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수증기 열분해와 메탄에서 올레핀: 에너지 사용, CO2 배출 그리고 생산 비용

전문가 제언: ○ 본문은 탄화수소의 열분해 공정과 천연가스를 원료로 하는 C1 경로의 에틸렌 생산을 비교한 매우 우수한 논문이라 생각한다. 그러나 주로 나프타나 에탄을 열분해하는 공정이 에너지 사용과 CO2 배출에서 우수하며 경제성 분석에서도 앞으로 예상되는 기술적 돌파가 있더라도 천연가스를 원료로 하는 공정이 추월하지 못할 것이라는 의외의 결론이 도출되었다.

– 그러나 천연가스를 원료로 사용하는 메탄으로부터 에틸렌 생산이 나프타 열분해보다 경제적으로 유리한 것으로 분석자는 이해하고 있다(이 점은 분석자가 국내 에틸렌 생산회사인 호남에틸렌에 전화로 확인하였다). 천연가스의 주성분인 메탄을 원료로 하면 우선 운전비가 싼 것도 그 이유 중 하나이다.

○ 특히 최근의 석유가격 급등은 석유에서 원료를 얻는 나프타 열분해를 더욱 불리하게 하고 있다. 천연가스 다량 생산국인 중동국가들은 에틸렌을 국외에 수출하지 않고 있으며 나프타를 생산하는 국내 정유회사들은 나프타의 가격을 정부에 의해 통제받고 있는 것으로 알고 있다.

○ 본문에서는 C1 경로의 에틸렌 생산의 기술적 돌파구로 산소 투과성 막 반응기에 기대를 걸고 있다. 즉 산소 투과막을 사용하면 현재의 극저온 공기 분리와 달리 공기 중 산소를 저렴하게 분리할 수 있어 산소 제조 공장이 필요 없으리라 기대한다. 그러나 현재의 기술로는 막을 사용하여 고 순도 산소(99%)의 제조가 불가능하고 30% 내외의 산소 부화(富化)된 공기를 얻을 수 있을 뿐이다.

○ 본문에서 소개되었지만 메탄에서 직접 올레핀으로 전환시키는 방법으로 Fischer-Tropsch 공정이 있다. 합성가스를 촉매 반응기에서 올레핀 함량이 높은 액체 탄화수소를 얻는 방법이다. 1960년대 이미 남아프리카 공화국 Sasol에서 Lurgi식 석탄가스화로 합성가스를 얻고 다시 이를 원료로 이 공정을 실현한 바 있다. 그러나 낮은 올레핀 선택도와 높은 중-탄화수소 수율로 인한 기술적 어려움이 있어 세계 무역에서 격리된 인종차별 시대 남아프리카에서만 경제성이 유지될 수 있었다.

저자: Tao Ren, Martin K, Patel, Kornelis Blok
자료유형: 학술정보