981년 2건의특허가, 1983년, 1985년, 1995년에각각 1건의특허가출원되었다. 그외바이오기술관련특허는 1992년, 1999년, 2004년에각각 1건씩이출원되었고, 가스화기술은 1976년에 2건, 1994년에 1건의특허가출원되었다. 기타기술은 1979년, 1984년에각각 1건, 1988년에 3건의특허가출원되었고, 1995년, 1996년, 2005년에각각 1건의특허가출원되었다. Figure 11은개질기술관련국가별세부기술의점유율을나타낸그래프이다. 각국가별로수소화분해기술이가장많은비율을차지하는것으로나타나고있다. 수소화분해기술에대해가장많은특허를출원한출원인은 Eni Spa로 10건을출원하였고, 국가로는미국에서 38건, 캐나다에서 29건, 일본에서 11건, 유럽에서 10건, 한국에서 1건순으로출원이되었다. 미국에서는수소화분해기술이 38건 (33.3%) 으로가장많고, 열분해기술 25건 (21.9%), 코킹기술 23건 (20.2%), 초임계기술 8건 (7.0%), 아스팔텐제거기술 7건 (6.1%), 기타기술 6건 (5.3%), 수소화처리기술 3건 (2.6%), 생물학적기술 2건 (1.8%), 가스화기술 2건 (1.8%) 순으로나타났다. 캐나다에서는생물학적기술에대한특허출원은없으나나머지기술에대해서는다양하게특허가출원되어미국의뒤를이어두번째로많은특허가출원되었다. 캐나다에서는수소화분해기술관련특 Figure 12. Activity indexes (AI) for different countries. 허가전체 63건중 29건 (46.0%) 이출원되었고, 코킹기술 13건 (20.6%), 열분해기술 9건 (14.3%), 초임계기술 6건 (9.5%), 아스팔텐제거기술과기타기술이각 2건 (3.2%) 씩출원되었고, 수소화처리기술과가스화기술관련특허가각 1건 (1.6%) 출원되었다. 일본에서는수소화분해기술 11건 (52.4%), 열분해기술 5건 (23.8%), 코킹기술 2건 (9.5%), 아스팔텐제거기술, 수소화처리기술, 생물학적기술에대해각 1건 (4.8%) 이출원되었다. 유럽에서는수소화분해기술 10건 (71.4%), 열분해기술과코킹기술각 2건 (14.3%) 이출원되었고, 한국에서는개질기술관련세부기술중수소화분해기술에대한특허 1건이출원되었다. Figure 12는개질기술의출원대상국가별세부기술중출원건수가 10건이상의기술에대한 AI (Activity Index) 를나타낸것이다. AI란상대적집중도를살펴보기위한지표로서, 그값이 1.0보다큰경우에는상대적특허활동이활발함을의미한다. 다음의수식은 AI 산출방법에대해개질기술에서수소화분해기술분야의미국의 AI를예로보여주고있다. 경질화기술에서수소화분해기술분야의미국의 AI = 미국의수소화분해기술건수 (38건) 미국의경질화건수 (114건) 경질화전체건수중수소화분해기술건수 (89건) 경질화전체건수 (213) 건 = 0.8 각기술의출원대상국가별상대적집중도를보면미국에서는코킹, 열분해, 아스팔텐제거, 초임계기술에서특허활동이상대적으로활발함을알수있고, 캐나다에서는수소화분해, 코킹, 초임계기술에서특허활동이활발하게나타나며, 열분해기술과아스팔텐제거기술은상대적으로활동이적음을알수있다. 또한일본에서는수소화분해기술과열분해기술에서상대적으로활발한특허활동을보이고있고, 유럽에서는수소화분해기술, 코킹기술, 열분해기술에관한특허활동을나타내며, 이중수소화분해기술분야에상대적으로집중하고있는것으로나타남을알수있다. 한국에서는출원된개질기술특허건수가 1건뿐이기때문에 AI 값의의미를언급하기어렵다. 5.2. 점유율및증가율에따른포트폴리오분석 Figure 13은개질기술의세부기술중출원건수가 10건이상인기술에대해출원인수및출원건수에따른포트폴리오를나타내고있다. 일반적인특허기술발전의단계는특허출원건수도증가하 J. Korean Ind. Eng. Chem., Vol. 19, No. 6, 2008
598 이기봉 전상구 노남선 김광호 신대현 김선욱 김용헌 Figure 13. Portfolio of detailed upgrading technologies (patent analysis spans based on the year of application: 1978 1984, 1985 1991, 1992 1998, 1999 2005). 고출원인수도증가하는발전기, 연구개발이포화되어출원건수는점차감소하나출원인수는거의변화가없는성숙기, 출원건수와출원인수모두감소하는퇴조기로나누어볼수있다. 포트폴리오기본모델에서수소화분해기술과코킹기술, 아스팔텐제거기술은발전기단계에있는것으로나타난다. 특히수소화분해기술동향은기술혁신의주체인출원인수와출원건수가동시에증가함에따라, 포트폴리오기본모델에서발전기에해당하는것으로나타나고있다. 코킹기술은출원인수와출원건수가모두증가하는 발전기에있으나, 발전기에서의출원인수와특허건수의증가폭이매우작은것으로보아최근기간에발전기에진입한것으로볼수있다. 열분해기술은기술개발에참여하는출원인수와출원건수가점차감소하는것으로나타난다. 6. 결론 오일샌드는원유성분이함유되어있는모래로종전에는높은생 공업화학, 제 19 권제 6 호, 2008
오일샌드역청개질기술의특허정보분석 599 산비용으로인해큰관심을끌지못했지만, 최근고유가시대를맞아새로운대체원유로서세계적으로주목받고있다. 특히오일샌드로부터추출한역청을개질하여합성원유를만드는기술을통해그가치및활용가능성을더욱넓힐수있다. 본연구에서는개질기술이출원되기시작한 1969년부터 2006년까지미국, 캐나다, 일본, 유럽, 한국의 213건의특허를수집하여특허출원동향분석을수행하였다. 오일샌드로부터합성원유생산기술중개질기술은 1970년대이후특허출원건수가증가하다가 1980년대초반에가장많은특허를출원하였고, 최근들어다시서서히증가하는경향을보이고있다. 출원대상국가별개질기술특허출원건수는미국이 114건, 캐나다가 63건으로두나라가전체의 83% 이상을차지하고있고, 한국은 1건만의특허가출원되었다. 개질기술관련가장많은특허를출원한출원인은이탈리아의 Eni Spa와미국의 Exxon이지만, 그점유율은각각 4% 로그리크지않아특정한출원인이다수의출원을한것이아니라다양한출원인이있음을알수있다. 개질기술은수소화분해기술, 코킹기술, 열분해기술, 아스팔텐제거기술, 초임계기술, 생물학적기술, 수소화처리기술, 가스화기술및기타기술의 9가지세부기술로나누어정리할수있었다. 이중수소화분해기술이 89건으로가장많이출원되었고, 열분해기술과코킹기술도각각 41건과 40건으로활발하게연구가수행되었음을알수있다. 포트폴리오분석을통해수소화분해기술과코킹기술이출원인수와출원건수가동시에증가하는발전기에있음을확인할수있다. 다른나라에비해오일샌드관련기술력이취약한한국도자원자주개발율을높이기위해오일샌드생산및활용기술, 특히축적된석유정제기술력에기반한개질기술개발이필요한상황이다. 감사 본연구는한국에너지기술연구원의기본사업 ( 비재래형석유계 연료의고품위화기술개발 ) 과 2008년도한국석유공사의지원 ( 오일샌드개질공정기초연구 I -기술개발연구 ) 에의하여수행되었으며, 이에감사드립니다. 참고문헌 1. International Energy Agency, Medium-Term Oil Market Report (2007). 2. E. Isaacs, The Canadian Oil Sands in the Context of the Global Energy Demand, 17th Convocation of the International Council of Academies of Engineering and Technological Sciences, Tokyo, Japan (2007). 3. L. Flint, Bitumen & Very Heavy Crude Upgrading Technology - Long Term R&D Opportunities, report from Lenef Consulting Limited (2004). 4. T. J. McCann and Associates Ltd., Petrochemicals from Oil Sands, report for Alberta Energy Research Institute, Nova Chemicals Ltd., Shell Chemicals Canada, Suncor Energy Inc. (2002). 5. OECD, Compendium of Patent Statistics (2007). 6. J. G. Speight, The Chemistry and Technology of Petroleum, 4th ed., CRC Press, New York (2006). 7. M. R. Gray, Upgrading Petroleum Residues and Heavy Oils, Marcel Dekker Inc., New York (1994). 8. S. H. Ng, Energy & Fuels, 11, 1127 (1997). 9. D. S. Scott, D. Radlein, J. Piskorz, P. Majerski, and Th. J. W. de- Bruijn, Fuel, 80, 1087 (2001). 10. The Canadian Biotechnology Strategy Online, Mining and Energy: Summary Report (1998). 11. E. Furimsky, Review, Fuel Processing Technology, 56, 263 (1998). 12. KIPRIS, www.kipris.or.kr. 13. IBM, www.delphion.com. 14. WIPS, www.wips.co.kr. 15. Canadian Intellectual Property Office, www.cipo.ic.gc.ca. 16. Korea Patent 10-2006-0076862 (2006). J. Korean Ind. Eng. Chem., Vol. 19, No. 6, 2008