국제유가의 급등과 더불어 석유화학산업의 주원료인 나프타의 가격이 빠르게 상승하고 있고 중동의 가스분해로 신증설 및 중국의 올레핀 자급률 상승으로 국내 석유화학산업의 경쟁력이 약화되고 있는 상황에서 석유화학 기초원료를 생산하는 나프타 분해공정에서 생성되는 C4 혼합물 중 연료로 쓰던 부산물을 고부가화 하여 고가의 석유화학 기초 원료로 활용하는 획기적인 기술이 세계 최초로 국내 산학연 공동 연구로 개발됐다.

한국에너지기술연구원(원장 한문희)과 SK에너지(대표 신헌철)는 플라스틱이나 폴리에스터, 나일론 등과 같은 석유화학제품의 원료 물질인 에틸렌, 프로필렌을 생산하는 나프타분해공정에서 나오는 C4 부산물을 원료로 하여 부타디엔, 부텐-1과 같은 고부가 석유화학 기초원료를 제조하는 새로운 공정을 개발하고 상용화 단계에 있다고 밝혔다.

이번에 개발된 공정은 크게 두 가지로, 먼저 C4 부산물 중 불순물인 아세틸렌만을 선택적으로 수소화 반응시키는 ‘아세틸렌 전환공정’ 기술은 공정 중에 이물질 축적의 원인이 되는 아세틸렌을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 현재의 복잡한 후속 공정을 단순화시킬 수 있어 에너지를 절감하는 효과가 있다.
이 공정으로 약 20%의 에너지 절감 효과가 있는 것으로 나타났다.

‘올레핀/파라핀 흡착분리공정’ 기술은 C4 혼합물을 미리 올레핀과 파라핀으로 분리함으로써 주로 고부가 유도체를 생산하는 후단 공정의 규모를 획기적으로 줄여 투자비와 에너지를 절감하는 새로운 개념의 공정기술이다.

현재 ‘아세틸렌 전환공정’ 기술은 파일롯트 테스트를 완료하고 내년 하반기에 SK에너지 울산컴플렉스에 가동을 목표로 설계를 진행하고 있으며, ‘올레핀 파라핀 흡착분리공정’ 기술은 올해 안으로 공정 패키지(Process Design Package)를 완성하고 오는 2010년 상반기에 부텐-1 생산량을 2배로 늘리는 상용화 공장이 가동될 예정이다.

‘올레핀 파라핀 흡착분리공정’ 기술은 기존에 운전되고 있는 석유화학공정 설비의 일부만 보완하는 정도로도 부텐-1의 생산량을 증대시킬 수 있고 기존 공정과 다르게 수소를 첨가하지 않고도 LPG를 제조할 수 있다.

또한 산출물 중 고순도의 부텐-2 스트림은 부타디엔 제조 공정의 원료로 사용하게 되는 다기능 공정기술이다. 향후 이 기술은 유동층접촉분해공정(FCC) 후단의 에틸렌 회수공정에도 적용이 가능하는 등 활용성이 매우 높다.

이번에 개발된 기술과 함께 C4 부산물 고부가화 연구의 일환으로 개발하고 있는 ‘부텐-2의 탈수소화를 통한 부타디엔 제조공정’, ‘부텐-2 이성화 공정’, ‘옥텐-1 제조공정’ 등의 기술을 완료하고 공정에 적용하는 경우 에틸렌 연산 100만 톤 규모의 납사분해공정 적용 시, 연간 1000억 원의 추가이익 또는 200억 원의 로열티 수익을 기대할 수 있다.

또한 에너지사용량도 기존 공정 대비 20% 절감이 예상되며 공정을 신설하는 경우에는 30%의 투자비 감축이 예상된다.

총괄연구책임자인 한국에너지기술연구원 김종남 박사는 “이번에 개발한 아세틸렌전환공정 및 올레핀 파라핀 흡착분리공정(Ole-SIV) 기술의 보급으로 최근 지속되는 고유가 상황 가운데 날로 어려워지고 있는 국내 석유화학산업의 경쟁력이 다시 살아날 수 있을 것이며, 에틸렌 기준으로 세계 5위의 석유화학제품 생산국이지만 그 동안 모든 석유화학공정을 선진국에서 수입하여 설치해왔는데, 앞으로 이 기술을 수출함으로써 우리나라도 석유화학 기술 라이센스 국가의 반열에 오르게 된다”고 평가했다.

SK에너지(주) 최선 상무는 “처음부터 상용화를 목표로 하고 실제 공정유분을 사용하는 등 현장감 있는 접근을 했기 때문에 보통 7~8년 걸리는 기술개발 및 상용화의 시기를 4년으로 단축할 수 있었다”고 강조했다.

‘C4 유분의 고부가화 기술 개발’은 2005년 7월부터 지식경제부(당시 산업자원부)와 에너지관리공단이 지원하는 에너지자원기술개발사업으로 추진되었으며 SK에너지가 참여기업의 역할을 담당하고 있다.

한국에너지기술연구원의 김종남 박사를 총괄 연구책임자로 하여 SK에너지기술원(김용승 팀장), 한국화학연구원(장종산 박사), 서울대학교(송인규 교수), 고려대학교(강상욱 교수), 공주대학교(전종기 교수), 성균관대학교(김지만 교수) 등 총 7개 기관의 60여명에 달하는 연구원이 6개의 세부 과제를 수행하고 있다.
또한 상용 촉매회사(S?d-Chemie) 및 국내 엔지니어링회사(SK 건설)가 과제의 진행에 협력하고 있다.