석유화학

업종개요

석유화학

석유화학산업은 석유 중 나프타나 Gas Oil(디젤유)을 기초원료로 하여 출발하는데, 나프타를 나프타 분해설비(Naphtha Cracking Center; NCC)에 투입하여 에틸렌, 프로필렌 등 기초유분을 생산한다. NCC에서 생산되는 제품들의 구성비는 보통 에틸렌 31%, 프로필렌 16%, C4 유분(부타디엔 원료) 10%, RPG(Raw Pyrolysis Gasoline)(벤젠/톨루엔/자일렌 원료) 14%, 메탄· 수소· LPG 등 기타제품이 29% 생산된다. 이때 에틸렌과 프로필렌은 바로 유도품 생산공정으로 가고, C4 유분과 RPG는 추가로 추출· 정제하는 공정을 거쳐 부타디엔과 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등 유용한 석유화학 기초유분을 생산하게 된다. 이러한 기초유분을 가지고 석유화학 최종제품을 만드는데, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌과 같이 기초유분 하나만을 가지고 중합반응을 통해 만들어지기도 하고, 스티렌모노머(SM)와 같이 기초유분 두 개(에틸렌과 벤젠)를 반응시켜 만들기도 하며, AN(아크릴로니트릴)이나 PVC(폴리염화비닐)처럼 다른 화학제품과의 반응을 통해 만들기도 한다.

세부공정
  • 1. NCC 공정

    NCC공정은 기본 원료인 탄화수소를 이용하여 에틸렌, 프로필렌의 주산물과 수소, 메탄, C4유분, 열분해가솔린(PG) 등의 부산물을 생산하는 공정이다. 국내의 NCC공정은 종류에 따라 기술에 차이는 있으나, 제품을 생산하는 기본적인 단계는 열분해, 급냉, 압축, 탈수, 정제로 동일하다.

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  • 2. BD 공정

    부타디엔(Butadiene; BD) 생산 공정은 에틸렌 공장에서 생산된 혼합C4유분(M-C4)을 원료로 추출용매를 사용하여 추출증류방법에 의해 부타디엔을 분리 생산하는 공정이다. 추출용매 종류에 따라 생산방법은 ACN, NMP, DMF Process로 구분 가능하다.

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  • 3. BTX 공정

    BTX공정은 C5 이상의 성분을 지닌 제품이나 열분해 가솔린을 원료로 수소첨가 반응과 추출 솔벤트인 Sulfolane을 사용하여 방향족 혼합물을 선택적으로 추출한 후 고(高)순도의 벤젠, 톨루엔, 자일렌을 분리 생산하는 공정이다.

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국내외 절감기술/방법
시멘트 주요공정 및 절감기술/방법의 국내 외 절감기술/방법 표입니다.
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1 공정 개선을 위한 혼합 기술 (Mixing improvement) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
대부분의 OFC는 혼합, 반응 및 분리(예, 결정화, 액체/액체 추출법)를 위해 사용되는 배치 교반 용기에서 제조된다. 아주 다양한
용기 및 교반기 설계를 이용할 수 있으며, 각각 공정 요구조건에 따른 장/단점이 있다. 실물 크기의 교반 탱크의 혼합 조건은 실험실
또는 파일럿(pilot) 용기와 크게 달라 그로 인해 공정 수행에 상당한 영향을 줄 수 있다. 설비에 대해 부적절한 혼합 조건을 적용할
경우에는 다음과 같은 결과가 초래될 수 있다.
ㆍ(원료의 사용량 및 폐기물 발생량 증가로 이어지는) 예상보다 낮은 수율
ㆍ과도한 시약의 사용 필요성
ㆍ(용기에서 부족한 혼합을 방해하는) 용제의 과다한 사용
ㆍ(과다 교반, 비효율적인 교반기 설계 또는 과도한 배치 시간으로 인한) 과도한 에너지 사용
ㆍ고형 시약의 낭비 또는 과다한 배치 시간으로 이어지는 공정에 대한 고체의 부족한 투입
ㆍ과다한 가스 사용으로 이어지는 가스상 시약의 부족한 전달
ㆍ제품 가변성으로 인한 불합격 배치"

출처 : Organic Fine Chemicals, 395~396page
2 마이크로파를 이용한 유기 합성 (Microwave Assisted Organic Synthesis) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
마이크로파를 이용한 유기 합성(MAOS)에서는 마이크로파 에너지를 이용해 가열하며 화학 반응을 일으킨다. 마이크로파 조사방법(microwave irradiation)은 ‘마이크로파 유전 가열(microwave dielectric heating)’에 의해 효율적으로 물질을 가열한다. 이러한 현상은 특정 물질(용제 또는 시약)이 극초단파 에너지를 흡수해 열로 전환할 수 있는 능력에 따라 달라진다. 주사는 마이크로파
에너지와 분자를 직접 짝 지워 효율적인 내부 열을 생산한다. 마이크로파 광자의 에너지는 너무 낮아 화학 결합을 분해할 수 없어서 마이크로파는 화학 반응을 유도할 수 없다. 마이크로파 가열은 넓은 범위의 반응을 빠르고 쉽게 실행할 수 있도록 한다. 그런 반응은
알릴 알킬화, 이중결합 간의 복분해 반응, 고리화 첨가 반응(cycloaddition), C-H 결합 활성화, 고분자 지지 기판을 이용한 조합
화학을 지향한 수많은 재정렬 및 반응 등이 있다. 이러한 기술에는 과열 용제를 포함하는 반응이 포함되어 있다. 이러한 기술은
제품을 분리하는 것이 용이한 용제의 사용을 가능하게 한다.
출처 : Organic Fine Chemicals, 399~400page
3 메탄탈착 탑 가스 라인을 위한 터보 익스펜더 (Turbo-expander for demethanator top gas line) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
0.54 억엔/년 5 억엔(건설비포함
에틸렌 생산증가 하여 냉각제의 확장이 적용되는 에틸렌 압축기의 비적절한 생산능력의 보충을 위한 상부 가스의 터보 익스펜더
장착을 통한 냉각 에너지 회복 에너지 절감 기술

이 기술은 메틸탈착의 상부 가스에 확장기를 도입하여 엔트로피를 증가시킨다. 압력 제거 밸브와 다른 장치로인해 엔트로피 변화를
야기하고 가스 온도를 줄이기 때문이다. 지금까지 압력 감축 이후 메틸탈착기의 상부에서 발생하는 재생가스는 열교환기와 있는
크래크된 가사를 냉각하는데 사용되는 냉각에너지 원천으로의 냉각에너지 회복 후 시스템에서 제거되었는데, 냉각에너지 양의
부족으로 에틸렌 냉각기에 의해 보충되었다. 재생가스의 온도를 낮추기 위하여 이 기술은 재생가는 냉각 에너지 회복을 증가하고,
따라서 에틸렌 냉각기의 부하를 낮춘다. 결과적으로 냉각제 에틸렌 압축기의 스팀 터빈에 의한 스팀 소비가 줄게 된다. 동시에
에틸랜 가스가 차가운 프로필렌과 함께 냉각되므로, 프로필랜 냉각기의 부가 역시 감소되고, 차가운 프로필렌 압축기의 스팀 소요 역시 줄게 된다.
4 가스화 된 폐기물의 처리 기술 (Technologies for the treatment of gaseous waste) 생산공정 (중간원료)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
폐기가스줄기는 남아있는 가스가 공기로 배출되기 전 처리되어야하는 여러 원천(특히 공정용기)으로부터 생성된다. 이러한 가스를
처리하기 위한 가장 널리 사용된 기술은 열 산화 이다. 하지만 다른 기술들 또한 가능하며 사용된다. 한 예는 상대적으로 기체유입
및 VOC 집중화가 낮은 벤트(vent) 줄기 내 VOC 제거를 위해 사용되는 활성탄 흡착법이 활성화 되었다. 다른 예시는 다음과 같다.
ㆍ글리콜 가스 세정기는 무수 말레산 및 무스프탈산 저장소 내의 벤트(vent) 줄기를 처리하기 위해 사용 되었다.
ㆍ정화 박스(유지, 청소, 재사용된 재료의 재작업을 포함하는 무수물의 정화를 허용하는 나트륨 정제장치 중 하나인 콜드 트랩)

출처 : Reference Document on Best Available Techniques in the Production of Polymers, 234page
5 난방용 Heat Pump 설치(2015년) 성형공정 다운로드
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
105.2 백만원 210 백만원 2 년
[현황 및 문제점]
· 당 공장의 성형공정의 냉.난방 방식은 계절별로 스팀 및 냉수를 공급하는 AHU(Air Handling Unit)가 설치되어 가동 중에 있으며, 동절기에는 OA(Out Air) 승온은 거의 없고 RA(Return Air)를 스팀으로 가열 승온하여 현장에 공급하며, 하절기에는 터보 냉동기가 설치되어 냉수를 공급 사용함

[개선방안]
· 동절기 약 5개월 간 냉각수를 이용한 난방용 Heat Pump를 예비용으로 추가로 설치하여 냉수와 온수를 동시에 생산하여 현장
냉수공급 및 성형공정 난방수 공급 등에 활용한다면 많은 양의 스팀을 절감할 수 있음
6 VOC 처리 및 배출수준 선정 (Selection of a VOC treatment and emission levels) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
VOC 처리 기술 선정은 다용도 현장에서 중요한 임무이다. 공정 응축기 외에 배기 가스를 통한 VOC의 주요 회수/저감을 위한 일반적인 툴박스는 다음과 같다.
ㆍ세정(일반적으로 물)
ㆍ극저온 응축
ㆍ활성 탄소 흡착
ㆍ촉매 산화 반응
ㆍ열 산화 반응/소각
보다 체계적인 처리 기술 단계는 설비 규모(또한 보다 복잡한 설비의 고유연성에 대한 필요성을 시사) 실제 획득 가능한 배출 수준을 증가시킴으로써 초기화된다. 이러한 단계를 생략하기 위한 옵션은 세정 또는 활성 탄소 흡착, 및/또는 응축 온도 감소 등을 위해
부피 유량을 감소하거나 용량을 늘리는 것이다. 배기가스에 아세틸렌 또는 1 ,2-디클로로에탄 등 심한 휘발성 또는 유독 물질이
함유되는 경우 보다 체계적인 처리 기술을 사용해야 한다.
출처 : Organic Fine Chemicals, 264~267page
7 응축수탱크 재증발증기 폐열회수(2015년) 튜브공정 다운로드
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
125.3 백만원 150 백만원 1.2 년 85.1 (t/C년
[현황 및 문제점]
· 튜브 및 솔리드라인 가황공정등에서 스팀사용 후 응축수탱크에 회수된 응축수가 다량의 재증발증기가 발생되어 대기로 방출되어 버려짐

[개선방안]
· 응축수 트랩을 점검하여 문제되는 트랩은 수리, 교체
· 벤트배관을 교체한 후 벤트증기 회수장치 설치
· Flash Vessel(F/V)에서 발생되어 급수 Tank로 송기되는 재증발 증기라인에 PIC 컨트롤밸브를 설치하여 F/V압력을 일정하게
유지하고 현재 ON/OFF방식의 F/V 배출 펌프 운전에서 LIC 연속제어방식으로 시스템을 변경
8 저온 플라즈마 유도 및 VOC의 촉매 산화 반응 (Induction of non-thermal plasma and catalytic oxidation of VOCs) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
기술은 두 단계로 구성된다. 첫번째 단계로 오염 물질 분자는 여자 챔버(excitation chamber) 내 수천 볼트의 강력한 전기 교번장(electrical alternating field)을 일으키게 된다 자극을 받은 가스 분자의 상태는 이론적으로 가스 온도는 실제적으로 상당한 변화 없이(소위 저온 플라즈마) 섭씨 수천 도 가열에 해당되는 것이다. 두번째 단계에서 가스는 접촉 촉매를 통해 유도되며, 자극을 받은 분자는 완전히 산화 반응된다. 두 단계 모두 실온 또는 배기 가스의 실제온도에서 작용한다.

출처 : Organic Fine Chemicals, 258page
9 나프타분해공정 탈 메탄타워 탑정 가스라인의 터보 expander 설치 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
0.54 억엔/년 5 억엔(건설비포함 9.3 년
. 원료가스압축기의 상류측에 설치된 퀜치 탑의 탑 내부 밸브 트레이를 패킹으로 변경하여 퀜치 탑에서 압력손실을 감축시김으로서
원료가스압축기의 흡수압력을 높여 압축기의 소비전력량을 절감하는 기술
 - 퀜치공정은 중질유분해 탑과 퀜치 탑으로 구성됨. 양 탑의 차압은 0.31kg/cm²로, 주된 압차발생원은 밸브트레이 (기액 평형을 이용한 분리장치로, 선반(棚段)식장치의 일종)임. 밸브트레이에서 패킹(충전재)으로 변경함에 따라 차압이 감축되기 때문에 다음의 메리트가 있음
 ① 원료가스압축기의 흡입압력을 높여, 동 압축기의 소비에너지를 감축할 수 있음
 ② 퀜치탑 내의 온도밸런스가 개선되어, 퀜치 탑저의 온도가 상승, 탑저액(퀜치 워터)의 온도가 상승하여 열 회수가 가능하며,
구체적 사례로 탈 에탄탑의 리 보일러 열원으로 적용 가능
10 나프타분해공정 메탄분해탑 보텀액의 냉열회수 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
2.18 억엔/년 2.3 억엔(건설비포함) 1.1년
. 메탄분해탑보텀액의 냉열을 이용하여 기설 냉매프로필렌을 이용한 열 교환기의 부하를 저감함에 따라, 프로필렌냉동기의 동력을 감축하는 에너지절감기술
 - 종래, 탈프로판탑탑정가스와 탈메탄탑필드는 냉매프로필렌을 이용한 열교환기로 각각 냉각하고 있음
 - 본 기술은, 열교환기의 상류에 메탄분리탑보텀액을 사용한 열교환기를 설치하여 냉매프로필렌을 이용한 열교환기의 부하를
낮춘 것임. 냉매프로필렌을 이용한 열교환기의 부하가 낮아지기 때문에, 프로필렌냉동기의 동력을 감축할 수 있음
11 나프타분해공정 냉각탑 보텀온수에 의한 보일러의 연소용 공기예열 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
0.89 억엔/년 3.6 억엔(건설비포함) 4 년
12 나프타분해공정 탈 메탄탑 프레프랙셔네이션 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
1.86 억엔/년 3 억엔(건설비포함) 1.6 년
. 탈메탄탑 상류 측에 프레프랙셔네이터(전치분류기)를 설치하고 탈메탄탑 필드액의 일부를 프레프랙셔네이터로 분리하여 탑저액(塔底液)을 탈메탄탑을 경유하지 않고 직접 탈에탄탑으로 보냄으로서 탈메탄탑의 로드를 낮추는 에너지절감기술
 - 탈메탄탑으로 공금된 심냉계의 각 온도레벨의 액 중, 양이 가장 많고(50%), 메탄함유율이 낮은-40℃레벨의 세퍼레이터액을
전치분류기로 메탄을 포함하지 않은 탑저액(70%)과 메탄을 포함한 탑정가스(30%)로 분리함
 - 탑저액은 메탄을 포함하지 않기 때문에, 직접 메탄탑으로 보낼 수 있어 탈메탄탑의 필드는 약 65%로 감소
 - 필드 량 감소에 따라, 탈메탄탑의 콘덴서, 리보일러의 부하(증기)가 감소함. 그 결과 에틸렌냉동기, 프로필렌냉동기 동력부하를
감소시킬 수 있음
13 BTX 분해공정 증류탑 탑정베이퍼 배열에 의한 증기 터빈 발전 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
9.499 억엔/년 2.4 억엔(건설비포함) 0.25년
. 종래에너지를 회수하지 않았던 증류탑의 탑정 베이퍼라인에 복수터빈을 신설하여 에너지를 회수하는 에너지절감기술
 - 증류탑 탑정베이퍼의 배열이용 방법으로 다음의 케이스스터디를 행한 저압증 기터빈을 채용
 - 키실렌 제조공정 혼합 키실렌에서 올소키실렌 분리하는 탑정 베이퍼는 종래 에어핀쿨러(AFC)로 냉각되었음
 - 기설AFC와 병렬로 저압증기를 발생시킨 증발기, 복수(復水)터빈발전기 및 급수가열기를 설치
14 BTX 분해공정 가열로 배기가스에 의한 연소용 공기예열 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
약1.25 억엔/년 1 억엔(건설비포함) 0.8 년
. 증기탑 리보일러용에 중유/가스혼합로가 3기, 반응계 차지히터용에 가스전소(專燒)로가 1기 있지만 모두 자연통풍식 횡형(橫型)
로이기 때문에, 연소용 공기 예열기를 설치하여 강제통풍으로 변경하여 에너지절감을 하는 기술 
 - 연소용공기의 예열기를 설치함에 따라, 연소용 공기 온도는, 250℃에서 300℃까지 상승한 로의 연소효과가 상승
 - 자연통풍방식을 개조하여 압입송풍기와 흡인송풍기를 설치하여 NOx 대책으로 종래의 버너를 저과잉(低過剩)공기에서도 안정 연소하는 저NOx버너로 변경
15 브타젠 제조공정 흡수 식 히트펌프에 의한 용제 분리기 베이퍼의 배열회수 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
0.399 억엔/년 1.5 억엔(건설비포함) 3.76 년
. 이 공정은 원료에서 용제를 분리하기 위해 분리기에 스팀을 주입하여 가열해 용제를 분리하는 것임
. 이 분리기출구의 베이퍼 온도는 약 90℃이며, 종래 이 농축 열은 냉각기에서 냉각수로 버려졌음
. 본 사례의 이 배열은 히트펌프에서 고온수로 회수하여 플래시드럼으로 기화하여 분리기용 스팀으로 재이용하는 에너지절감기술
. 흡수식 히트펌프에 의한 냉각수의 배열을 133 온도로 회수하여 플래시드럼으로 127℃의 스팀을 발생시켜 이것을 용제분리기에 공급하는 스팀으로 재이용
. 히트펌프에서 응축한 베이퍼는 드레인 탱크에서 용제와 물로 분리되어, 물은 히트펌프의 온수의 보급수로 이용
16 에너지 효율화를 통한 수소 생산 플랜트의 에너지 보존 (Energy Conservation of Hydrogen Manufacturing Plant By Effectively Ut 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
석유화학 시설에서 발생된 부산물 가스(메탄이 풍부한 가스, methane-rich gas(MRG))를 수소 생산플 랜트의 원료로 사용한
에너지 절약
[개선전]
. 수소 생산과정에서는 연료를 경량 나프타와 부탄을 사용하여 스팀과 함께 반응하여 수소를 생산함
. 경량 탄소 함유 원료를 사용하면 수소 1mol당 에너지가 줄어들어 연료 가스 소비가 줄어듬
[개선후]
. 스크루 압축기 설치
 - 왕복 압축기, 원심 압축기, 스크루 압축기 중 가스 압축 시점에서의 필라멘트 코크(Filament coke) 발생을 막기위해 스크루
압축기 사용을 결정함
. 보조 공정 설치
 - 황이탈반응 과정에서의 비이상적 온도 상승과 코크 생성을 막기 위하여 설치
. 원료 공급을 위한 자동 예비 시스템 설치
 - MRG공급이 떨어지는 것을 막기 위하여 MRG 버퍼탱크 설치하고, MRG 원료에서 나프타원료로 빠르게 전환하기 위한 자동
예비시스템을 설치함. 이를 통해 시스템 내에서 급격한 압력 저하 발생으로 인한 플탠트 정지를 막음
출처 : Convention of Excellent Examples in Energy Conservation for Fiscal 2004, 1~18page
17 익스트루션 공정의 폴리에틸렌 내 탄화수소량 저감 (Lowering the hydrocarbon content in polyethylene in the extrusion sectio 생산공정 (합성수지)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
폴리에틸렌 공정에 따라, 남은 탄화수소 함량을 줄일수 있는 방법은 다음과 같다.
. 고압력 폴리 에틸렌 공정
 - 압력을 줄임으로써 최소한의 압력 하에 저 압력 분리관의 작동은 안정된 중합체 급유를 압축기에 유지하면서 LPS와 승압
압축기의 흡입 구역사이에서 저 압력 순환 측면으로 불리는 곳에 떨어지게 된다.
. 기체상과 슬러리 공정 (고밀도 플리플렌과 선형 저밀도 폴리에틸렌)
 - 제조 공정에서 나온 폐기물을 처리해서 재활용하는 니트로젠의 응용은 중합체 분자로부터 나온 용액 혹은 단량체를 제거하기
위해 시스템들을 정화한다. 제거된 단량체들은 수집되거나 열 산화 단위로 보내질 수 있다.
. 선형 저밀도 폴리에틸렌 솔루션 공정
 - 저 압력 및 진공도 수준에서의 중압체의 촤반응
출처 : Reference Document on Best Available Techniques in the Production of Polymers, 212page
18 LDPE와 LLDPE 공정내 익스트루션 공정에서의 액화 (Devolatilisation during the extrusion step for LDPE and LLDPE proces 생산공정 (합성수지)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
. 기체 제거 압출기라고 불리는 이 기술은 예를 들어 선형저밀도폴리에틸렌 솔루션 및 높은 압력의 저밀도 폴리에틸렌의 녹는점으로부터 시작하는 제품이 압축 성형되는 공정들에서 잔여의 탄화수소 성분을 제거하기 위해 적용되었다. 이 기술은 중합체가 압축되고 진공 증류될 필요가 있기 때문에 확장된 압축기가 필요하다. 그리고 나서 최종 가공 단계를 위해 다시 압축을 필요로 한다. 진공 돔으로부터 오는 탄화수소 수증기는 진공/세정기 시스템에서 처리 된다.
. 이용가능성 혹은 액화 없이 압출기와 비슷한 제품 품질을 유지하기 위해서, 산소 침투 및 가스제고 돔의 오염을 피하기 위해 특별한 조치가 요구된다.

출처 : Reference Document on Best Available Techniques in the Production of Polymers, 216~218page
19 납사의 접촉분해를 통한 에틸렌 생산 NCC 공정 다운로드
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
352,000원
납사의 접촉분해를 통하여 에틸렌이나 프로필렌의 선택도도 증진하고 에너지소비를 대폭 줄이기 위한 기술
납사를 분해하여 에틸렌을 만드는 공정은 850 ℃ 정도에서 열분해하여 에틸렌과 프로필렌을 만드는 공정으로 에너지소비가 많고 에틸렌과 프로필렌의 선택적인 생산이 되지 않음. 세계 각국에서는 650℃ 정도의 낮은 온도에서 에틸렌과 프로필렌의 선택성을 조절하며 생산할 수 있는 새로운 기술의 개발을 추진하고 있음. 국내에서도 일부 석유화학 기업에서 접촉분해를 통하여 에틸렌이나 프로필렌의 선택도도 증진하고 에너지소비를 대폭 줄이기 위한 기술을 연구중임.
20 메탄가스를 이용한 에틸렌 생산 NCC 공정 다운로드
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
600,000원/ton-C2H4 28,000엔
현재기술 : NCC 공정에서 에틸렌 1톤당 부산물로 메탄가스가 약 0.4톤 정도 생성되고 있음.
현재 다른 공정의 연료로 사용하고 있음.
신공정 : 메탄가스로부터 에틸렌을 생산하는 방법으로 오래전부터 Methane Coupling 공정이 개발되었으나, 수율 및 선택도 측면에서 기존의 Naphtha cracking에 의한 방법보다 경제성이 떨어짐. 따라서, 수율과 선택도가 향상시키기 위한 노력을 하고 있음.

[Methane coupling 메카니즘]
CH4 + O2 → CH3* + HO*
2CH3* → C2H6 + C2H4
CH3* + O2 → CO2 + H2O

에틸렌 1톤 기준 CO2 발생량 0.7톤 절감 가능
CO2 발생량 저감비용 : 28,000 엔/CO2 1톤
21 공정 집적화(PI) 적용에 따른 오염 저감 (Process intensification) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
대부분의 OFC는 혼합, 반응 및 분리(예, 결정화, 액체-액체 추출법)를 위해 사용되는 배치 교반 용기에서 제조된다. 그런 기술은
이해가 잘 되고 상당히 유연하다는 이점이 있다. 하지만 성능은 대개 최상의 수준에 미치지 못한다. 교반 용기에서 최적의 상태로
혼합되는 경우라고 해도 성과에 대한 근본적인 제한(예, 혼합 및 열 전달의 비율)으로인해 여전히 일정한 비율의 성과 손실이 있을
수 있다.
배치에서 소규모의 연속적이고 집중적인 반응기 기술로 바꾸면 환경 성과에서 단계적인 변화가 발생할 가능성이 있다. 다양한 그와 같은 공정 집적화(PI) 기술은 다음 사항을 포함해 단일 공정 및 다단계 공정에 이용할 수 있다.
ㆍ고정식 혼합 반응기
ㆍ방사기(ejector)
ㆍ혼합 화학 반응기-열 교환기(HEX 반응기)
ㆍ회전식 원반 반응기
ㆍ진동식 흐름 반응기
ㆍ‘higee’ 기술
PI 기술은 마이크로 반응기 기술에 대해 보완적이고 보다 높은 생산율(10 -10,000톤/년)이 요구되는 경우에 적용할 수 있으며,
마이크로 반응기에 대한 ‘숫자 상승’ 철학은 비현실적이다.
출처 : Organic Fine Chemicals, 397~398page
22 BAS공정 냉각수 순환펌프 회전 수 제어 BAS공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
72.2 toe/년 31 백만원 30 백만원 1 년 40.3 tC/년
[현황 및 문제점]
· 동일 계통의 동일 사양의 펌프의 토출 밸브 개도율을 각 40, 30[%] OPEN 하여 운전하고 있어 토출 압력 차이로 인한 유량
편중이 발생함

[개선방안]
· 토출밸브에 의한 유량제어를 인버터를 통한 회전수제어로 유량을 제어함으로서 전력손실 방지
23 FS공정 냉각수 순환펌프 회전 수 제어 FS공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
62.6 toe/년 26.9 백만원 30 1.1 년 34.9 tC/년
[현황 및 문제점]
· 하절기와 기타 계절 및 시간대별 냉각부하가 변동되나 일정한 유량을 공급함으로써 불필요한 동력손실이 발생함

[개선방안]
· 냉각수 순환펌프 토출밸브를 100[%] Open하여 밸브의 교축손실을 절감시키고 적정유량을 공급함으로써 관로저항을 감소시켜 불필요한 전력손실을 방지함
24 칠러 냉가열원을 증기이용 흡수식냉동기로 대체 발표공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
106.3 toe/년 1.5 % 52.2 백만원 146.1 백만원 2.8 년 59.3 tC/년
[현황 및 문제점]
· Main 제조동 발포공정에 냉각열원을 공급하기 위하여 칠러를 가동중

[개선방안]
· 증기이용 흡수식냉동기를 설치하여 발포공정 칠러설비의 냉각열원 공급을 대체하여 칠러설비의 소비전력을 절감하도록 함
25 1,2-디클로로에탄의 촉매 산화 반응 (Catalytic oxidation of 1,2-dichloroethane) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
1,500,000유로
현장에서 배치/캠페인 공정은 반응 협력제 및 용제로서 1 ,2-디클로로에탄과 관련된다. 배기 가스는 반응기, 액체-액체 단계 분리 및 특히 증류 단계에서 발생되며 위험 단계 R45: 즉, 암을 유발할 가능성이 있는 1 ,2-디클로로에탄이 함유되어 있다.
따라서 고도 처리 기술인 촉매 산화 반응은 1 ,2-디클로로에탄 배출량을 낮은 수준으로 저감하기 위해 선정되었다. 촉매 산화기는 생산 건물 지붕 위의 컨테이너 안에 배치하며 가동 후 자동 열 반응으로 작동한다. 촉매 산화기는 설비 운영 시스템을 포함하며,
추가적인 작업자가 필요 없다.
출처 : Organic Fine Chemicals, 252~253page
26 VOC의 결합 농도 및 촉매 산화 반응 (Coupled concentration and catalytic oxidation of VOCs) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
VOC 농도가 낮고/가변적인 높은 부피 유량의 배기공기는 촉매 산화반응(또는 응축) 전 VOC를 농축시키는 기술로 처리할 수 있다. 배기 가스는 흡착기로 유도되어(연속적으로 회전 하는 벌집 구조 또는 일련의 충전층) 10~120℃ 온도에서 VOC를 보유할 수 있다. 흡착제의 약 80~95%가 언제든지 충전되고 있다. 흡착제의 나머지 약 5~20%는 고온의 공기로 가열되어 전에 흡착된 화합물을 탈착함으로써 높은 VOC 농도의 가스 증기가 발생된다. 가스 증기는 이후 촉매제로 유도되고, VOC가 산화 반응된다(또는 농축된
VOC가 응축으로 회수될 수 있다). 이러한 공기는 촉매제를 통과하면서 가열되며(VOC의 산화 반응으로 인해), 열은 열 교환으로
회수되어 가스 증기 가열 시 사용될 수 있다. 대다수의 적용에서 촉매제는 흡착된 VOC가 탈착되는 즉시 산화 반응될 수 있도록
흡착기(촉매 코팅)로 통합될 수있다.

출처 : Organic Fine Chemicals, 254~255page
27 나프타분해공정 증류탑 탑정베이퍼에 의한 온수가열 (ナフサ分解工程蒸留塔塔頂ベ一パによる溫水加熱) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
. EO/EG(산화에틸렌/에틸렌글리콜)플랜트 내의 일부 콘덴서에서 사용하고 있는 냉각수를 다른 플랜트의 리보일러열원으로
순환시킴에 따라 콤플렉스 전체적으로 에너지절감을 실시
28 나프타분해공정 퀜치탑 트레이의 패킹화 (ナフサ分解工程クエンチ塔トレイのパッキング化) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
1.56 억엔/년 1.8 억엔(건설비포함) 1.2 년
원료가스압축기의 상류측에 설치된 퀜치탑의 탑 내부 밸브 트레이를 패킹으로 변경하여 퀜치탑에서 압력손실을 감축시킴으로서
원료가스압축기의 흡수압력을 높여 압축기의 소비전력량을 절감하는 기술
. 퀜치 공정은 중질유분해 탑과 퀜치 탑으로 구성되며, 양 탑의 차압은 0.31kg/cm²로, 주된 압차발생원은 밸브트레이(기액
평형을 이용한 분리장치로, 선반(棚段)식장치의 일종)임. 밸브트레이에서 패킹(충전재)으로 변경함에 따라 차압이 감축되므로
다음과 같은 장점이 있음
 - 원료가스압축기의 흡입압력을 높여, 동 압축기의 소비에너지를 감축할 수 있음
 - 퀜치탑 내의 온도밸런스가 개선되어, 퀜치 탑저의 온도가 상승, 탑저액(퀜치 워터)의 온도가 상승하여 열 회수가 가능해짐.
구체적 사례로 탈 에탄탑의 리 보일러 열원으로 적용이 가능함
29 방향족 용제 및 보다 낮은 함량의 알코올 회수 (Recovery of aromatic solvents and lower alcohols) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
. 톨루엔과 같은 방향족 용제 및 메탄올과 같은 저함량의 알코올은 지금까지 OFC 부문에서 사용된 일괄 용제의 대부분을 나타내며
톨루엔 수치는 특히 회수 활동을 설명한다. 다음의 반응이 가장 빈번하게 이루어진다.
 - 생성물이 톨루엔 용액에 함유되어 있다. 톨루엔은 충전탑에서 회수 및 정화된 후 톨루엔/물 혼합물로 분리된다.
 - 생성물 분리 후 톨루엔 및 메탄올 혼합이 이루어진다. 톨루엔 및 메탄올은 불연속 증류에 의해 공비 혼합물로 회수되며 톨루엔
및 메탄올/H₂O 단계에 물을 첨가하여 분리된다. 후자는 연속적으로 증류되며 메탄올을 발생시킨다.
 - 톨루엔은 배기가스에서 회수된다.
 - 톨루엔/메탄올 혼합물은 배기가스에서 회수된다.
출처 : Organic Fine Chemicals, 222~225page
30 배기 가스를 통한 브롬 및 HBr회수 (Recovery of bromine and HBr from exhaust gases) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
브롬화 공정에서는 수소 브롬화물 및 브롬이 함유된 가스성 폐기물이 다량 배출되며 대기 방출 전에 세정한다. 또한 브롬이 풍부한 기류는 브롬저장소와 일일탱크의 충전 중에 교체되며, 그리고 저장소 및 아이소탱크(isotank) 공급 용기 가압 중 분리되어 비교적 건조한 압축 공기 과압으로 방출된다. 공정 시설 내 설비 구역은 전체 및 국소 추출 환기 설비를 갖추고 있다. 브롬 계열의 해당 부위로 누출될 가능성을 감안하여 대기 방출 전 추출된 공기를 세정해야 한다. 연계된 일련의 세정 시스템이 구축되어 수소 브롬화물,
브롬 및 휘발성 브롬화 추적 가능성 및 공정 배출에 따른 기타 유기 화합물과 브롬화 설비의 추출 증기 흐름을 회수/제거한다. 46% w/w HBr의 최종 브롬화수소산 용액 농도는 필수 및 예비 탱크의 결합 용량과 함께 결정되어 최소 한 개 반응기 배치 시 발생된
모든 수소 브롬화물의 흡수가 가능하다.

출처 : Organic Fine Chemicals, 234~235page
31 아세틸렌의 회수 및 저감 (Recovery and abatement of acetylene) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
아세틸렌과 같은 대량의 고휘발성(및 유해) 화합물 관련 공정은 폐수처리에 관한 이례적 과제를 제시한다. 특정 사례에서 아세틸렌은 반응제로 사용되며 에틸렌(LiC ≡ CH 전처리 시 발생되는 부산물) 및 NH₃(용제)와 함께 각 공정 단계에서 몇몇 배기 가스 증기에 포함되어 있다. 공정 최적화 전, 아세틸렌 수지 다음과 같다.
ㆍ반응에서의 소비량 30%
ㆍ에틸렌 손실 20%
ㆍ아세틸렌 손실 50%
최적화 후, 대부분의 아세틸렌 손실은 회수되며 반응 시 재활용된다. 액상 NH₃는 배기 가스에서 아세틸렌을 흡수할 때 사용되며
반응 싸이클로 탈착 후재활용된다. 잔류 NH₃은 또 다른 단계에서 물 속에 흡착되며 나머지 유기물 부하물(주로 에틸렌)은 현장 증기 발생을 위한 에너지원으로 활용된다. NH₃/H₂O 혼합물(약 15 % NH₃)이 형성되며 정류 후 공정에서 재사용된다. 그 결과 발생한 폐수는 생물학적 폐수처리 설비에서 처리된다. 회수 시스템 대부분이 암모니아의 끓는점(-33°C) 미만에서 작동하므로 매우 낮은
온도에 적합한 냉각 시스템이 필수적이다. 사용된 냉매는 반응 용제(이 경우 암모니아)와 동일하다. 따라서 냉각은 염화불화 탄화수소
(chlorofluorohydrocarbon)를 사용하지 않고 수행할 수 있을 뿐만 아니라 공정상의 암모니아와 냉각 암모니아가 우연적으로
혼합되는 경우에도 사용된 용제와 동일하므로 문제시 되지 않는다. 압력의 차이는, 누출 시 반응 용액으로 유입될 수 있는 유일한
흐름은 냉각제라는 것을 보증해준다. 또한 암모니아의 강한 냄새로 누출 탐지가 가능하므로, 누출로 인해 손실되는 냉각제의 양은
매우 적다.
냉각 공정에서는 컴프레서 및 팽창기 시스템(expander system)을 사용한다. 냉장 설비의 근접성으로 압축된 고온의 암모니아를 열원으로 사용할 수 있다. 따라서 용해된 아세틸렌을 분리하는데 사용되는 아세틸렌 탈착 컬럼은 냉각 기기의 폐열로 가열된다.
과열(excess heat)만이냉각탑에서 제거되며 이로써 최소량의 냉각수만 필요하게 된다.
출처 : Organic Fine Chemicals, 249~251page
32 정유량 반응기 시스템 (Constant flux reactor systems) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
정유량 교반 탱크 반응기는 기본적으로 다른 온도 제어 원리를 이용한다. 재래식 교반 탱크 반응기가 가열/냉각 재킷의 온도를
조절하는 방법으로 공정 온도를 제어하는 반면, 정유량 교반 탱크 반응기의 열 전달 면적은 가변적이다.
가변적인 표면적은 재킷을 다중의 독립 제어 열 전달 요소로 분해함으로써 생성된다. (개별 재킷 요소에 대한 공급 및 복귀 배관은 공동의 다기관에 연결되어 있다.) 배출 다기관은 작동중인 열 전달 요소의 수를 조절하는 데 사용되는 동력 피스톤에 설치된다.
주요 제어 매개변수로서 면적의 이용은 소형의 열 전달 요소의 이용과 함께 다음과 같은 몇 가지의 고유한 성능 능력을 전달한다.
ㆍ열 수지 측정법을 이용해 전례 없이 정확한 공정 모니터링
ㆍ재래식 기술 보다 정확하고, 빠르며, 안정적인 공정 온도 제어
ㆍ용기 내부의 공정 조건 개선
ㆍ열 전달 용액의 이용률 증가

출처 : Organic Fine Chemicals, 401~403page
33 최대 배출 농도 최소화 (Minimising emission concentration peaks) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
배치(batch) 공정의 특징적인 면은 배기 가스의 오염물질 부하 및 부피 유량이 가변적이라는 것이다. 그러한 변화는 회수 또는
저감 기술 작용 시 문제가 되며 흔히 불필요한 최대 배출 농도를 야기하기도 한다. 최대 농도는 잠재적으로 환경적 영향이 높아질
수 있다. 그러한 영향은 흡착 평활 필터를 적용함으로써 최소화 할 수 있다.

출처 : Organic Fine Chemicals, 259~260age
34 퀀치 타워 트레이 패킹 적용 (Adoption of packing for quench tower tray) 생산공정 (기초유분)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
1.56 억엔/년 1.8 억엔(건설비포함) 1.2 년
공급원료 가스 압축기의 사출압력을 증가시켜 공급원료 가스의 전력 소비를 줄이는 기술

. 퀀치 과정은 중유 분해 증류 타워와 퀀치타워로 구성된다. 이 두 타워의 압력의 차이는 약 0.31 kg/cm2이며 주요 차이 원인은
퀀치타워의 밸브단(valve tray)이다. 이 압력차이르 밸브단을 패킹으로 전환하여 줄이는데 두가지 이점이 있다. 첫째, 공급원료
가스 압출기의 전력 소비 감소된다. 이유는 공급원료 가스 압축기의 압력이 증가하기 때문이다. 둘째, 퀀치타워 내 하부의 온도가
증가하고, 하부 유체의 온도가 증가하므로 열 회복을 할 수 있게 하여 퀀치타워 내부 온도유지가 개선된다.
35 우연한 VCM 배출 예방 (Prevention of accidental emissions of VCM) 생산공정 (중간원료)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
만약 중합 공정동안 반응 비율이 일반 범위와 비상 통제 한도를 넘어간다면 VCM의 배출물이 우연적으로 발생하게 된다. 만약
정상적인 제어 준비가 실패한다면 에너지는 VCM의 비상 벤팅(Venting)에 의해 사용되어져야만 한다. VCM의 공기로의 비상
방출을 예방하기 위한 추가적인 방법들은 다음과 같다.
ㆍ원자로 연료 공급 및 운영 조건에 대한 특별한 제어 계기 장치
ㆍ반작용을 멈추기 위한 화학적 억제 시스템
ㆍ긴급 반응에 대한 냉각 수용력
ㆍ소동에 대한 긴급 전력
ㆍVCM 회수장치로의 긴급 통제 벤트 수용력

출처 : Reference Document on Best Available Techniques in the Production of Polymers, 232~233page
36 플라스틱 압출기를 위한 인버터 통제 모터 (Inverter control motor for plastic extruder) 생산공정 (합성수지)
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
. PE(폴리에스테르)압출기의 주요 모터에 있는 VS coupling(vortex current coupling)모터를 inverter control(VVVF) 모터로
전환하여 에너지 보존을 향상하는 기술
37 B/F Fan 인버터 설치(2015년) 정련공정 다운로드
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
86.6 toe/년 38.4 백만원 60 백만원 1.6 년
[현황 및 문제점]
· 정련공정에서 고무와 첨가물의 배합시 발생되는 Fume Gas 및 이물질의 배기량 조절을 흡입댐퍼로 하고 있으므로 풍압손실에
따른 전력소비량이 증가함
· 각 Fan의 운전효율은 50(%)대로 운전 중이지만 교축손실을 제외한 시스템효율은 30~40%대로 현저히 저하되어 운전 중임

[개선방안]
· 인버터를 설치하여 운전주파수를 감소하고 흡입댐퍼개도를 100%하여 토출풍압이 현재와 같은 각각의 수준으로 운전하도록
하여 소비전력을 절감함
38 중합공정 Motor를 660[V] 교체 중합공정
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절감량 절감율 절감액 투자비 투자비회수기간 온실가스저감량
134.3 toe/년 2.3 % 57.9 백만원 110 백만원 1.9 년 74.9 t/C년
[현황 및 문제점]
· 110 [kW]고용량 Motor를 380 [V]전압으로 사용하다보니, 기동시 기동 전류의 영향으로 전압강하가 일어나고, 기동 토크의
부족현상으로 과 Motor로 설계하여 사용하고 있어, 기동공정의 불안정을 야기하며 불필요한 전력손실이 발생

[개선방안]
· 각 Line에 사용하는 380 [V]전압을 22,900[V] / 660[V], 1000 [KVA]부하에서 660 [V]로 사용하고, 45 [kW]고효율 Motor로 교체하며, SMC(또는 인버터)를 사용하여 기동