석유 화학 산업에서 NCC란? 여기서 만들어진 올레핀은 무엇인가요? 납사, 올레핀 알아보기

NCC란?

납사를 분해하여 에틸렌이나 프로필렌, 부타디엔, LPG, BTX, 수소 등의 석화 제품을 만드는 석유 화학 부문의 기초 설비를 뜻한다. NCC는 Naphtha Catalytic Cracking의 약자로,  나프타(Naphtha)를 촉매 분해하여 더 가벼운 탄화수소 생산물을 얻는 공정을 의미한다.

NCC의 주요 공정

NCC 공정의 핵심 목적은 무거운 나프타 탄화수소를 더 가벼운 올레핀 제품으로 전환하는 것이다. 이를 위해 아래와 같은 과정이 이루어진다.

 

1. 전처리:
   • 나프타는 먼저 탈황, 탈질 등의 전처리 과정을 거쳐 불순물을 제거한다.
   • 이를 통해 촉매의 활성을 높이고 부식을 방지한다.
2. 촉매 반응:
   • 전처리된 나프타는 고온, 고압의 유동층 반응기에 투입된다.
   • 여기에 특수 제작된 촉매가 주입되어 나프타 분해 반응을 촉진한다.
   • 주요 촉매로는 실리카-알루미나, 제올라이트 등이 사용된다.
3. 분해 및 분리:
   • 나프타는 촉매 존재 하에 열분해되어 에틸렌, 프로필렌, 부타디엔 등의 올레핀이 생성된다.
   • 이후 증류 및 분리 공정을 거쳐 각 제품을 정제하고 분리한다.
4. 부산물 처리:
   • 분해 과정에서 발생하는 부산물(수소, 메탄, 프로판 등)은 연료나 화학 원료로 활용된다.

NCC 공정에 사용되는 주요 촉매

1. 실리카-알루미나 촉매:
   • 실리카(SiO2)와 알루미나(Al2O3)로 구성된 산성 촉매
   • 나프타의 열분해 및 크래킹 반응을 촉진시켜 올레핀 생성을 돕는다
   • 비교적 저렴하고 활성이 높아 널리 사용된다
2. 제올라이트 촉매:
   • 규소와 알루미늄 원자로 이루어진 결정성 알루미노 규산염 촉매
   • 독특한 다공성 구조와 산성 특성으로 인해 우수한 촉매 활성을 나타낸다
   • 특히 ZSM-5 제올라이트가 많이 사용된다
3. 금속 함유 촉매:
   • 백금, 팔라듐, 니켈 등의 금속이 담지된 촉매
   • 금속 성분이 수소화 및 탈수소화 반응을 촉진하여 올레핀 수율을 높인다.
4. 복합 촉매:
   • 위의 촉매들을 조합한 복합 촉매 시스템
   • 각 촉매의 장점을 활용하여 더 높은 활성과 선택성을 얻을 수 있다.

촉매는 고온 고압의 조건에 노출되기 때문에 내열성과 내마모성, 내부식성과 같은 특성이 요구된다. 반응 후 재생이 용이하고 장기간 안정적인 성능을 유지할 수 있어야 한다.

납사를 왜 올레핀으로 변환하나요?

1. 고부가가치 제품 생산:
   • 에틸렌, 프로필렌 등의 올레핀은 플라스틱, 합성섬유, 합성고무 등 다양한 고부가가치 화학 제품의 핵심 원료다.
   • 이를 통해 석유화학 산업의 수익성을 높일 수 있다.
2. 원료 다양화:
   • 나프타는 원유 정제 과정에서 얻어지는 중간 유분으로, 원유 가격 변동에 따라 공급이 불안정할 수 있다.
   • 나프타를 올레핀으로 전환함으로써 석유화학 산업의 원료 다양화와 안정적 공급이 가능해진다.
3. 에너지 효율 향상:
   • NCC 공정은 기존의 열분해 공정에 비해 에너지 효율이 높다.
   • 촉매를 이용하여 반응을 촉진시킴으로써 공정 온도를 낮출 수 있어 에너지 소비가 감소한다.
4. 환경친화성 향상:
   • 나프타 분해 과정에서 발생하는 부산물을 연료나 화학 원료로 활용할 수 있어 폐기물 처리 비용을 절감할 수 있다.
   • 또한 에너지 효율 향상으로 인해 온실가스 배출량도 감소한다.

 

납사가 아닌 다른 원료로도 올레핀 생산이 가능한가요?

나프타 외에도 다른 원료를 사용해서 올레핀을 생산할 수 있다.

1. 천연가스:
   • 에탄, 프로판 등의 천연가스 성분을 열분해하여 에틸렌, 프로필렌 등의 올레핀을 생산합니다.
   • 천연가스는 나프타보다 가격이 저렴하고 공급이 안정적이어서 유리합니다.
2. 바이오매스:
   • 목질계, 농산폐기물 등의 바이오매스를 열분해, 가스화, 합성 등의 방법으로 처리하여 올레핀을 생산합니다.
   • 재생 가능한 자원을 활용하므로 환경친화적입니다.
3. 석탄:
   • 석탄을 가스화하고 이를 다시 액화하는 과정에서 올레핀을 생산할 수 있습니다.
   • 석탄은 매장량이 풍부하지만 환경 문제로 인해 활용이 제한적입니다.
4. 폐플라스틱:
   • 폐플라스틱을 열분해하여 올레핀 등의 화학 원료를 회수할 수 있습니다.
   • 자원 재활용 측면에서 장점이 있지만, 기술적 어려움이 있습니다.

그래서 올레핀은 무엇인가요?

올레핀은 NCC에서 생산된 석화 제품 중에 분자 구성에 따라 탄소가 2개부터 4개까지로 이루어진 가벼운 석화 제품을 올레핀 계열로 구분한다. 제품 이익률이 낮거나 자체 연료로 사용되는 LPG, BTX, 수소 등은 부산물에 해당되나 올레핀 제품은 마진이 높고 외부판매 비중이 절대적이어서 MCC업체의 주요 제품에 해당된다.올레핀은 기체 상태로 존재하며 단일 분자 상태를 의미하는 올레핀 모노머로 구분하기도 한다. 폭발성이나 반응성이 높아 저장과 운송에 많은 비용이 소요된다.

올레핀의 종류는?

1. 에틸렌(Ethylene, C2H4)
   • 가장 기본적이고 중요한 올레핀으로, 가장 많이 생산되는 화학 원료 중 하나
   • 플라스틱, 합성섬유, 합성고무 등의 제조에 광범위하게 사용된다
2. 프로필렌(Propylene, C3H6)
   • 에틸렌 다음으로 많이 생산되는 올레핀이다
   • 폴리프로필렌, 아크릴, 합성 윤활유 등의 원료로 사용된다.
3. 부텐(Butene, C4H8)
   • 4개의 탄소 원자를 가진 올레핀이다.
   • 부틸고무, 윤활유 첨가제, 화학 중간체 등의 원료로 사용된다.
4. 펜텐(Pentene, C5H10)
   • 5개의 탄소 원자를 가진 올레핀이다.
   • 화학 중간체, 용매, 윤활유 첨가제 등의 원료로 사용된다.
5. 헥센(Hexene, C6H12)
   • 6개의 탄소 원자를 가진 올레핀이다.
   • 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)의 공단량체로 사용된다.