화학생물공학부 공학기술과경영 정유및석유화학프로세스기술현황과전망
Contents Ⅰ Ⅱ Ⅲ 소재 / 화학산업의의의 정유및석유화학산업개요 정유 / 석유화학주요 Process 정유공정 / NCC 공정 / 방향족공정 / 폴리올레핀공정 Ⅳ Ⅴ 정유 / 석유화학산업전망 변화하는산업환경 Innovation 기업에서의 Innovation
Ⅰ. 소재 / 화학산업의의의
화학산업의역사
기초산업으로서의화학산업 기초원료, 소재및솔루션제공 전자재료및신소재개발의기반산업 원료기초재료고분자 / 케미칼가공 & 스페샬 유기화학 원유 납사천연가스 에틸렌프로필렌 BTX 부타디엔 합성수지합섬원료합성고무정밀화학 제약, 농약염료, 도료전자재료섬유, 건축재료 무기회학 규석 실리콘유리 세락믹 전자재료 ( 웨이퍼, 유리기판等 ) 촉매, 무기안료
기초산업으로서의화학산업 에너지 바이오 / 환경 화학산업 전자 / 자동차소재 석유 / 정밀화학
기초산업으로서의화학산업 * 제품중량 (g) / 화학제품중량 (g)
산업의 Value Chain 소재 플라스틱 철강 & 금속 정밀화학 서비스 IT 솔루션 부품 반도체 & 디스플레이자동차 Module 건축자재 운송 세트 전자제품자동차 / 항공스마트빌딩 컨설팅
제조업의 Value Chain 소재 부품 세트의 chain 을통한가치창출 A 세트 세트차별화 상호보완적역할 부품 소재 부품역량강화 소재강화 B SET 부품소재
산업의 Convergence 화학공학의탄생 반응공학 화학 시물레이션 응용수학 화학공학 응용열역학 석유화학산업발전 한분야로는해결하지못하는문제봉착 전기화학 생물공학 재료 & 나노과학 새로운 Solution 탄생! Convergence 를통해사물, 산업간의경계를넘어새로운가치창출
산업의 Convergence 다양한학문분야에서융복합의방법론을모색 Media Lab 미래디자인 컴퓨터 전자 바이오 디자인 건축 예술의융복합 디자인 MBA 디자인리더쉽 MBA 과정 Hybrid 사고방식 d. School Design Thinking 서로다른분야의교수, 학생, 산업종사자아이디어공유 서울대융합과학기술대학원 인문 / 사회과학 / 예술을포함하는범학문적변화지향 나노융합 / 디지털정보융합 / 지능형융합시스템등
산업의 Convergence 세트업체 산업계의융복합 Trend 소재업체
산업의 Convergence 산업간융복합에서소재의역할증대
소재산업은... 세트는 SPEEDY!! 짧아지는제품의 Life Cycle, 치열해지는경쟁
소재산업은... Different Paradigm! 원천기술확보를위한투자와시간이필요
소재산업은... 그래핀 분리막 OLED 전도성고분자 탄소나노튜브 EVA 전자파흡수소재 Flexible 기판 패치형멤브레인
Ⅱ. 정유및석유화학산업의개요
정유및석유화학산업의범위
정유및석유화학산업의범위 정유산업석유화학산업가공산업최종제품 < 기초원료 > 에틸렌프로필렌부타디엔 < 합성수지 > 폴리에틸렌폴리프로필렌폴리스타렌 플라스틱가공업 전기전자케이스자동차부품건설자재등 BTX < 합성원료 > TPA AN 섬유산업 섬유제품 < 중간원료 > 카프로락탐 EDC VCM SM < 합성고무 > SBR, BR 등 고무산업 타이어등 < 기타제품 > 메탄올등 정밀화학
정유및석유화학산업의범위 석유화학제품 : Olefin 및유도체 에틸렌 (C2H4) 에틸렌옥사이드에틸렌글리콜폴리에틸렌 프로필렌 (C3H6) 프로필렌옥사이드 폴리프로필렌 1,3 부타디엔 (C4H8) 인조 Rubber ABS 수지
정유및석유화학산업의범위 석유화학제품 : Aromatic 계열 폴리스타이렌 벤젠 (C6H6) 스타이렌모노머 : SM (C8H8) SBR & ABS 파라자일렌 : PX (C8H10) 테레프탈산 : PTA (C8H6O4) 폴리에스테르
정유및석유화학산업의범위 석유화학제품 : Polymer 계열 LDPE/EVA 제품용기 필름 태양광소재 LLDPE 포장용필름코팅제품농업용비닐 HDPE 제품용기파이프 CAP PP 자동차내장재포장필름가전제품 case
정유및석유화학산업의범위 참고 : 한화토탈의제품계통도 끓는점프로판, 부탄 0 _ 경질나프타 80 _ 중질나프타 150 _ 등유 (Kerosene) 250 _ 경유 (Diesel) 360 _ 벙커씨유 (B-C) Crude Oil Condensate Heavy Naphtha C3/C4 Sweet Condensate Sour Condensate Light Naphtha Naphtha Cracking Center NCC 공장 방향족 1 공장 CFU 공장 Condensate Fractionation Unit Crude Naphtha 에틸렌 (C2) 프로필렌 (C3) C4 Raff (C4) Mixed C4 열분해 Oil (C5-6) 에너지제품 에너지제품 방향족 2 공장 화성공장수지공장 OCU 공장 Olefin Conversion Unit C4 공장 SM Styrene Monomer EO / EG PE/EVA PX PP 부타디엔 BTX 공장벤젠항공유, 연료유, Solvent, LPG 항공유 : 등유에서황성분추가제거 Ethylene Oxide / Glycol Poly Ethylene Poly Propylene Para-Xylene Benzene 벤젠 등유 항공유경유 LPG PX 벤젠 제품구분 : 에너지제품 화성제품 수지제품
정유및석유화학산업의특성 1) 콤비나트산업 전형적인콤비나트산업 - 자본집약적장치산업 Verbund( 페어분트 ) - 일관생산체제 2) 기초소재산업 생활용품및산업에중요한기초소재 ( 자동차, 전기전자, 건설등 ) 산업의쌀 우수한물리, 화학적특성
정유및석유화학산업의특성 석유화학산업의부가가치창출효과 US $9000 3) 고부가가치산업 에틸렌 56kg 셔츠 51 벌 원료의 10~100 배이상의 부가가치창출 원유 1 톤 납사 0.18 톤 프로필렌 31kg BTX 16kg 메탄 25kg 모포 13장타이어 3세트스타킹 3700벌 LPG 등 42kg 페인트 13 리터 US $ 150 US $ 80 4) 친환경산업 종이, 목재같은천연소재대체 : 삼림황폐화방지와자원고갈방지 환경보전과산업성장조화추구
Ⅲ. 정유및석유화학주요 Process
정유및석유화학주요공정 LPG 원유 상압 증류 원유정제 & 시설 감압 납사 / 휘발유 등 / 경유 중유 납사수첨탈황공정등경유수첨탈황공정중유수첨탈황공정 휘발유등 / 경유중유 / 아스팔트 증류 고도화정제공정 중 / 경유, 휘발유 납사 방향족 (Aromatics) 공정 벤젠, 톨루엔, 자일렌 폴리올레핀공정 합성수지 납사 Cracking 공정 에틸렌 / 프로필렌 / 부타디엔
Flash Drum Flash Drum 정유공정 (Refinery) 상압증류공정 (CDU: Crude Distillation Unit) 증류과정을이용하여원유분리 에너지제품생산 Atmospheric Distillation Tower LPG Crude Tank Desalter Heater Naphtha Kerosene Diesel Crude Tank Desalter Heater 1 atm 350 Bunker & Residue
정유공정 (Refinery) 감압증류공정 (VDU: Vacuum Distillation Unit) 상압잔사유를낮은압력 (vacuum) 하에서증류 - 중질경유 (Light gas oil), 중유 (Heavy gas oil) 등생산 30~80mmHg Vacuum Distillation Tower Vacuum Facility Light Gas Oil Atmospheric Residue Heavy Gas Oil 395 Vacuum Residue
정유공정 (Refinery) 수첨탈황공정 (Hydro-desulfurization) 수소첨가반응통한제품의불순물제거 : 유황성분및질소화합물 : R-SH( 황 ) + H 2 H 2 S + R-H / R-NH 2 + H 2 NH 3 + R-H Gas oil Hydro-desulfurization unit Make up Hydrogen Off Gas R/G Compressor HP Amine absorber LP Amine absorber REAC Wash Water (M/up) Reactor Separator Stripper Gas Oil Dryer Treated Gas oil Treated Gas Oil
정유공정 (Refinery) 고도화정제공정 원유정제시설 LPG: -42~1 경질유분 원유 휘발유, 납사 : 35~180 등유 : 170~250 경유 : 240~350 중유 / 잔사유 : 350 이상 프로필렌 LPG 휘발유경유 아스팔트
정유공정 (Refinery) HCR (Hydro Cracking) 고온, 고압 수소첨가 등유 / 경유 FCC (Fluidized Catalytic Cracking) 고온 접촉분해 휘발유 LPG 3% FCC 프로필렌 18% Hydro Cracking 납사 25% 등유 / 경유 75% LPG 27% 휘발유 43% 경유 43%
정유공정 (Refinery) FCC 를활용한석유화학산업다각화 원유정제 납사 Catalyst down flow Regenerator 중질유분 Feed injection 프로필렌 FCC 프로필렌 석유화학 (Naphtha Cracking) Downflow reactor Catalyst / Product Separator Catalyst up flow 폴리프로필렌공장 폴리프로필렌공장 <FCC 구조 > Stripper using Structured packing
NCC 공정 (Naphtha Cracking Center) 납사 (Naphtha) 원유증류시, 35~220 끓는점범위에서분리되는탄화수소의혼합체 NCC (Naphtha Cracking Center) 석유화학최상위공정 납사열분해후압축, 냉각, 정제과정을거쳐에틸렌, 프로필렌, Fuel oil 등으로분리 -180 ~ 850, 상압 ~ 38기압에서운전 < 한화토탈 NCC공장전경 >
NCC 공정 (Naphtha Cracking Center) 기술발전에따른 NCC 공장규모변화 설비, 공정, 건설기술 3 축의동시발달로단일공장에틸렌생산능력증대 생산량 ( 단위 : 에틸렌생산량 ) 현재 2000 년대 150 만톤이상 / 년 1990 년대 100 만톤 / 년 1970 년대 60 만톤 / 년 1950 년대 ~10 만톤 / 년 35 만톤 / 년
NCC 공정 (Naphtha Cracking Center) 납사를탄화수소화합물로열분해 Stack 분해로구성 열분해가스 200 Steam Drum Convection BFW IDF Naphtha Dilution Steam Convection - 폐열회수 - 원료, BFW(Boiler Feed Water) Preheating - Steam 발생 Steam TLE Radiant 790~850 Radiant - 납사열분해반응 Fuel Gas Air
NCC 공정 (Naphtha Cracking Center) 코일별특성 Type SRT VII SC-1 USC SU type Licensor Lummus KBR Technip Configuration TLE PQE SQE PQE SLE SLE
NCC 공정 (Naphtha Cracking Center) 열분해가스급냉 (Coke, Tar 형성방지 ) 및폐열회수 37 Gasoline Fractionator 분해가스 Dilution Steam 열분해가스 200 Quench Oil 열분해연료유 열분해가스오일 Quench Tower Process Water Stripper Dilution Steam Drum Quench Oil Waste Water
NCC 공정 (Naphtha Cracking Center) 분해가스압축 - 이송에필요한에너지공급 - 중질유분분리 - 촉매독및제품불순물인 H2S, CO2 제거 분해가스 0.5~1.0 kg/cm2g 37 38 kg/cm2g 88 압축가스 Charge Gas Compressor 1 2 3 4 5 Pyrolysis Gasoline Gasoline Stripper NaOH Acid Gas Removal Condensate Stripper C3+
NCC 공정 (Naphtha Cracking Center) 압축가스분리 메탄 -135-35 에틸렌 Demethanizer Ethylene Fractionator 수소 Deethanizer Ethane 프로필렌 -170 C3+ 35 압축가스 Chilling Train Depropanizer Propylene Fractionator C3 LPG 혼합 C4 C4+ Debutanizer Pyrolysis Gasoline
방향족공정 (Aromatics) Naphtha 와 Condensate 를원료로 Benzene, Para-Xylene 생산 - Reforming 반응을통해 Aromatic 으로전환 벤젠공정 BZ Condensate Naphtha 원료전처리공정 (CFU, NHT) 개질공정 (Reforming) 자일렌공정 PX
방향족공정 (Aromatics) CFU (Condensate Fractionation Unit) 공정 Condensate 에서납사, 에너지제품 (LPG. Kerosene, Diesel 등 ) 생산 LPG Merox Desalter Stabilizer Condensate Fractionator Kero Condensate Crude Naphtha Distillate Fractionator Diesel Stripper Diesel Fuel Oil
방향족공정 (Aromatics) NHT (Naphtha HydroTreating) 공정 납사내에존재하는촉매독 (S, N, O2 & Metal) 을수소첨가반응을통해제거 - Offgas 분리후 Light / Heavy 납사생산 Crude Naphtha Reactor Offgas C5 Stripper Naphtha Splitter Light Naphtha Separator Heavy Naphtha
방향족공정 (Aromatics) Reforming 공정 Treated Naphtha 를원료로하여방향족제품을선택적으로생성 Reformate 생산 Platforming Reactor Combined Feed Exchanger Fuel gas Light end CCR Platforming Heater Depentanizer Heavy Naphtha Reformate CCR (Catalyst Continuous Regeneration : 촉매연속재생 )
방향족공정 (Aromatics) Reformate Fractionation 공정 Reformate 를분리하기위한공정 : Light reformate / Xylene / C9&C10+ aromatics 생산 Reformate Splitter Light Reformate No.1 Xylene Column Xylene (to Parex) Reformate No.2 Xylene Column C9 Aromatics ISOMAR unit Heavy Aromatics Column B/T Frac. unit C10+ Aromatics
방향족공정 (Aromatics) 추출증류 & BT 정제공정 추출증류를통해 Reformate 에서 Non-Aromatics 성분을분리 - Sulfolane solvent 를활용하여 Aromatic 추출 - Aromatic 분리후 Benzene, Toluene, C8 Aromatics 생산 Sulfolane Unit Benzene Toluene Fractionation Unit Benzene Non-aro Raffinate BTX column Light Reformate Extractive Distillation Column Solvent Recovery Column Pre fractionation Toluene Solvent Recycle C8 Aromatics (to Xylene Frac.)
방향족공정 (Aromatics) Tatoray 공정 톨루엔의 Disproportionation 반응및 C9 aromatics 의 Trans Alkylation 반응 Benzene, Xylene 생산 CH 3 (CH 3 ) 2 + Reactor Stripper Benzene Combined Feed Exchanger Stabilizer Toluene & C9 Aromatics Xylene BT fractionation Unit
방향족공정 (Aromatics) Parex 공정 Xylene 이성질체, Ethylbenzene, Non-Aromatics 혼합물을선택적흡착분리 p-xylene 생산 Chamber A Chamber B Raffinate Column Extract Column Finishing Column Rotary Valve Toluene MX, OX, EB Xylenes para- Xylene Feed Surge Drum Desorbent Surge Drum
방향족공정 (Aromatics) Isomar 공정 비평형상태의 Mixed Xylene을평형상태로전환 (Catalytic Isomerization) - PX 함량 Xylenes의 Isomerization 반응 & Ethylbenzene의 Alkylation 반응 CH3 C2H5 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 PX : MX : OX = 1 : 2 : 1 Reactor Acid + H2 + C2H4 + C2H6 Pt EB, OX, MX Deheptanizer To Tatoray Stripper Combined Feed Exchanger To Xylene fractionation
폴리올레핀공정 에틸렌, 프로필렌을중합하여폴리에틸렌, 폴리프로필렌등의고분자제품생산 폴리올레핀공정의종류 HDEP (High Density Polyethylene) : 고밀도폴리에틸렌 LLDPE (Linear low density Polyethylene) : 선형저밀도폴리에틸렌 LDPE (Low density Polyethylene) : 저밀도폴리에틸렌 EVA 수지 (Ethylene Vinyl Acetate) PP (Polypropylene) HDPE 공장 LDPE 공장 PP 공장
폴리올레핀공정 HDPE 공정 Licensor : Mitsui (Japan) Slurry CSTR(Continuous Stirred Tank Reactor) type 의공정 - 지글러나타촉매사용 / 솔벤트로 N-hexane 활용 < HDPE Product > 4. Silo storage & Packing 3. Pelletizing 1. Polymerization 원료 2. Separation & Drying 제품 Hexane Recovery
폴리올레핀공정 LDPE & EVA (Ethyl Vinyl Acetate) Licensor : MITSUBISHI (Japan) Co-monomer 로 VA 사용시 EVA 생산 Recycle < EVA Product > Compression Reaction Extrusion <Tubular reactor> 원료 제품 TUBULA REACTOR
폴리올레핀공정 폴리프로필렌 (PP) 공정 Licensor: Mitsui (Japan) - 액상및기상반응기에의한중합 Homo-PP, Random-PP, Block-PP 생산 < PP Product > 원료 Pelletizing Silo Drying Polymerization Catalyst 제품
폴리올레핀공정 LLDPE 공정 Licensor : BP Chemicals 기상유동층반응기사용 - 반응기분산판에의해 Gas bubble 형성 용매를정제하는공정개조하여 N-Hexane 생산 < LLDPE Product > 촉매제조 원료 기상중합 SI L O 건조공정 압출공정
Ⅳ. 에너지 / 석유화학산업전망 변화하는산업환경
셰일가스란? 셰일층에갇혀져있는천연가스 셰일가스는천연가스와유사한성분 메탄, 에탄, 프로판등으로구성셰일오일? 셰일가스와함께셰일층에함유된원유 경질납사성분이많이포함 구분 미국천연가스 셰일가스평균 메탄 94.4 % 87% 에탄 2.7 % 8.0% 프로판 0.6% 2.2% 기타 2.3% 2.9% < 셰일가스의성분 >
셰일가스란? 2000 년대말미국을중심으로생산확대 채굴기술의발전 : 수평시추법, 수압파쇄법등
셰일가스란? 현재미국이셰일가스의선두주자 미국이세계셰일가스생산의 91% 를차지 생산및탐사기술발전 셰일에너지매장량및생산가능량은지속적으로증가 2000 년대중반이후유가변동성심화 세일가스등비전통에너지에대한관심상승셰일가스를바탕으로한 Gas 원료기반의석유화학제품들의원가경쟁력회복 고유가하에서납사 cracker 경쟁력에위협요인 $/MMBTU 25.00 20.00 15.00 10.00 5.00 0.00 원유와천연가스가격비교 NG Brent WTI 석유와천연가스의가격차이가최대 9 배까지벌어짐
셰일가스의영향과대응 셰일혁명 " 에의한정유, 석유화학산업패러다임변화 전통적인석유원료및제품대체 셰일가스, 셰일오일 (Low Cost) 셰일가스견제를위한중동산유국들의석유생산량확대 정유사의정제마진하락 ( 손익악화 )
셰일가스의영향과대응 셰일가스를바탕으로하는에탄크래커설비확대 원유 석유전 Refinery 납사 휘발유, 경유, 등유 납사크래킹 C4 BTX 단위 : 백만톤 北美셰일가스기반증설 천연가스 ( 메탄 ) C3 ( 프로필렌 ) 가스 가스전 가스분리 에탄 에탄크래킹 C2 ( 에틸렌 ) [ 원료 / 제품제조흐름도 ] 셰일업체재정난속장기적측면에서미국내설비투자는지속 - 14 년 ($333 억 ) 17 년 ($428 억 ) 19 년 ($486 억 ) 미국내납사크래커의비중감소 - 기존스팀크래커의증설 개조를통한에탄 cracking 능력확대 - 셰일산출지의에탄활용프로젝트부상
셰일가스의영향과대응 < 에틸렌제조비용 > 원유보다저렴한셰일가스개발로북미지역은매우높은원가경쟁력을지님 낮은에틸렌제조비용을바탕으로에틸렌계열증설집중 : PE, EG, PVC 등
셰일가스의영향과대응 납사 Cracker 의경쟁력강화를위한원료다변화 에탄 C3/C4 LPG 납사 2.9 2.8 16.8 36.9 42 45 29 77.6 4.3 16.8 9.4 16.6 에틸렌부타디엔 프로필렌기타 에틸렌부타디엔 프로필렌기타 에틸렌프로필렌 - 원료별 cracking 시제품 yield - 제조원가중원료비비중이 80% : 저가원료확보가경쟁력의관건 납사외에 C3/C4 LPG를원료로도입 - 원료제품저장 tank, 분해로설비추가 / 보완등 원료및제품시황에대한대응능력강화 - C3 LPG의경우안정적인가격유지전망
셰일가스의영향과대응 HTC 사례 : 납사 cracker 와 Gas cracker 의 integration - Side cracker CW 시스템 BFW 시스템 기존 NCC 공장 ( 기존 Train) C1 냉매 C2 냉매 C3 냉매 WWT 시스템 납사 Liquid 분해로 가솔린분리탑 급냉탑 압축공정 냉각공정 전기시스템 수처리시스템 PA/IA/N2 시스템 DS 시스템 WAO 시스템 배관보완 기존 ISBL 유틸리티 연료시스템 Flare 시스템 2 반응기 아세틸렌반응기 2 정제탑 6 정제탑 2 정제탑 2 정제 C4 프로필렌 에틸렌 C2 탑 분리탑 분리탑 분리탑 분리탑 메탄분리탑 보일러시스템 CW 시스템 BFW 시스템 Side Gas Cracker (Side Train) 에틸렌분리탑 1 정제탑 메탄분리탑 1 정제탑 냉각공정 Logistics ( 저장탱크 ) 기존시스템사용 ( 일부개조필요 ) 에탄 C3 LPG 신규설비 2 분해로 Gas 분해로 가솔린분리탑불필요 1 정제탑 급냉탑 QW PW PGHeavy Oil 압축공정 1 C.G.C 1 Caustic Tower 2 Dryers 1 정제탑 C2 분리탑 Tertiary 냉매 1 냉매압축기 1 반응기 Front End 아세틸렌반응기
셰일가스의영향과대응 제품고부가화위한 On-Purpose Technology 의확대 Gas cracking 확대시에틸렌생산대비프로필렌및부타디엔생산은감소주요고부가제품생산을위한 on-purpose technology의개발및적용 Olefin Conversion Unit Propane Dehydrogenation 부텐 (N-Butene) 과에틸렌 (Ethylene) 의 Metathesis 반응을통해프로필렌을생산 C2H4 + C4H8 2 C3H6 전세계적으로약 40 개의 OCU 공장가동중 ( 국내 4 개사 ) 프로판 (Propane) 의탈수소화를통해프로필렌생산 C3H8 C3H6 + H2 낮은원료 cost 로인한경쟁력으로인해중국, 북미등에서 PDH 신증설 <HTC 의 OCU 설비 > < 북미의 PDH 설비 >
셰일가스의영향과대응 한화토탈 OCU (Olefin Conversion Unit) 공장 Lummus 社의 technology 적용, 2008년부터상업가동실시 C4 Raffinate (Butene) 고부가화공장 : 당사포함인근 3사 C4 유분사용 대산 3사시너지극대화사례 단지에너지효율화공장 : 단지내 BTX공장 & 방향족공장의폐열을열원으로사용 에틸렌 C4 Raff. 1 (BD 공정 ) 전처리공정 선택수첨공정 촉매분리공정 OCU 반응공정 제품정제공정 C4 Raff.2 From 롯데케미칼 C4 Raff.4 From LG 화학 Isobutene 프로필렌 ( 순도 99.9%) Metathesis 반응 mechanism
셰일가스의영향과대응 Lummus CATOFIN PDH Process Cyclic Reactor operation 에의한연속공정 : Multiple reactor 구성
셰일가스의영향과대응 Lummus Catadiene Process N-Butane 에서탈수소반응을통해 1,3 Butadiene 을생산하는공정 Cyclic Reactor operation 에의한연속공정 (Catofin Process 와유사 )
석탄화학의부상 석탄화학의계통도
석탄화학의부상 CTO (Coal to Olefin) & MTO (Methanol to Olefin) 석탄에서합성 Gas(Syn Gas : CO, H2) 를합성후메탄올로전환하여올레핀생산 - 합성 Gas 는석탄의불완전연소를통해제조 - 메탄올은고온 / 고압하에서일산화탄소의수소화반응을통해합성 석탄으로부터직접메탄올을제조할경우 CTO, 메탄올을구매하여생산시 MTO 로구분 Coal Gasification Sygas Purification CO + 2H 2 CH 3 OH Methanol Synthesis MTO/OCP Ethylene Power/Steam Generation Propylene Gas turbine 을활용한발전설비 integration
석탄화학의부상 석탄가스화공정 : 석탄에산소와수증기를반응시켜합성가스 (H 2, CO) 를제조
석탄화학의부상 메탄올은 Syngas 로부터합성 Methane Steam [& O2] Compression Reforming @ ~ 900 Cooling Syngas CO CO2 H2 Synthesis Crude Distillation Chemical Grade CH3OH H2O CH3OH
석탄화학의부상 Methanol to Olefin 의과정 Gas 전처리 Gas 액화 CMEG (Coal to MEG) - Syn gas 를이용하여 oxalic acid 합성후 Ethylene glycol 을생산하는 Process Coal Coal Gasification Synthesis gas Syngas Conversion Oxalic acid Reduction (Hydrogenation) Ethylene Glycol
석탄화학의부상 CTO, CMEG 는중국 Xinijang, Inner Mogolia 등석탄매장량이풍부한지역중심 MTO 설비는메탄올수입이용이한동부해안이나 CTO 인근에건설 Olefin 생산을바탕으로 PE, PP 까지수직계열화 19 년 2.8 천만톤 / 년 < 중국 CTO/MTO 현황 > < 중국 CTO/MTO Capacity> 석탄을이용한석유화학증설과가동으로중동, 북미와함께 3 대 Capacity 지역으로부상
석탄화학의부상 석탄화학의 4 대과제 용수의안정적공급 폐기물 (waste) 처리 높은탄소배출량 높은설비투자비
석탄화학의부상 UOP 社 MTO Process Fluidized bed 반응기와재생시스템을통해안정적인연속운전가능 - 촉매중일부가재생시스템으로유입되어 coke 제거후재도입 SAPO-34 촉매사용 : 높은에틸렌 / 프로필렌 yield ( 전환율 95% ), 낮은촉매 loss - 운전조건 : 1~2 atm / 450~550 degc
Ⅳ. 에너지 / 석유화학산업전망 I nnovation
국내석유화학산업의위치 Strength Weakness 지리적이점 : 세계최대수출시장 ( 중국 ) 선점 우수한조업기술및인력기반 - 가동안정성, 높은생산성, 에너지효율성 Opportunity 중국시장진출기회확대 시장확장에따른신규및대체수요창출 석유화학 규모의경제열세 기초원료 ( 나프타 ) 해외의존 첨단제품개발기술력부족 지속적인 Innovation 통한경쟁력강화 Threat 북미, 중동, 중국의설비투자확대 Major 기업들의통합추세 에너지시장의불안정성
차별화된사업구조구축 HTC 사례 Refinery와 Petrochemical의 integration 에틸렌부터에너지제품까지다양한제품포트폴리오구축 방향족사업 (PX/SM) 강화 : ECC/ 석탄화학의영향을최소화 석유화학사사업범위 LPG NCC 에틸렌프로필렌 C4 s PE PP EO/EG Naphtha Light Naphtha Benzene SM Condensate Splitter (CFU) Heavy Naphtha Reformer PX 정유사사업범위 항공유 / 경유
차별화된사업구조구축 HTC 사례 수지제품고부가화 에틸렌및프로필렌系제품대상 - 고부가기능성제품 : POE, UHMW-PE, Specialty copolymer 등 - 신규용도창출제품 : Hygienic, Environmental, Medical application 등 고객과 Win-Win 하는제품군개발 자체고기능 / 고성능촉매개발 신규용도창출 - 수지제품고부가화율 -
차별화된사업구조구축 HTC 사례 - 신규사업발굴 고부가솔벤트사업및 Functional Fluids 사업발굴 자체기술개발추진 한화토탈 화성에너지 Specialty Chemicals 수지 Functional Fluids 고부가탄화수소계제품 고순도솔벤트 Normal Heptane 탈방용제 (De-aromatized Solvent) PIB (Poly isobutylene)
설비최적화 HTC 사례 방향족공장 BT Fractionation 신공정개발 기존 Column의 re-configuration 을통해설비분리효율향상 - 한 Column에서벤젠, 톨루엔, 자일렌을동시에분리 에너지사용량 11% 절감 업계최초로독자기술로추진 BZ TOL Prefractionator Main Fractionator Bz+Tol BZ Sulfolane PXplus Bz+Tol+Xyl Sulfolane PXplus Bz+Tol+Xyl BZ TOL Xyl BZ - TOL TOL - Xyl Tol Tol+Xyl Xyl Tol+Xyl Xyl - 개선전 - - 개선후 -
공장간 Integration HTC 사례 저순도에틸렌공급통한 NCC공장에너지절감 NCC 공장에틸렌정제탑을거치지않은저순도에틸렌을 SM 공장 EB 반응기원료로공급 (SM 공장액상반응기세계최초적용 ) NCC 공장 bottleneck 해소및에너지사용량절감 원료 아세틸렌반응기 고순도에틸렌 (99.95%) 순환에탄 NCC 분해로 에틸렌 83% 에탄 17% 에틸렌정제탑 EB 반응기 신설압축기 - NCC 공장 - - SM 공장 -
공장간 Integration HTC 사례 BTX / OCU 공장간폐열회수 Network 구축 Air fin cooler에의해냉각되는 BTX 공장 Column OVHD 유체의열량을 OCU 공장열원으로공급 : OCU 공장에너지사용량감소 OCU CD-DeIB Column 열량공급 (OCU Reboiler) 82 폐열회수 Heat integrated reboilers with BTX OCU LC drum 0.2 KG 135 Vapor Air cooler OCU 공장 BTX 공장 C5 From Pentane column LS LS Reboiler TOL From Toluene Column BZ From Benzene Column Quench From Reactor 폐열회수를위한열교환망구축 저압스팀 21.0 t/h 절감효과발생 100 BTX C8/C9 Column BTX 공장의 C8/C9 column OVHD 열량을 OCU steam condensate 를이용하여회수 회수된열량은 OCU 공장 Column 리보일러의열원활용
제품고부가화 HTC 사례 에너지제품생산통한부산물 Value up Gasoline 생산통한고부가화 C5~C9+ 의부산물고부가화 자동 blending optimizer 활용한최적 blending : RON, RVP, Density 등조절 C5~C9+ 유분 Blending Optimizer Gasoline 방향족공장 Heavy 유분 Upgrade 탈황설비통해저부가 Heavy 유분고부가화 : 연료 에너지제품 ( 항공유및솔벤트 )
운전최적화 HTC 사례 APC 적용통한운전최적화 APC : 선진제어시스템 (Advanced Process Control) - 운전변화사항에선제적으로대응 - 독립변수 (MV), 종속변수 (CV) 간 dynamic model을구성, 최적의조작변수를계산 Column 운전변수최적화등을통해에너지사용량 3~5% 절감달성 다변수제어 한계조건제어 PID (DCS) 제어기를넘어서는 Performance 구현 예측제어 최적제어
Ⅴ. 기업에서의 Innovation
What is it? Who created this? 87
New paradigm Concept 1865 Rethinking Material BASF 에서제작한전기자전거 (BASF 에서생산하는소재로만제작 ) Ultrason (Carbon fiber PES) Kerdyn (PET foam) Infingery-R (expanded polyurethane) UltracomTM (Thermoplastic rim) 소재회사라는장점을살려자사의다양한소재로 19 세기의자전거의외형을모티브로의미있게재현
New paradigm Design fabrik 고객지향적인제품생산을위해 BASF 에서설립한 design 연구소 (since 2006) Design fabrik 의지향점 : Customer focus
New paradigm Design Fabrik 의작품들 공급자중심이아닌고객지향적인아이디어및소재발굴 다른산업과의융복합통한새로운가치창출
New paradigm Innovation 을위한 Chemical Engineer 의 role 공학적지식바탕 Engineering뿐만아니라 Design영역까지탐색 / 계발 기존산업범주를넘어서는새로운 Concept 창출 융복합인재 Committed to a changing World!
기업에서혁신이란 기업의생명 끊임없는가치창출 고객만족 인류조화
미래의한화토탈은? - 한화토탈매출추이 - 8.3 조 0.4 조 1.4 조 4.7 조 2015 년 ~? 1992 1998 2009 2015 2009 년 에틸렌 100 만톤, 프로필렌 84 만톤 SM 100 만톤, PX 174 만톤, 수지 124 만톤 에틸렌 87 만톤, 프로필렌 71 만톤 SM 93 만톤, PX 9 만톤, 수지 99 만톤 1998 년 1992 년 에틸렌 54 만톤, 프로필렌 29 만톤 SM 66 만톤, PX 49 만톤, 수지 58 만톤 에틸렌 42 만톤, 프로필렌 21 만톤 SM 24 만톤, 수지 42 만톤
미래의한화토탈은 by YOU!