석유화학
1. 개요
석유를 가공할 때 나오는 물질인 나프타 등을 이용해 플라스틱 등의 여러 합성 원료를 만들어 내는 화학분야이다.
석유화학 공정의 선수과목은 단위조작과 반응공학이고 이쪽 과목 교수들은 정유사에서 근무한 화학공학과 출신들이 많다.
정유산업에서 증류탑 공정을 통해 LPG·나프타·항공유·등유·휘발유·경유·중유 등을 분리한다면 그 중에서 다시 나프타를 화학적으로 분리하고 가공하는 것을 석유화학산업으로 구분할 수 있다. 다만, 이제는 많은 정유사들이 기존 업스트림 중심의 공정에서 점차 다운스트림의 석유화학 공정으로 확대시켜 나가고 있는 추세이다. 석유화학 업계에서 기초 유분을 생산하는 방식은 크게 NCC(나프타 분해 설비), CTO(석탄에서 올레핀을 제조하는 공정), ECC(에탄 분해 설비)의 3가지로 나눌 수 있다. CTO는 환경오염이 크기 때문에 주로 중국에서 상업적으로 가동하고 있으며 그 외에는 인도 등의 개도국들 위주로 연구하고 있다.
정유 및 석유화학 산업에 있어서 각 공정에서 적합한 온도 및 압력범위, 플랜트 설계, 촉매 등의 조건은 공정설계만 전문적으로 하는 회사에서 만들어서 라이센스를 주어 팔고 있다. 미국 UOP사 등이 이에 해당한다.
2. 산업의 일종
Global GDP의 제조업 부문 중 화학산업은 15%로써 가장 큰 비율을 차지하고 있으며, 이 중 50%가 석유화학 관련 산업이다. 한국의 석유화학 산업은 70년대 정부 주도로 시작되어, 90년대 이후 민간주도의 발전으로 80배 이상 비약적으로 성장했으며 울산, 여수, 대산 3개의 석유화학 단지에 약 50개 업체가 수직계열화를 이루고 있다. 국내 석유화학산업은 2017년 에틸렌 생산능력 기준으로 보면 세계 4위의 규모(9,005천 톤/년)로, 생산액 기준으로는 자동차, 기계, 반도체에 이어 4위의 국가 기간 제조산업이다.
석유화학 회사라고 하면 LG화학, 롯데케미칼, 한화솔루션, 금호석유화학그룹, 대한유화, 대림산업 석유화학사업부, SK종합화학9등을 의미한다. 관련 교육기관으로는 여수석유화학고등학교가 있다.
석유화학 회사에서 연구원 경력을 쌓은 사람들은 정유사로 이직하기도 한다. 정유공정의 경우 정유사 문서 참조.
석유화학 설비 증설시 가장 필요한 사람은 20년급 경력을 쌓은 엔지니어다. 이들은 대체 불가능한 인력으로 설비 초기 셋업시 안정성 확보에 필수적인 역할을 한다. 또 건설사 플랜트 공정설계 경력자 역시 영입 대상이다.
3. 촉매
석유화학 산업 전반에서 쓰인다. 현오뱅의 경우 연 600억원 정도를 수입한다.
4. 공정
원유의 증류를 통해 얻어진 나프타 또는 천연가스 등을 원료로 사용하여 불포화 탄화수소인 에틸렌, 프로필렌, 부텐, 부타디엔, 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등의 기초 유분을 생산하고, 이를 이용하여 플라스틱, 합성섬유의 원료, 합성고무, 각종 기초 화학제품, 정밀화학 중간체 및 화성품을 생산한다.
4.1. 기초유분 및 중간원료 생산
NCC(나프타 분해 설비, Naphtha Cracking Center)의 열분해 공정, 급냉 공정, 압축 공정, 분리정제 공정을 거쳐 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔, BTX(Benzene, Toluene, Xylenes) 등의 기초 유분, 그리고 그러한 기초 유분으로부터 중간 원료인 파라-자일렌(P-X), VCM(Vinyl Chloride Monomer), SM(Styrene Monomer) 등의 중간 원료를 생산한다.
NCC에서 생산되는 제품들의 구성비는 보통 에틸렌 31%, 프로필렌 16%, C4유분 10%(부타디엔 원료), RPG(벤젠/톨루엔/자일렌 원료) 14%, 메탄·수소·LPG 등 기타제품이 29% 이다. 이때 에틸렌과 프로필렌은 바로 유도품 생산공정으로 가고, C4유분과 RPG는 추가로 추출·정제하는 공정을 거쳐 부타디엔과 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등 유용한 석유화학 기초유분을 생산하게 된다.
4.2. 유도품 생산
석유화학 제품은 크게 합성수지, 합성원료, 합성고무, 그리고 기타화학 제품으로 구분될 수 있다. 기초유분, 중간 원료는 각각의 촉매반응을 거쳐 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리부텐(PB), 폴리스타이렌(PS) 등의 합성수지, 그리고 합섬원료인 TPA(Terephthalic Acid), AN(Acrylonitrile), 카프로락탐(Caprolactam) 등을 생산한다. 부타디엔(BD)으로부터 다양한 합성고무제품 또한 생산되고 있다. 이러한 석유화학제품들은 다시 플라스틱 업체, 섬유 업체, 고무 업체 및 각종 화학업체 등에서 가공되는 과정을 통해 실제 제품으로 생산된다.
석유화학제품은 천연소재의 대체품으로서 각종 생활용품에서부터 전기전자, 컴퓨터, 자동차, 건설 등에 이르기까지 사용되지 않는 곳이 없을 정도로 용도가 다양한 기초원자재다. 일상 생활에서 볼 수 있는 물건의 약 70%, 즉 금속, 유리, 석재, 목재(이나마도 대부분 합성수지를 사용한 합성목재다.)를 제외한 거의 모든 소재는 석유화학 제품으로 만들어졌다고 보면 된다.