[석유화학 따라잡기] 에틸렌을 생산하는 3가지 방법 NCC, ECC, CTO

 

석유화학 산업을 한 층 더 깊게 들여다보는 ‘석유화학 따라잡기’ 시리즈, 오늘은 ‘석유화학 산업의 쌀’이라고 불리는 에틸렌을 생산하는 방법에 대해 알아보고자 합니다. 다양한 석유화학 제품의 기본이 되는 화학물질인 에틸렌은 어떤 원료를 사용해서 얻는지에 따라 생산 방식을 다르게 부르는데요. 

 

원유에서 에틸렌을 얻는 NCC(Naphtha Cracking Center), 천연가스의 ECC(Ethane Cracking Center) 그리고 석탄의 CTO(Coal To Olefin)까지 크게 세 방법으로 나뉩니다. 

 

사용 원료에 따라 NCC, ECC, CTO로 나뉜 세 방법은 각기 다른 특징을 갖고 있는데요. 이 세 가지 공정 방법에 대해 낱낱이 파헤쳐 볼게요!

 

01

나프타 분해 설비 NCC(Naphtha Cracking Center)

 

 

NCC 공정은 원유에서 뽑아낸 나프타(Naphtha)를 원료로 에틸렌과 같은 기초유분을 만드는 공정입니다. 나프타를 고온에서 분해한 후 냉각, 압축, 분리 등의 공정을 거쳐 기초유분인 에틸렌, 프로필렌 등을 생산하는데요. 우리나라를 비롯한 일본, 대만 등 아시아 국가들이 NCC를 가장 많이 운영하고 있으며, 한화토탈 또한 NCC를 기반으로 석유화학 제품을 생산 중입니다.

 

 

나프타는 원유 정제 과정에서 추출되는 특성상, 국제유가 추이에 따라 천연가스, 석탄을 사용하는 다른 공정과 비교했을 때 원가 경쟁력이 결정되는데요. 최근 코로나19로 인해 국제유가가 급락하면서 NCC의 원가 경쟁력이 상대적으로 높아진 상황입니다. NCC 공정은 에틸렌, 프로필렌 등의 올레핀(Olefin) 계열 제품뿐만 아니라 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등 아로마틱(Aromatic) 계열 제품까지 생산할 수 있어 폭넓은 포트폴리오를 갖출 수 있다는 장점이 있습니다.

 

 

02

에탄 분해 설비 ECC(Ethan Cracking Center)

 

 

ECC 공정은 셰일가스가 본격적으로 개발된 2000년대 이후부터 주목받고 있는 공정인데요. 셰일가스는 모래와 진흙 등이 단단하게 굳어진 퇴적암 지층인 셰일층에 매장되어 있는 천연가스입니다. 세계 최대 에틸렌 생산국인 미국에서 주로 쓰이며 천연가스에서 뽑아낸 에탄을 원료로 기초유분을 생산하는 방식입니다. ECC 공정에서는 채굴된 천연가스 중 일부인 천연가스액(Natural Gas Liquid, NGL)에서 여러 분리 공정을 통해 추출한 에탄가스로 에틸렌을 생산합니다.

 

 

셰일가스를 원료로 한 ECC의 2007년 이후 원가 경쟁력은 줄곧 NCC보다 높았는데요. 하지만 최근 저유가가 지속되고, 에탄 가격도 오르면서 ECC와 NCC의 원가 경쟁력이 좁혀지며 지금은 확실히 비교우위에 있다고 말하기 어려운 상황이 됐습니다. 생산할 수 있는 제품을 고려하면, ECC 공정에서는 에틸렌을 대부분 생산하기에 다양한 제품을 생산할 수 있는 NCC보다는 다양성 측면에서 메리트가 적다고 할 수 있습니다.

 

03

석탄 분해 설비 CTO(Coal To Olefin)

 

 

CTO 공정은 석탄을 원료로 기초유분을 생산하는 공정이며, 중국에서 주로 사용됩니다. 우선 석탄을 가스화해 합성가스를 만든 후, 메탄올로 전환합니다. 이렇게 전환된 메탄올에서 올레핀을 생산한답니다.

 

CTO 공정은 원료로 쓰이는 석탄 가격이 원유와 천연가스에 비해 낮아 원가 경쟁력 측면에서는 유리하다고 볼 수 있습니다. 하지만 공정 과정 중에 물이 많이 사용되고, 대량의 온실가스를 배출하는 등 환경오염 문제가 발생한다는 단점이 있습니다. 중국은 비교적 환경규제가 심하지 않은 편이고, 또 풍부한 석탄 자원을 갖고 있어 이를 바탕으로 CTO 공정을 상업적으로 가동하고 있습니다.

 

 

CTO 공정에서 생산할 수 있는 제품은 올레핀족 외에 제품 생산이 불가능해 앞서 설명한 NCC, ECC와 비교했을 때 제품 다양성 측면에서는 가장 경쟁력이 낮습니다. 참고로 CTO 공정의 중간물질로 만들어지는 메탄올을 바로 수입해 올레핀을 생산하는 공정도 있는데요, MTO(Methanol To Olefin)이라 부르며, 이 역시 중국에서 주로 쓰입니다. 

 

 

04

급변하는 에너지 환경 속, 에틸렌 생산력 확대 위한 석유화학 기업들의 행보

 

 

국제유가의 급락과 셰일가스 생산량 변동 등 석유화학 산업의 기초가 되는 에너지 환경이 급변하고 있는 요즘입니다. 석유화학 산업의 기초소재인 에틸렌 생산력을 확대하기 위한 세계 석유화학 기업들의 행보에 많은 관심이 쏠리고 있는데요.

 

 

석유화학 산업의 쌀, 에틸렌을 생산하는 3가지 공정인 NCC, ECC, CTO 공정과 각각의 특징을 빠르고 쉽게 파악할 수 있는 유익한 시간이었기를 바랍니다! 석유화학 분야의 이모저모를 알려드리는 ‘석유화학 따라잡기’, 다음 달에도 기대해 주세요!

 

 

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