화학저널

중국이 석탄화학 투자를 확대하고 있다.
중국은 석탄 매장량이 미국, 러시아에 이어 세계 3위이고 생산량은 1위로 석탄 활용을 통해 석유화학 자급화를 서두르고 있다.
풍부한 석탄자원을 활용하기 위해 석탄 화력발전을 확대하고 있고 1950년대부터 암모니아(Ammonia), 요소비료를 생산하기 위해 석탄가스화 기술(합성가스)을 연구하기 시작했다. 자체적으로 기술을 개발할 뿐만 아니라 해외기술도 도입하고 있다.
초기에는 Texaco(현 GE Energy) 프로세스를 암모니아, 메탄올(Methanol) 생산에 활용했고 이후 Shell 기술을 도입했으며, 최근에는 Siemens(Sustec-FutureEnergy) 및 자체 개발한 OMB 프로세스 등을 채용하고 있다. 중국광업대학교도 지하석탄가스화(UCG) 기술을 개발한 것으로 알려졌다.
메탄올은 저압공법인 Lurgi, Haldor Topsoe, Johnson Matthey(ICI 기술) 프로세스를 보급하고 있으며 자체 연구개발도 진행하고 있다.

석탄화학, 석유화학 대체원료로 급부상
중국은 최근 들어 CTL(Coal-to-Liquid)을 비롯해 합성천연가스(SNG), DME(Dimethyl Ether), 합성가솔린(MTG: Methanol to Gasoline)  투자를 확대하면서 석탄화학 붐이 일어나고 있다.
생산량이 많은 코크스(Cokes), 카바이드(Carbide)를 활용해 카바이드공법 PVC(Polyvinyl Chloride) 생산을 계속하고 있고 타르(Tar)계 화학제품도 생산을 확대하고 있다.
최근에는 MTO(Methanol to Olefin), MPT(Methanol to Propylene)), MTA(Methanol to Aromatics) 등 현대적 석탄화학 프로젝트도 잇따르고 있다.
중국은 석탄자원이 풍부한 반면 석유 수입은 급증하고 있기 때문이다.
중국은 Daqing, Shengli 등 대규모 유전의 생산이 감소하고 있는 가운데 경제 발전의 영향으로 석유제품 수요가 급증함에 따라 원유 수입이 증가세를 계속해 해외의존도가 50% 이상에 달하고 있어 석유의 해외의존도를 낮춤과 동시에 석탄의 단순연소에 따른 환경문제에 대응하기 위해 석탄 이용을 고도화하고 있다.
석탄 생산기업들도 수년전부터 수익 악화로 고전을 면치 못하고 있어 경쟁력 강화를 목표로 석탄화학에 더욱 힘을 기울이고 있다.
MTO, MTP는 중국산 석탄 뿐만 아니라 북미의 저가 셰일가스(Shale Gas)를 이용하는 프로젝트도 추진하고 있다.
북미에 셰일가스를 원료로 사용하는 대규모 메탄올 플랜트를 건설해 중국에 수송하는 방안으로, 중국과학원(CAS)과 BP의 합작기업 Shanghai Bi Ke Clean Energy Technology, Shandong Yuhuang Chemical, Jilin Connell Chemical 등이 적극화하고 있다.
그러나 중국 정부는 석탄화학의 난립을 우려해 기술적 성숙도, 생산규모, 사업리스크, 환경대책 등 다양한 측면에서 규제를 강화하고 있으며 불충분한 프로젝트는 허가를 내주지 않고 있다.
현재 신규 프로젝트의 승인기준은 올레핀(Olefin) 50만톤 이상, CTL 100만톤 이상이며 최근 국가에너지국이 석탄화학 발전계획을 정비하고 있어 기준이 강화될 가능성이 제기되고 있다.

MTO·MTP, 자체 기술개발 노력 적극화
2015년에는 Shaanxi 소재 MTO 플랜트 2기가 준공했다
신규 플랜트는 Shaanxi Yanchang ChinaCoal Yulin Energy & Chemical과 ChinaCoal Shaanxi Yulin Energy & Chemical이 가동하고 있으며 에틸렌(Ethylene)과 프로필렌(Propylene) 생산능력이 각각 60만톤으로 파악되고 있다.
MTO는 2010년 이후 가동이 잇따르고 있다.
2010년 9월 China Shenhua (Baotou) Charcoal Chemical이 60만톤, 2011년 11월 Sinopec Zhongyuan Petrochemical이 20만톤, 2013년 4월 Ningbo Fund Energy가 60만톤, 2013년 6월 Wison (Nanjing) Clean Energy가 30만톤 플랜트를 완공했다.
MTP도 2010년 11월 Shenhua Ningxia Coal이 No.1 50만톤, Datang Inner Mongolia Duolun Coal Chemical이 50만톤, 2014년 6월 Shenhua Ningxia Coal이 No.2 50만톤 플랜트를 완공했다.
석탄화학 프로세스는 자체 개발한 기술 뿐만 아니라 해외기술도 도입하고 있다.
MTO는 Total, UOP 기술을 채용하고 있으며, 중국과학원 Dalian 화학물리연구소(DICP), SYN Energy Technology, Luoyang Petrochemical Engineering(LPEC)이 공동 개발한 DMTO, Sinopec Beijing Yanshan Petrochemical과 Sinopec Shanghai Research Institute of Petrochemical Technology(SRIPT), Sinopec Engineering(SEI)이 공동 개발한 S-MTO 등 자체 개발 기술도 활용하고 있다.
MTP는 Air Liquide 산하 Lurgi 프로세스를 도입하고 있는 가운데 중국 SACCT가 유동상 MTP(FMTP) 기술을 개발해 Sinopec의 검정을 통과한 것으로 알려졌다.
China National Chemical Engineering Group(CNCEC), 칭화대학교, Anhui Huaibei Group 등이 참여하고 있는 가운데 Anhui Huaibei Group이 테스트 플랜트를 건설했다.
MTA는 ExxonMobil, BP, Sabic 프로세스를 채용하고 있고 칭화대학교, 중국과학원 Shanxi 석탄화학연구소, SRIPT, 베이징화공대학교 등도 자체 기술을 개발하고 있다.
석탄 베이스 EG(Ethylene Glycol)는 Ube Industries가 Qianxi Coal Chemical Investment 등에 라이센스를 공급해 환경부하가 적고 경제성이 뛰어난 점이 높은 평가를 받고 있다.
Sinopec은 독자 개발한 기술을 Hubei Chemical Fertilizer에게 공급해 석탄 베이스 EG 상업 플랜트를 건설했다.
Tongliao GEM Chemical도 독자기술, Shandong Jiutai Energy는 상하이교통대학교와 공동 개발한 기술을 이용해 상업 플랜트를 건설할 계획이다.
중국과학원 Fujian 물질구조연구소 및 Jiangsu Dahua Group, Shanghai Jinmei Chemical New Technology가 개발한 갈탄 베이스 기술, Henan Coal & Chemical Industry Group, Anhui Huaibei Group, 화둥이공대학교, Shanghai Pujing Chemical이 공동 개발한 기술, Southwest Research & Design Institute of Chemical Industry가 개발한 석탄계 부생가스를 이용하는 프로젝트도 진행되고 있다.

Shenhua, 최초로 석탄 직접액화 상업 가동
중국은 장기적인 에너지 공급부족에 대비하기 위해 1980년대부터 미국, 독일, 일본과 협력으로 Heilongjiang, Yunan, Shaanxi, Inner Mongolia 등에서 석탄화학 연구를 진행하고 있다.
2001년 2월 Shenhua Group의 Inner Mongolia 소재 직접 CTL 프로젝트를 승인했고, Shenhua Group은 2008년 9월 No.1 플랜트를 완공했다.
Shenhua Group은 석탄 생산·수송·발전·화학공업 사업을 일체화하고 있는 국무원 직속의 초대형 에너지기업으로 세계 최초로 직접 CTL 상업 플랜트를 가동한데 이어 최근에는 간접 CTL, MTO, MTP 프로젝트를 진행하면서 현대적 석탄화학 발전을 견인하고 있다.
MTO는 자회사인 Shenhua (Baotou) Charcoal Chemical이, MTP와 간접 CTL은 Shenhua Ningxia Coal이 담당하고 있다.
Shenhua (Baotou) Charcoal Chemical의 MTO 60만톤 플랜트는 제11차 5개년 계획에 따라 승인된 유일한 MTO 사업으로 Shenhua Group 76%, Shanghai Huayi Group 24% 비율로 투자해 2006년 12월 허가를 취득했고 2010년 7월 CTM 180만톤, MTO 60만톤, LLDPE(Linear Low-Density Polyethylene) 30만톤, PP(Polypropylene) 30만톤, 공기분리 하루 24㎥, 발전 100MW 플랜트를 완공했다.
석탄가스화 프로세스는 GE, 메탄올 프로세스는 Davy Process Technology, MTO는 DICP/SYN/LPEC의 DMTO, LLDPE는 Univation Technology의 UNIPOL, PP는 Dow Technology Licensing 기술을 채용했으며, 리액터와 촉매는 SYN, 올레핀 회수기술은 Lummus, 엔지니어링은 LPEC가 담당했다.
2011년 초부터 상업운전을 개시했으나 2013년 11월 환경보호법 제26조에 규정된 삼동시(三同時) 제도 위반으로 가동중지 처분을 받았다.
삼동시 제도는 주요 공정과 관련된 환경오염방지 처리시설을 동시설계하고, 동시시공·가동하도록 요구하고 있다.

Dow와 MTO 합작 프로젝트 추진했으나…
Shenhua Group은 2004년 Dow Chemical과 석탄 베이스 올레핀 프로젝트에 대해 논의한 후 12월 Shaanxi의 Yulin 소재 Shenfu 경제개발구역에서 사업화 가능성 조사를 실시하기로 합의했다.
중국과 미국의 경제 협력을 상징하는 프로젝트로 2007년 5월 제2회 미국·중국 전략경제대화를 개최하기에 앞서 검토를 개시했다.
양사는 2009년 말 검토작업을 완료했으며 2010년 11월 아시아·태평양경제협력체(APEC) 회의와 미국·중국 정상회담을 앞두고 프로젝트 인가 신청서를 중국 정부에 제출했다.
초반에는 석탄, 암염 등을 활용해 석탄 베이스 메탄올 332만톤, MTO 122만톤 플랜트를 중심으로 각종 유도제품을 포함해 플랜트 23기를 건설할 계획이었으나 중국 정부의 석탄화학 규제 강화로 석탄가스화 1104만톤, 석탄 베이스 메탄올 400만톤, MTO 150만톤 건설로 변경했다.
이후 석탄가스화, 메탄올, MTO, 암모니아를 포함하는 탄화수소구역, 옥탄올(Octanol), EO(Ethylene Oxide)/EG, LDPE, PP, n-프로필알코올(Propyl Alcohol) 등을 생산하는 기초 플래스틱 화학공업구역, 에탄올아민(Ethanolamine)/에틸렌아민(Ethyleneamine), 아크릴산(Acrylic Acid)/아크릴에스테르(Ester Acrylate), 폴리에테르(Polyether), PO(Propylene Oxide)/PG(Propylene Glycol), 알코올 에스테르(Alcohol Ether) 등을 생산하는 고성능 플래스틱 화학공업구역을 건설하기로 결정했다.
그러나 Dow Chemical이 합작 프로젝트에서 철수해 투자 여부가 불투명해지고 있다.

중국 최대의 프로필렌 메이저로 부상
Shenhua Ningxia Coal은 세계 최초로 석탄 베이스 MTP 플랜트를 상업가동했다.
No.1 MTP는 AMEC가 FEED(Front End Engineering Design)를 담당했으며, 공기분리 플랜트에 Air Liquide, 석탄가스화 하루 2000톤(500MWth) 플랜트(GSP)는 Siemens Power Generation의 Sustec-FutureEnergy, 일산화탄소 변환, 산성가스 제거(Rectisol), 메탄올 167만톤 합성, 유황회수, MPT 50만톤 플랜트에 Lurgi, PP 50만톤 플랜트에 Lummus의 Novolen 기술을 채용했다.
원료 석탄 사용량은 500만톤이며, PP 뿐만 아니라 가솔린 18만4800톤, 액체연료 4만1200톤, 유황 1만3800톤도 생산하고 있다.
메탄올 플랜트에 DME 합성공정을 부가한 DME 21만톤 플랜트를 Toyo Engineering에게 발주해 건설했으며 메탄올 유도제품으로 POM(Polyacetal) 6만톤 플랜트도 건설했다.
2011년 8월 No.2 MTP 플랜트를 Lurgi에게 발주해 2014년 6월 완공함으로써 프로필렌 생산능력이 총 100만톤에 달하고 있다.
Shenhua Ningxia Coal은 2013년 9월 동결된 간접 CTL 프로젝트에 대해서도 5년만에 정부 인가를 취득했다.
석탄 2036만톤을 투입해 EURO-V에 상당하는 석유제품 405만톤을 생산하는 프로젝트로 단일설비로는 세계 최대이다. 생산능력은 나프타(Naphtha) 98만톤, 경유 274만톤, LPG(액화석유가스) 33만톤, 유황 13만톤, 혼합알코올 7만톤, 황산암모니아 11만톤으로 2016년 가동할 계획이다.
프로세스는 중국과학원 Shanxi 석탄화학연구소가 설립한 Synefuels China Technology 기술을 채용했다.
초기에는 Sasol 프로세스를 도입할 방침이었으나 중국 정부의 CTL 규제 강화로 프로젝트가 중단된 동안 Synefuels China Technology가 실증 테스트에 성공함으로써 자국 기술 채용으로 전환했다.
간접액화는 직접액화보다 효율이 떨어지는 단점이 있으나 경유의 성상이 뛰어난 것으로 알려졌다.
Shenhua Ningxia Coal은 석탄화학 발전을 더욱 가속화하기 위해 나프타, LPG를 투입하는 140만톤 크래커와 유도제품 플랜트도 건설하기로 결정하고 2014년 8월 CB&I와 Olefin Conversion Technology(OCT) 및 Comonomer Production Technology(CPT), CDHydro, CDIsis에 관한 라이센스 계약을 체결했다.
Lummus가 개발한 OCT는 부텐(Butene)과 에틸렌으로 프로필렌을 생산하는 C4 유효활용 기술로 19만6000톤 플랜트를 건설해 중합 그레이드를 생산할 계획이며, CPT로는 코모노머(Comonomer) 그레이드 1-부텐 2만톤을 생산한다.
CDHydro는 OCT에 다른 원료를 사용할 수 있는 기술로, 이소부텐(Isobutene)의 골격 이성화 프로세스인 CDIsis를 통해 OCT에서 이소부텐을 최대한 활용할 수 있는 체제를 구축할 방침이다.
Shenhua Ningxia Coal은 C4 원료의 조성 변동에 대응해 유연한 생산체제를 구축함으로써 경쟁력을 향상시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.
2014년 9월에는 Novolen 기술 도입계약을 추가해 PP 60만톤 플랜트를 건설하기로 결정했다. 기존 50만톤 2기와 더불어 PP 총 생산능력이 160만톤으로 확대됨에 따라 중국 최대의 PP 생산기업으로 부상할 것으로 예상되고 있다.

ChinaCoal, 메탄올부터 유도제품까지 강화
2014년 6월 완공된 Shaanxi 소재 MTO 플랜트 2기에도 석탄기업인 China National Coal Group(ChinaCoal)이 참여하고 있다.
국무원의 국유자산감독관리위원회가 관리하는 국영기업인 ChinaCoal은 100% 자회사 ChinaCoal Shaanxi Yulin Energy & Chemical을 통해 Shaanxi의 Yulin에 석탄가스화, 메탄올 180만톤, MTO 60만톤 및 유도제품 플랜트를 건설했다.
석탄가스화는 GE, 메탄올 합성은 Davy Process Technology, 정제는 Linde, MTO는 DICP와 LPEC가 개발한 DMTO, 올레핀 분리는 Lummus, LDPE는 Univation Technology의 Unipol, PP는 Dow Chemical의 Unipol 공법을 채용했다.
또 ChinaCoal과 Shaanxi Yanchang Petroleum이 30대70 비율로 설립한 Shaanxi Yanchang ChinaCoal Yulin Energy & Chemical은 Ordos 분지의 에너지 개발·이용 종합계획에 따라 MTO 프로젝트를 진행해 2014년 6월 완공했다.
석탄 베이스 메탄올 180만톤 플랜트는 LPEC, MTO 60만톤 플랜트는 DMTO, HDPE 30만톤과 PP 30만톤 플랜트는 Ineos 기술을 채용했으며, DCC (Deep Catalytic Cracking) 설비도 건설했다.
ChinaCoal은 합작기업인 Zhongtian Hechuang Energy를 통해 Sinopec과도 MTO 공동 프로젝트를 진행하고 있다.
Zhongtian Hechuang Energy는 ChinaCoal과 Sinopec이 각각 32.5%, Shenergy Group과 Yintai Investment가 각각 12.5%, Manshi Group이 10.0% 비율로 투자해 2007년 7월 설립했으며 Inner Mongolia의 Ordos에서 2015년 10월 완공을 목표로 세계 최대의 MTO 프로젝트를 진행했다.
GE의 석탄가스화 400만톤, Lurgi의 합성 및 Linde의 정제공법을 활용한 메탄올 360만톤, Sinopec의 S-MTO 기술을 활용한 MTO 120만톤, OCC(Olefin Catalytic Cracking) 20만톤을 중심으로 1-부텐 3만톤 및 MTBE (Methyl tert-Butyl Ether) 1만톤, ExxonMobil 기술을 채용한 탱크(Tank)형 반응기식 LDPE 12만톤, 관형(Tubular) 반응기식 LDPE 20만톤, LLDPE 30만톤, 루프형(Loop) 반응기식 PP 35만톤, 기상공법 PP 35만톤 플랜트를 건설한 것으로 알려졌다.
LDPE는 ExxonMobil, LLDPE는 Sinopec, PP는 Ineos 프로세스를 채용했다.

Datang, 석탄화학 사업 분리·매각
China Datang은 2012년 중국 전력산업 재편 계획에 따라 국가전력공사가 해체·재편된 후 설립된 대규모 전력기업으로 중앙정부가 직접 관리하고 있으며 창설 이후 석탄화학 사업에 적극적으로 투자하고 있다.
Datang Inner Mongolia Duolun Coal Chemical을 설립해 Xilinhot에 Shell 프로세스를 채용한 석탄가스화 하루 3000톤 플랜트 3기, Lurgi 프로세스를 채용한 가스정제(Rectisol), 메탄올 167만톤, MTP 50만톤, Dow 프로세스를 채용한 PP 46만톤 플랜트를 건설했다.
또 Datang International Keshikten SNG를 설립해 Chifeng에 SNG 40억㎥ 실증 플랜트를 중국 최초로 건설했다.
Lurgi의 고정층 가스화로에서 갈탄을 이용해 합성가스를 만든 후 SNG로 전환하는 프로세스로, 메탄(Methane)화 프로세스와 기본설계는 Johnson Matthey 산하기업 Davy Process Technology가 담당했으며, 촉매도 Johnson Matthey가 공급하고 있다.
Datang은 Liaoning의 Fuxin에서도 같은 프로젝트를 진행하고 있다.
그러나 Datang은 2014년 7월 SNG, CTO 등 석탄화학 사업을 분리하고 재편·매각할 방침이라고 발표했다.
Datang은 원래 발전 사업자로 석탄화학에 관한 기술·노하우가 없어 사업화에 어려움을 겪었기 때문으로 판단된다.

Sinopec, 석탄화학 선도기업 목표
중국 최대의 석유화학 메이저인 Sinopec은 석탄·전력기업에 앞서 석탄화학 사업을 개시했다.
다만, Inner Mongolia, Anhui, Guizhou 프로젝트는 석탄기업과 협력하고 있다.
Sinopec은 2011년 11월부터 Zhongyuan Petrochemical을 통해 Henan의 Puyang에서 Henan Coal & Chemical에서 공급받는 메탄올을 원료로 S-MTO 20만톤 플랜트를 가동하고 있다.
Puyang 프로젝트가 순조롭게 진행되자 Hebi에서 석탄 베이스 MTO 프로젝트도 추진하고 있다. MTO 생산능력은 60만톤으로 Henan Coal & Chemical이 주도하고 있다.
메탄올은 Hebi Coal Industry Group이 60만톤 플랜트를 가동하고 있는 가운데 120만톤 플랜트를 신설해 총 180만톤 생산체제를 구축할 방침이다.
2010년 10월 Wanbei Coal-Electricity Group과 50대50 합작으로 Zhongan Lianhe Coal Chemical을 설립해 석탄 베이스 메탄올 180만톤, MTO 60만톤을 중심으로 LLDPE, PP 플랜트를 건설하고 있다. 2015년 완공한 후 MEG(Monoethyene Glycol), SNG도 사업화도 검토할 방침이다.
Guizhou의 Zhijin에도 메탄올 180만톤, MTO 60만톤, LLDPE 30만톤, PP 30만톤 플랜트를 건설했다. 2011년 9월 착공해 2014년 완공한 것으로 알려졌다.
산하기업 Nanjing Chemical과 Shanxi Lanhua Coal Mining Group은 Shanxi의 Jincheng에 석탄 베이스 메탄올 180만톤, MTO 60만톤 플랜트를 건설하기로 합의했다.
Sinopec은 원유 수입이 계속 증가하자 수입의존도를 낮추기 위해 석탄화학 사업을 적극 추진하고 있다.
특히, 중동산 등 저가 석유화학제품 유입이 확대될 것으로 예상됨에 따라 경쟁력 강화를 목표로 올레핀 원료를 석유에서 석탄으로 전환하고 있다.
Sinopec은 2012년 9월 석탄화학만을 담당하는 자회사 Sinopec Changcheng Energy Chemical을 설립했으며, 2013년 석탄화학 10개년 계획을 확정하고 2020년 무렵까지 석탄화학 선도기업으로 성장하겠는 목표를 설정했다.

Total, 중국기업과 MTO 100만톤 합작
글로벌기업 중에서는 Total이 석탄화학 사업을 적극 추진하고 있다.
Dow Chemical도 중국과 석탄화학 사업 협력을 추진했으나 사업타당성이 충분하지 않다고 판단해 2015년 10월 철수를 결정했다.
Total은 Inner Mongolia의 Ordos에서 추진하고 있는 MTO 프로젝트에 대해 2014년 1월 중국 정부의 승인을 취득했다.
China Power Investment와 합작으로 MTO 100만톤 플랜트를 건설할 계획이며, 2011년 2월 후진타오 주석이 프랑스를 방문해 협정에 조인했다.
MTO, OCP 기술은 Total이 제공하고 원료인 석탄은 CPI가 공급할 계획이다.
MTO는 UOP와 Norsk Hydro(현 Ineos), OCP는 Total과 UOP가 공동 개발한 기술을 베이스로 벨기에 Feluy 소재 실증 플랜트를 가동하고 있으며 2017년 준공을 목표로 하고 있다.