M-X·P-X 증설 효율성 의문 … JXTG에너지, 잔사유 활용 기술개발

현대오일뱅크(대표 강달호)가 아로마틱(Aromatics) 생산을 확대하고 있는 가운데 일본 JXTG에너지가 개발한 접촉분해 프로세스가 주목된다.
현대오일뱅크는 대산 M-X(Mixed-Xylene) 생산능력을 확대하는데 이어 2020년에는 P-X(Para-Xylene) 증설도 추진할 예정이다.
대산에서는 HPC(Heavy feed Petrochemical Complex) 프로젝트도 진행하고 있어 일련의 투자가 모두 마무리되면 전체 영업이익 중 석유화학 비중이 50%로 대폭 확대될 것으로 예상된다.
아로마틱 증설에는 총 2600억원을 투입하며 M-X 생산능력을 120만톤에서 140만톤, P-X는 118만톤에서 136만톤으로 확대할 방침이다. 각각 1000억원과 1600억원을 투입한다.
M-X 플랜트는 롯데케미칼과, P-X는 일본 코스모오일(Cosmo Oil)과 합작으로 가동하고 있으며 원료부터 아로마틱까지 일괄생산체제를 갖추고 있다.
과거에는 M-X를 수입해 사용했으나 2016년 롯데케미칼과 합작해 현대케미칼을 설립하고 하루 처리량 13만배럴의 컨덴세이트(Condensate) 스플리터를 설치함으로써 M-X를 자체 조달하고 있다.
현대오일뱅크는 아로마틱을 중심으로 석유화학제품을 생산하고 있는 가운데 HPC 건설을 추진하고 있어 JXTG에너지가 개발한 NCC(Naphtha Cracking Center) 잔사유를 활용해 아로마틱계 석유화학 원료 기술을 도입할 필요성이 제기되고 있다.
JXTG에너지는 NCC에서 나프타를 열분해할 때 에틸렌(Ethylene), 프로필렌(Propylene) 등 석유화학 원료와 함께 부생되는 아로마틱 유분이 풍부한 잔사유의 서로 다른 화합물을 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), 자일렌(Xylene) 등 BTX로 전환하는 접촉분해 반응을 설계해 프로세스화할 예정이다.
BTX는 수율을 극대화하기 위해 분해, 개환, 수소화, 탈수소화 등의 반응을 적절하게 제어해야 하며 원료유에 대한 전처리로 수소화를 실시하고 접촉분해 반응에 적합한 조성을 만들어야 한다.
NCC 잔사유에는 2환 방향족이 풍부하게 포함돼 있으며, JXTG에너지는 나프탈렌류와 나프테노벤젠, 나프텐 등 3종의 화합물과 관련해 반응 평가를 실시함으로써 ①나프탈렌류는 원상태로는 BTX로 전환되지 않고 코크 생성량이 많으며 ②나프타렌류를 부분 수소화한 나프테노벤젠은 BTX 수율이 높고 ③수소화를 추가로 진행한 나프텐은 나프테노벤젠보다 BTX 수율이 낮고 가스와 LPG(액화석유가스) 수율이 높다는 사실을 확인했다.
즉, BTX 수율을 높이기 위해서는 잔사유를 부분 수소화해 나프테노벤젠 비중을 높이고 접촉분해를 실시하는 것이 효과적이라는 결과를 얻었다.
고정상 장치에서 접촉분해 반응을 실시해 24시간 경과한 후 BTX 평균 수율이 46%에 달한 것을 확인했으며 코크 열화에 따라 시간이 지날수록 수율이 낮아졌으나 고정상 반응기를 2계열화하고 한쪽에서 반응을, 다른 한쪽은 재생가스를 활용한 촉매재생을 실시하는 스윙방식 반응형식을 채용함으로써 높은 수율을 유지했다.
결과적으로 반응 잔사유를 프로세스에 남겨둠으로써 전체적으로 수율을 약 70%로 높일 수 있었다.
NCC의 연료유로 투입한 잔사유를 BTX 원료로 활용하고, 연료유로 더 가치가 낮은 유분을 사용함으로써 NCC 프로세스 전체의 고부가가치화를 실현할 수 있게 된 것으로 평가되고 있다.
JXTG에너지는 개발한 프로세스가 범용성이 높고 유동접촉분해(FCC) 프로세스에서 얻은 분해경질유(LCO)에 적용이 가능할 뿐만 아니라 휘발유 기재에서 방향족 유분을 제외하는 처리에도 적용이 가능할 것으로 기대하고 있다.
JXTG에너지는 가와사키(Kawasaki)에서 NCC 2기를 가동하고 있으며 접촉분해 프로세스 상용화 검토에 착수한 것으로 알려졌다.
현대오일뱅크는 대산에서 HPC 프로젝트를 진행하고 있으며 2021년까지 2조7000억원을 투입해 올레핀과 폴리올레핀(Polyolefin)을 상업화할 계획이다.
아울러 2019년 4월 지분 17%를 아람코(Saudi Aramco)에게 매각한 것을 계기로 사우디산 원유 구매를 확대할 예정이다. (K)