프로필렌(Propylene) 프로세스가 다양화되고 있다.
미츠비시케미칼(MCC: Mitsubishi Chemical)은 최근 메탄올(Methanol)을 원료로 프로필렌을 생산하는 기술과 에틸렌(Ethylene)을 원료로 프로필렌을 생산하는 기술을 개발하고 일부 상용화 계획을 공개했다.
스미토모케미칼(SCC: Sumitomo Chemical)은 에탄올 베이스로 간소화 프로세스를 개발하고 있으며 2025년 파일럿 생산에 나설 계획이다.
일본은 2019년 이산화탄소(CO2) 배출량이 6018만톤이었고 50% 이상이 C2-C8 등 기초화학제품에서 발생했으며, 프로필렌(C3)은 10.5% 수준으로 제조 프로세스 혁신이 요구되고 있다.

MCC, DTP 프로세스 라이선스 확대
미츠비시케미칼은 메탄올 베이스와 에틸렌 베이스로 각각 신규 프로필렌 제조 프로세스를 개발하고 있다.
먼저 메탄올 베이스로는 석유 고갈 및 중국‧미국‧중동의 ECC(Ethane Cracking Center) 확대에 따른 프로필렌 수급타이트 심화에 대응해 JGC와 DTP(Dominant Technology for Propylene Productuion) 프로세스를 개발했으며 라이선스 사업 확대에 박차를 가하고 있다.
DTP는 천연가스나 바이오매스, 페플래스틱 등 폐기물에서 합성가스를 경유해 생성한 DME(Dimethyl Ether)와 메탄올을 원료로 프로필렌을 생산하는 기술이며, 2010년 8월부터 2년 동안 미즈시마(Mizushima) 사업장에서 수백톤급의 파일럿 실증을 마치고 기술 패키지를 확립했다.
원료 메탄올을 탈수반응기에 공급해 DME, 물, 메탄올 혼합가스로 전환하고 혼합가스를 고정층 단열형 DTP 반응기에서 탄화수소와 물로 전환한 후 물을 제거해 컴프레셔에서 승압하고 C2 경질가스, 프로필렌, 프로판(Propane), 휘발유 등으로 분리 정제한다.
부생되는 C4-C6 유분을 DTP 반응기에서 재이용할 수 있고 투입 메탄올 대비 프로필렌 수율이 70% 이상일 뿐만 아니라 메탄올 및 DME 전환율은 99.99% 이상에 달하고 있다.
생산설비는 메탄올만 원료로 투입하는 단독형 뿐만 아니라 NCC(Naphtha Cracking Center)에 통합하는 형태 등으로도 만들 수 있으며 C4 라피네이트나 유동접촉분해장치(FCC) 등에서 발생하는 잉여 저급 올레핀류를 원료로 활용할 수 있는 강점이 있다.
특히, 스팀 크래커 중 일부 분해로를 DTP 반응기로 전환하면 기존 프로필렌 정제계를 이용할 수 있어 초기 투자비용을 낮추는 효과가 클 것으로 기대하고 있다.

중동‧오스트레일리아‧중남미 진출 검토
미츠비시케미칼은 DTP 프로세스가 탄소중립 기여기술과 함께 주목받을 것으로 예상하고 있다.
석유화학산업에서는 최근 이산화탄소 포집·저장·활용(CCUS) 기술과 그린수소 베이스 메탄올 등이 주요 탄소중립 기여기술로 부상하고 있다.
미츠비시케미칼은 INPEX와 UAE(아랍에미레이트)의 아부다비(Abu Dhabi) 미래에너지공사와 함께 태양광발전 베이스 그린수소와 이산화탄소를 원료로 e-메탄올을 생산한 후 PP(Polypropylene)까지 유도 생산하는 프로젝트를 진행하고 있으며 2024년 상반기 사업 타당성 조사를 마친 후 2030년경 사업화할 계획이다.
라이선스 사업 확대를 위해서는 천연가스를 저가에 공급할 수 있는 중동과 신재생에너지 자원이 풍부한 오스트레일리아, 중남미 국가들을 코스트 경쟁력이 있는 메탄올을 생산할 수 있는 주요 투자처로 주목하고 있다.
일본에서는 기존 스팀 크래커에 통합하는 형태로 프로세스 라이선스 사업을 추진하고 있으며 원료용 e-메탄올은 수입할 예정이다.
현재 화학기업들이 추진하고 있는 바이오 에탄올(Ethanol) 베이스 에틸렌 크래커 프로젝트와 접목시킴으로써 올레핀의 지속가능성을 전체적으로 향상시키고 석유화학산업 재편 및 화학단지 구조전환 등에 활용하는 방안을 검토하고 있다.
이밖에 미츠비시케미칼은 에탄올 베이스로도 프로필렌 프로세스를 혁신하고 있다.
현재 연료 첨가제로 1억톤 가량 유통되고 있는 바이오 에탄올을 원료로 그린 LPG(액화석유가스)나 화학제품 원료로 사용할 수 있는 프로필렌을 유도 생산하면 이산화탄소 배출량을 기존 석유화학 베이스 대비 30% 감축할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

에틸렌 베이스는 2030년 상용화
미츠비시케미칼은 에틸렌에서 프로필렌을 직접 생산하는 기술도 개발하고 있다.
제올라이트(Zeolite) 촉매 상용화를 위해 2023년 8월 설립한 스타트업 iPEACE223을 통해 바이오 에탄올을 탈수한 후 에틸렌을 프로필렌으로 유도하고 연료용 프로판과 PP 등을 생산하는 기술을 구상하고 있으며 2030년 상용화할 계획이다.
iPEACE223은 캐버자이트(Chabazite)형 제올라이트 촉매를 사용해 에틸렌에서 프로필렌을 직접 생산하는 ETP(Ethanol to Propylene) 반응 개발을 추진하고 있으며 촉매를 반복 사용할 수 있도록 할 계획이다.
촉매는 사용할 때마다 유기물이 쌓이고 반응효율이 낮아져 일정수준 사용하면 산화반응으로 연소시켜 공기 중에서 재생시켜 사용하나 증기 속에서 구조가 붕괴되는 문제가 있다.
그러나 미츠비시케미칼은 iPEACE223 설립 이전부터 ETP 기술을 연구하며 수소를 이용해 촉매 재생기술을 확립했고 반복 사용이 가능하다는 것을 확인한 것으로 알려졌다.
이에 따라 ETP 상용화 후 가동률 향상에 활용할 것으로 예상되며 연구실 수준에서는 프로필렌 수율 90%를 달성한 것으로 파악된다.
iPEACE223은 우선 2024년 상용화를 목표로 한 수십톤급의 벤치 플랜트를 설계‧건설하고 촉매 프로세스 개발, 플랜트 프로세스 설계 등을 진행할 예정이다.
2030년경에는 대규모 바이오 ETE(Ethanol to Ethylene) 플랜트 인근에 생산능력 수만톤급의 ETP 플랜트를 건설할 예정이며 석유화학기업에게 라이선스하거나 합작투자를 진행하는 방안을 검토하고 있다.

SCC, 에탄올 활용 프로세스 간소화
스미토모케미칼은 2025년 상반기까지 치바(Chiba)에 에탄올 베이스 프로필렌 파일럿 플랜트를 건설한다.
여러 중간체를 거쳐야 하는 기존 프로필렌 제조공법에 비해 크게 간소화한 프로세스를 개발하고 있으며 코스트 절감 효과가 상당할 것으로 기대하고 있다.
프로필렌 뿐만 아니라 수소와 소량의 에틸렌도 병산하며 수소는 이산화탄소 베이스 알코올(Alcohol) 생산과 이산화탄소 프리 연료용으로 사용하거나 상업 판매하는 방안을 검토하고 있다.
파일럿 플랜트 건설에 앞서 기술 확립, 실증실험을 추진하고 2030년경 상업화해 라이선스 사업으로 확대하며 프로필렌으로 PP까지 생산할 방침이다.
스미토모케미칼은 프랑스 Axens로부터 에탄올을 원료로 에틸렌을 직접 생산하는 기술을 도입해 2022년 4월 치바공장에 시험설비를 설치한 바 있으며 프로필렌 프로세스는 일본 신에너지‧산업기술종합개발기구(NEDO)의 그린이노베이션 기금 사업을 통해 독자 개발하고 있다. (강)