화학저널

글로벌 에틸렌(Ethylene) 시장은 공급이 충분한 수준을 유지할 것으로 예상된다.
에틸렌은 2000년대까지 NCC(Naphtha Cracking Center)에서 생산하는 것이 일반적이었다. 천연가스에 함유된 에탄(Ethane)을 사용하는 ECC(Ethane Cracking Center)는 스팀 크래킹 공정 자체는 NCC와 동일하나 에탄 자원의 분포 문제로 중동, 북미에 국한돼 시장에 큰 영향을 미치지 못했다.
하지만, 천연가스는 얼마 전까지 원유 매장지 상층부에 축적된 불필요 자원으로 취급됐으나 분해기술이 발전함에 따라 상업화가 빠르게 이루어지고 있다.
특히, 미국은 WTI(서부텍사스 경질유) 매장지에서 천연가스를 회수하고 에탄을 분리한 다음 에탄을 활용해 에틸렌을 생산하기 시작하며 글로벌 석유화학 시장에 새로운 바람을 불어넣고 있다.
환경보호 차원에서도 중요성이 확대되며 부산물에 지나지 않았던 천연가스가 중요한 에너지 자원으로 자리를 잡아가고 있다.
다만, 수요가 신장하는 가운데 미국이 고유가 수혜를 누리기 위해 원유 생산량을 대폭 확대하고 있으나 따라 천연가스 생산량은 제한적으로 늘어나는데 그치고 있어 수급타이트를 유발함으로써 에탄까지 급등세를 나타낼 것으로 예상되고 있다.
일부에서는 미국 석유화학산업이 국제유가 및 천연가스 급등으로 경쟁력을 상실할 가능성을 제기하고 있다.
국내 석유화학기업들도 신증설을 적극화하면서 2022년 1300만톤 시대를 앞두고 있어 일본을 제치고 아시아 2위의 석유화학 생산대국으로 올라서고 있다.
그러나 국내 석유화학기업들은 내수가 크게 늘어나지 않는 가운데 수출을 염두에 두고 규모화에 집중함으로써 글로벌 시장에서 위협적인 존재로 부상하고 있으나 유도제품 수출비중이 높아 극과 극을 달리는 위험에도 노출되고 있다.

정유3사, 줄줄이 올레핀 생산에 뛰어들어…
국내 에틸렌 생산능력은 2023년 1000만톤을 넘어 1300만톤 체제를 구축할 것으로 예상된다.
2014년 하반기부터 정착된 저유가 기조를 타고 국내 석유화학기업들이 3년간 영업이익률 두자리수의 초호황을 구가하면서 기존 석유화학기업들의 증설은 물론 정유기업들까지 신규참여 러시를 이루고 있기 때문이다.
석유화학기업의 증설은 물론 정유기업들의 신규진입도 활발해 4대 정유기업 중 석유화학의 비중이 낮은 GS칼텍스와 현대오일뱅크의 에틸렌 크래커 건설이 예고되고 있다.
에쓰오일(S-Oil)은 2018년 7월 HS-RFCC(High Severity-Residue Fluid Catalytic Cracker)를 완공한 후 시험가동에 들어갔고 9월에는 상업가동이 가능할 것으로 예상되고 있다. 총 4조8000억원을 투입했고 에틸렌 생산능력은 20만톤에 불과하나 프로필렌(Propylene)은 66만톤으로 프로필렌에 특화된 프로세스를 채용했다.
또 에쓰오일은 5조원을 NCC에 투자해 에틸렌 생산능력 150만톤의 NCC를 2023년 완공할 예정이다.
에쓰오일은 2023년 에틸렌 생산능력이 170만톤에 달하게 된다.
GS칼텍스는 2022년까지 총 2조6000억원을 투자해 에틸렌 생산능력 70만톤의 MFC(Mixed Feed Cracker)를 건설할 계획이다. PE(Polyethylene) 50만톤 플랜트도 병설한다.
현대오일뱅크는 9월경 공유수면 매립공사를 마무리하면 대산단지에 50만평 이상의 신규부지를 확보하게 됨에 따라 HPC(Heavy Feed Petrochemical Complex) 건설에 착수한다. 현대오일뱅크는 석유화학 사업 리스크를 줄이기 위해 롯데케미칼과 합작으로 2조7000억원을 투자해 에틸렌 75만톤, PE 75만톤, PP(Polypropylene) 40만톤 플랜트를 2021년 말까지 완공할 계획이다.
현대오일뱅크는 롯데케미칼과 기존에 합작 설립한 현대케미칼에 추가로 출자하는 방법을 고려하고 있다. 합작법인의 유보금을 그대로 활용하는 방안으로 투자 부담을 크게 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다.
현대오일뱅크는 현재 대주주가 현대중공업으로 지분 91%를 보유하고 있으나 현대중공업의 재무상태가 조선 및 비조선 부문 모두 좋지 않아 당기순손실이 눈덩이처럼 불어나고 있다.
반면, 롯데케미칼은 정유사업과 석유화학사업은 하나라는 인식 아래 정유사업 진출을 오래전부터 검토했으나 인천정유(현 SK인천석유화학) 인수 및 쌍용정유(현 에쓰오일) 지분 인수에 참여했었으나 실패한 바 있다.
정유기업들은 석유화학기업들의 반발 및 경쟁 심화를 의식해 NCC라는 명칭 대신해 MFC, HPC라는 용어를 사용하고 있다. 정유기업들이 나프타(Naphtha)를 NCC에게 공급하고 있기 때문이다.
MFC는 NCC와 달리 나프타는 물론 정유공장에서 생산하는 액화석유가스(LPG), 부생가스 등 다양한 유분을 원료로 투입할 수 있고, HPC도 나프타 투입을 최소화하고 코스트가 낮은 탈황중질유, LPG, 부생가스 등 정유 부산물을 60% 이상 활용할 수 있어 NCC와는 차이가 있다고 주장하고 있다.

2022년 에틸렌 1300만톤 시대 도달하나…
국내에서 가장 먼저 에틸렌 증설을 단행한 곳은 대한유화로 기존 45만톤 체제에서 2017년 6월 정기보수에 맞춰 35만톤을 증설함으로써 80만톤 생산체제를 갖추었다. 하지만 100만톤을 넘지 못해 국내 최소의 NCC로 남아 있다.
LG화학과 롯데케미칼은 에틸렌 1-2위 경쟁을 치열하게 전개하고 있다.
롯데케미칼은 2018년 9-10월 여수 소재 NCC의 정기보수를 진행하면서 에틸렌 생산능력을 120만톤으로 20만톤을 증설함으로써 총 230만톤 생산체제를 갖출 계획이다.
LG화학은 2019년 2/4분기에 대산 소재 NCC의 정기보수에 맞춰 에틸렌 생산능력을 127만톤으로 23만톤 증설해 총 생산능력을 243만톤으로 확대할 방침이다.
한화토탈 역시 2019년 2/4분기에 대산 소재 NCC를 정기보수하면서 140만5000톤으로 31만톤을 증설할 계획이다.
여천NCC는 총 7400억원을 투자해 No.2 NCC 및 부타디엔 공장을 증설할 계획이다.
No2. NCC의 에틸렌 생산능력을 현재 58만톤에서 91만5000톤으로 33만5000톤 증설함에 따라 여천NCC의 총 에틸렌 생산능력은 2020년 3/4분기 현재 195만톤에서 228만톤으로 확대될 것으로 예상된다.
그러나 국내 에틸렌 수요는 2017년 기준 808만6000톤으로 최근 5년간 연평균 2.4% 신장하는데 그쳐 신증설이 마무리되면 급격한 공급과잉이 우려되고 있다.
에틸렌 생산은 880만톤으로 연평균 1.4% 증가에 머무른 반면 내수판매는 2.6% 증가해 언뜻 보기에는 수급밸런스를 맞출 것으로 예상되지만 중국의 신증설 및 미국의 수출공세를 고려하면 유도제품 수요가 위축될 가능성이 커 만만치 않은 것으로 판단되고 있다.
에틸렌 수출은 2017년 81만6000톤으로 최근 5년간 연평균 7.6% 감소했다. 특히, 90% 전후를 차지하고 있는 중국의 수입 감소가 두드러져 2013년 101만톤에서 2017년 70만1000톤으로 크게 줄어들었다.

미국, 석유화학시장 영향력 “탈환”
석유화학 시장은 주도권이 유럽, 미국에서 아시아로 넘어간 듯 했으나 2004-2005년 셰일가스(Shale Gas) 개발이 진행되면서 또다른 전환점을 맞이하고 있다.
국제유가가 장기적으로 높은 수준을 형성함에 따라 원유에서 탈피해야 한다는 움직임이 가속화됐고 각국이 신재생에너지 개발을 집중 추진하는 가운데 미국이 셰일가스 개발에 주력했기 때문이다.
2007년 국제유가가 배럴당 147달러로 사상 최고치를 기록한 당시 천연가스는 100만BTU당 13달러를 형성하며 높은 경쟁력을 유지했으나 리먼 브라더스 사태의 영향으로 세계적으로 수요가 격감한 2008년 말에는 국제유가가 배럴당 60달러까지 하락했음에도 천연가스는 100만BTU당 10달러에 달하는 등 경쟁력 면에서 약세를 나타냈다.
하지만, 이후 미국 천연가스 가격이 국제유가와 다른 체계로 결정되기 시작했고 2014년 말 국제유가가 배럴당 50달러 수준까지 하락했을 때에는 개발기술의 발전으로 코스트를 낮추어 저렴한 가격을 유지한 것으로 파악되고 있다.
천연가스의 주요 유분은 메탄(Methane)이며 미국은 메탄을 원료로 취하는 메탄올(Methanol) 사업에서도 거의 철수해 중남미산 수입에 의존했으나 경쟁력 회복을 계기로 다시 생산을 부활시켰다.
석탄화학도 영향력을 확대하기 시작했다.
국제유가가 높은 수준을 유지함에 따라 중국은 가격경쟁력이 우수하고 자국 매장량이 풍부한 석탄을 이용하는데 주력하고 있다.
주로 석탄가스화를 통해 합성가스, 메탄올을 생산한 후 MTO(Methanol to Olefin) 등의 설비에서 에틸렌, 프로필렌을 생산하는 흐름으로 진행했으며 국제유가가 100달러였던 때에는 경쟁력을 인정받았다.
그러나 국제유가 50달러 시대를 맞이하며 시장 상황이 또 급격한 변화를 겪고 있다.
에틸렌 원료로는 주로 나프타, 에탄, LPG(액화석유가스), 석탄 등을 투입하며 제조코스트 면에서 에탄이 가장 우위를 점하고 있다.
석탄, 나프타가 뒤를 잇고 있으며 LPG는 계절의 영향을 크게 받아 가격이 낮을 때에는 우위성이 뛰어나지만 동절기 난방 성수기에는 경쟁력을 거의 상실하는 것으로 파악되고 있다.
NCC는 국제유가 100달러 시대에 경쟁력을 상실했으나 이후 원유, 나프타 가격이 하락하며 경쟁력을 되찾았으며 다른 원료의 제조코스트도 나프타와 비슷한 수준을 나타내며 전체적으로 우위성 격차도 축소되고 있다.
이에 따라 글로벌 석유화학산업의 재구축이 진행되고 있다.

에틸렌, 미국이 세계 공급 장악한다!
에틸렌은 2016년 기준 세계 생산능력이 약 1억6300만톤, 생산량 및 수요량은 약 1억4600만톤으로 추산되고 있다.
중국을 포함한 동북아시아가 최대 시장이며 북미, 중동 및 아프리카가 뒤를 잇고 있다.
수요는 PE 용도가 약 62%를 차지하고 있으며 약 8760만톤이 소비된 것으로 집계됐다.
PE 다음으로는 EG(Ethylene Glycol) 원료인 EO(Ethylene Oxide)가 최대용도로 14.9%로 약 2100만톤이 소비됐으며 EDC(Ethylene Dichloride)은 10.2%로 1440만톤, EB(Ethylbenzene)는 6.0%로 870만톤을 차지하고 있다.
에틸렌 수요는 GDP(국내총생산) 수준으로 신장하며 연평균 3.4% 증가할 것으로 예상되고 있다.
수요를 충족시키기 위해서는 매년 470만톤의 생산능력 확대가 필요하며 미국이 2018-2020년 약 1000만톤에 육박하는 신증설 플랜트 상업가동을 앞두고 있어 충분히 대응이 가능할 것으로 판단된다.
북미지역은 에틸렌 생산능력 신장률이 2016-2022년 연평균 5.3% 수준으로 수요 신장률을 상회하고 있다.
반면, 동북아는 최근 2-3년 사이 중국이 CTO(Coal to Olefin), MTO 중심의 신증설에 집중하고 있음에도 생산능력 신장률은 2.9%로 수요에 비해 낮은 수준을 나타내고 있다.
CTO, MTO는 일반적으로 60만-80만톤을 신규 건설하나 에틸렌 생산량은 30만-40만톤 수준에 그쳐 1기당 에틸렌 생산능력 150만톤을 계획하고 있는 미국의 신증설 프로젝트와는 큰 차이를 나타내고 있다.
중동은 PE, EG 최대 수출국이었으나 국제유가 하락으로 재정이 악화돼 석유화학 프로젝트를 대부분 중단 및 연기했다.
2017년에는 Sadara Chemical 외에 신규가동 설비가 1곳도 없었으며 이란이 서방국가의 경제제재 해제로 수출 확대, 석유화학 프로젝트 재점화가 예상됐으나 여러 문제들로 본격화하지 못하고 있다.
유럽은 주로 NCC를 통해 에틸렌을 생산하고 있으나 환경보호 차원 및 에틸렌 제조코스트 절감 목적으로 최근 미국산 에탄을 수입해 프로판(Propane) 사용률을 향상시키는 등 원료 경질화에 주력하고 있다.

미국, PE 편중현상 심화되고…
북미지역은 셰일가스에서 분리한 에탄을 베이스로 에틸렌을 생산하고 있다.
2017-2018년에는 에틸렌 813만톤, 유도제품은 PE만 510만톤이 추가될 것으로 예상되고 있으며 2019년 이후 본격화되는 신증설 계획도 다수 있어 생산능력 확대가 계속 이루어질 것으로 파악된다.
최근에는 2020년 이후의 프로젝트들도 등장하고 있다.
2017년에는 미국 멕시코만을 강타한 허리케인의 영향으로 석유화학 공장들이 가동을 중단했을 뿐만 아니라 신증설 프로젝트 공사 진행도 큰 영향을 받아 실질적으로 가동에 성공한 곳은 없었던 것으로 알려졌다.
에틸렌 프로젝트가 대부분 2018년으로 지연됨에 따라 유도제품 PE 프로젝트 역시 모두 지연됐고 수출시장에 실제 투입되는 것은 2018년 이후가 될 것으로 예상되고 있다.
북미는 셰일가스 개발을 계기로 에틸렌 원료를 나프타 등 액체원료에서 가스원료로 전환하고 있어 프로필렌, 벤젠(Benzene) 등 아로마틱(Aromatics) 생산이 감소할 것으로 예상된다.
2016년에는 에틸렌 원료에서 에탄이 차지하는 비중이 70%에 달했고 앞으로도 계속 확대될 것으로 예측되고 있다.
ECC는 에틸렌을 주로 생산해 유도제품 신증설은 PE에 편중되고 있으며 현재 47.0% 수준인 PE용 수요가 2022년에는 58.0%까지 확대될 것으로 예상된다.

중국, 석탄화학에서 NCC 중심 “선회”
중국은 2001년 WTO(세계무역기구) 가입 이후 외자 도입을 통한 신규 석유화학 플랜트 가동에 총력을 기울이고 있다.
이후 기술 도입에도 나서면서 중국 자본으로 에틸렌 크래커를 건설 및 가동하는 사례도 등장하고 있다.
석유화학산업이 전반적으로 발전하고 있으며 생산능력, 생산량도 대폭 증가했으나 수요가 연평균 두자릿수 신장을 이어가고 있어 자체 생산만으로는 따라잡지 못해 수입을 매년 확대하고 있다.
국제유가가 강세를 나타내던 당시 중국은 원유 수입의존도가 50%를 넘어섬에 따라 탈원유가 시급하다고 판단하고 풍부한 석탄 자원을 활용하기 위한 다양한 연구개발(R&D)을 진행했다.
석탄 액화 및 가스 기술을 개발했으며 석탄 가스화를 통한 합성가스 제조, 합성가스를 원료로 메탄올 생산, 메탄올 베이스 에틸렌 및 프로필렌 생산까지 진행하고 있다.
석탄에서 올레핀을 생산하는 프로세스는 CTO, 메탄올에서 올레핀을 생산하는 프로세스는 MTO로 구분하고 있으며 국제유가 100달러 시대에는 NCC 프로젝트를 축소하고 석탄화학산업을 적극 육성했다.
그러나 국제유가가 급락해 50달러 시대에 돌입한 이후부터 큰 변화를 겪고 있다.
석탄 베이스 에틸렌은 경쟁력이 대폭 약화된 가운데 석탄을 처리할 때 대기오염이 발생할 수 있다는 점, 대량의 물을 필요로 해 농경지의 사막화를 일으킨다는 점 등이 문제로 지적되며 정부의 새로운 규제대상으로 부상했다.
중국 정부가 엄격한 기준으로 화학공장들을 단속함에 따라 막대한 환경대응 투자가 요구되고 있으며 결국 예전과 같이 생산설비를 가동할 수 있는 곳은 대기업에 한정돼 중소 화학기업의 도태가 진행되고 있다.
신규기업들은 환경 관련 코스트 외에 기술개발, 기술도입 비용도 고려해야 해 진출 자체가 어려워지고 있다.
중국은 2016년부터 제13차 5개년 계획을 추진하고 있다.
제13차 5개년 계획은 석유화학과 석탄화학산업의 방향성을 서로 다른 방향으로 설정하고 있다.
NCC는 Dalian, Guangdong 등 7개 지역에 석유화학단지를 구축함으로써 적극 추진할 예정이나 석탄 베이스 에틸렌 프로젝트는 이미 건설된 설비들을 2019년 상업가동하는 것 외에는 대부분이 지연될 것으로 예상된다.
다만, 정부가 환경보호만큼 석탄 자원의 유효활용을 중시하고 있어 추진 속도가 다소 느려진다 해도 프로젝트 진행 자체가 백지화될 가능성은 낮은 것으로 파악된다.
CTO는 NCC 부활의 영향으로 석탄 채굴지역 인근에 건설되는데 그칠 것으로 판단된다.
유도제품은 에틸렌, 프로필렌 외의 원료는 입수하기 어려워 PE, PP(Polypropylene) 생산만 시도할 것으로 파악되고 있다.
MTO는 메탄올을 외부에서 조달하고 있어 수입이 용이한 연안부에 건설할 예정이다.
중국은 2006년부터 석탄화학산업을 육성하기 시작해 2011년 첫번째 생산설비를 상업가동했다.
2005년에는 정부가 석탄 베이스 화학제품은 청정해 대기오염 해결에 도움이 될 것이라며 추천했다.
하지만, 이후 석탄 처리과정에 대량의 물이 필요하고 대기오염을 야기할 수 있다는 문제가 부상하자 2006년부터는 중국 국가발전개혁위원회(NDRC)가 추천 방침을 철회하고 규제를 강화하고 있다.
이미 수백개에 달하는 프로젝트가 발표된 상황이나 2011년부터 규제가 강화돼 이미 건설이 진행된 프로젝트를 제외하면 모두 멈추어 있는 상황이다.
제13차 5개년 계획 기간 동안에는 정부의 요구조건을 충족시킨 곳만 실제 건설이 가능할 것으로 예상된다.