국내외페놀아세톤산업현황및전망․

국내외 페놀 아세톤 산업 현황 및 전망 ․

아세톤 공급과잉 문제 해결이 관건

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김종성 과장 연구조사본부

세계 페놀 및 아세톤 산업은 90년대말 이후 시기적으로 다소 차이가 있겠으나 공급과잉 및 원료가격 강세 등으 로 전반적인 하강주기가 지속되어 왔다 물론 페놀의 경우. 2004년에 양호한 수익성을 기록하였으나 과거 경기, 정점기에 비해 낮은 수준이었다 아울러 향후 년간 페놀 및 아세톤 산업은 공급과잉 부담이 지속될 것으로 예. 5 상된다 특히 아세톤의 경우 페놀의 병산물이라는 제조공정상의 특성과 페놀에 비해 낮은 수요증가율로 인해. 공급과잉 심화는 물론이고 아세톤 대비 프로필렌 가격강세가 지속될 것으로 예상됨에 따라 심각한 수익성 악, 화에 직면할 것으로 전망된다 이와 관련하여 본 자료에서는 페놀 및 아세톤의 국내외 시장동향과 전망 그리고. , 핵심 이슈인 아세톤의 공급과잉 해소를 위한 기술개발 동향을 점검 정리하였다 편집자주․ . ( )

페놀 및 아세톤 개요 1.

페놀은 페놀수지, Polycarbonate(이하 PC)와 에폭시 수지의 원료인 Bisphenol A(이하 BPA), 나일론 중간체인 Cyclohexanone 등의 원료로 생산의, 98%가 Cumene Hydroperoxide 공 정을 통해 제조된다 반면 아세톤은. , Methyl Methacrylate(이하 MMA), BPA, MIBK, 용제 등의 원료로 생산의, 93%가 페놀의 병산물로 제조되며 나머지, 7%가 다른 화학제품의 부산물 또는 Isopropyl alcohol(이하 IPA)을 탈수소화하여 만들어진다.

그림 1 페놀 및 아세톤 체인_

세계시장 동향 및 전망 2.

페놀 (1)

세계 페놀시장은 1990년대 이전까지 라이프사이클상 성숙단계에 진입한 제품으로 평가되 었으나, 1990년대 PC를 생산하기 위한 BPA 수요의 폭발적인 증가로 인해 가파른 성장세 를 보였다 이는 페놀에 대한 강한 설비투자 동인으로 작용. , <그림 2>에서와 같이 2000년 대 초반 가파른 생산능력 증가로 이어졌다 하지만. 2000~2001년 수요증가분의 배에 달하2 는 생산능력 증가는 IT 산업붕괴로 인한 세계 경기침체와 맞물려 세계 페놀수급을 심각한 공급과잉 상황으로 몰고 갔다. 2001년 세계 페놀의 평균가동률은 81%에 불과했으며 페놀 생산기업들은 이로 인해 수익성 급락을 경험해야 했다.

그림 2 페놀 생산능력 증가 동향_

자료_CMAI

다만 2002~2004년 사이에 설비폐쇄 및 투자제한으로 과잉물량이 점차 해소되었고 2004년 평균가동률이 96%까지 상승하면서 타이트한 수급상황이 재현되었다 이에 따라 페놀의. 수익성은 그림< 3>에서와 같이 점차 회복되는 양상을 보였다 하지만 경기 주기상 정점에. 달했던 2004년에 조차 페놀의 수익성은 과거 정점기간('88 , '94 )년 년 에 비해 크게 낮은 수 준이었는데 이는 벤젠가격 강세에 따른 것이다 또한 벤젠가격 강세가 최근까지 이어지, . 고 있는 가운데 2005년에 한국 중국 대만 등 동북아지역의 대규모 신증설 설비가 가동, , 되면서 세계 페놀수급은 재차 완화되었고 이로 인해 수익성은 다시 하락하는 양상을 보, 이고 있다.

그림 3 페놀 수익성 동향 및 전망_ *

주_ 서유럽 및 미국시장에서의 가중 평균치* 자료_CMAI

년 세계 페놀수급은 생산능력이 백만톤에 수요가 백만톤을 기록하였으며 가동

2007 9.4 8.3 ,

률은 88%로 2005년 이후 큰 변동이 없는 것으로 나타났다 그러나 향후 년간 생산능력. 5 증가분이 2.5백만톤으로 동기간 수요증가분인 2.0백만톤을 상회함으로써 추가적인 가동률 하락이 예상된다 단기적으로 서유럽과 중국의 공급증가로. 2007년말~2008년초 타이트한 수급상황은 점차 완화될 것으로 예상된다 참고로 지난해. 10월 가동이 중단되었던 Ineos 의 벨기에 소재 천톤 설비 증설 천톤 포함 가 올해 월말부터 정상가동하고

Phenol 510 ( 170 ) 3

있으며, Kingboard Chemical이 지난해 12월에 중국 소재 연산 125천톤 설비에 대한 가동 을 시작한 바 있다.

표 1 페놀의 국가별 생산능력 증가 전망_

단위 천톤

( : )

자료_CMAI

또한 올해 하반기에도 태국의 PTT Phenol(연산 200천톤 과 한국의 금호) P&B화학 연산( 40

천톤), LG화학 연산( 40천톤 등 아시아지역 신증설 설비가동이 잇따르면서 당분간 타이트) 한 수급상황과 가동률 상승을 기대하기 어려운 상황이다 특히. 2010년에는 Ineos의 중국 소재 연산 400천톤, Mitsui Phenol Singapore의 싱가폴 소재 연산 300천톤, Saudi Kayan의 사우디 소재 연산 220만톤 설비 등으로 실생산능력이 당해에만 1.0백만톤 이상 증가할 것 으로 예상됨에 따라 세계 평균가동률이 84%까지 하락할 전망이다.

그림 4 페놀 수급동향 및 전망_

자료_CMAI

반면 향후 년간 페놀 수요증가율은 연평균, 5 4%로 전망된다 동기간에 페놀수지용 수요는. 연평균 3%의 증가율을 기록할 것으로 예상되고 있는 가운데 BPA용 수요증가율이 연평균 를 상회하면서 전체 페놀수요 증가를 주도할 전망이다 이는 동기간의 성장률이 연

5% . PC

평균 5.5%로 예상된데 따른 것이다 다만. CMAI는 2000년대 초반에 PC 성장률을 연평균 로 예상하였으나 이후 수요산업 변화에 따라 성장률 전망치를 지속적으로 낮추고

11~13% ,

있다 특히. 1990년대 PC 성장률이 연평균 18~20% 증가율을 유지하는데 큰 역할을 담당하 였던 광학미디어용 PC 수요가 2000년대 들어오면서 감소하고 있는데 이는, CD 및 DVD 제품들이 MP3, USB 드라이브 인터넷영역 확대 등으로 사양화됨에 따른 것으로 풀이된, 다 그리고 이와 같이. PC 성장률이 급격히 둔화되면서 PC의 범용화가 빠르게 진행되고 있다 따라서. 2012년 이후 페놀시장이 대규모 신증설이 일단락되면서 과잉물량이 흡수되 면서 점차 회복될 것으로 예상되나 과거와 같은 폭발적인, PC 성장세를 기대하기 어려워 회복속도는 더딜 것으로 전망된다.

한편 향후 페놀의 수익성은 그림< 3>에서와 같이 공급과잉 부담에 따라 전반적으로 위축 될 것으로 예상되나 벤젠시황 약세에 따라 원료가격 부담은 상대적으로 줄어들 것으로, 전망된다 석유화학. ( '08년 월호 에너지 정책변화로 동요하는 벤젠시장5 " ” 참고)

그림 5 폴리머간 경쟁동향_

자료_Nexant

아세톤 (2)

세계 아세톤 산업은 제조공정상의 특성과 주요 수요산업의 한계 등으로 페놀에 비해 심 한 공급과잉에 시달리고 있으며 향후에도 공급과잉 부담 가중에 따른 추가적인 수익성, 악화가 예상된다.

그림 6 아세톤 생산 및 수요 구성비_ (2007 , 5.4년 백만톤)

자료_CMAI, SI Group

아세톤 생산의 약 93%가 페놀 생산공정의 병산물로 발생한다 그리고. <그림 1>와 같이 큐멘을 생산하기 위해 벤젠과 프로필렌의 투입비율은 약 2:1이며 큐멘으로부터 페놀과, 아세톤을 생산하는 비율 역시 약 2:1이다 반면. PC용 BPA를 생산하기 위한 페놀과 아세 톤 투입비율은 약 3:1로 BPA를 생산하기 위한 페놀 생산능력 확대로 인해 아세톤 수급은 페놀에 비해 상대적으로 공급과잉률이 확대되고 있으며 제조공정상의 특성에 의한 공급, 부담은 더욱 확대될 전망이다.

한편 아세톤 수요는 BPA를 제외하고는 연평균 3% 내외의 낮은 성장이 예상된다 특히 전. 체 아세톤 수요의 약 21%를 차지하고 있는 MMA용 수요증가율은 연평균 1%로 거의 정체 하는 양상을 보일 것으로 전망된다 이는 그림. < 7>에서와 같이 향후 MMA 신규설비가 아 세톤 베이스의 전통적인 공정이 아닌 C4 또는 C2(alpha) 베이스로 한 새로운 공정을 채택 하고 있기 때문이다.

그림 7 적용기술별_ MMA 생산능력 증가 전망

자료_CMAI

이와 관련하여 CMAI는 세계 아세톤 수급을 2007년 기준 생산능력 6.2백만톤 수요, 5.4백 만톤 평균가동률이 페놀에 비해, 1~2p% 낮은 87%로 추정하고 있다 그리고 향후 년간. 5 수요성장률을 과잉물량 처리를 위한 강제소비를 가정할 경우 페놀 수요성장률과 유사한 연평균 4%로 예상하고, <그림 8>에서와 같이 2010~2011년경 평균가동률이 82%대로 하락 할 것으로 전망하였다 또한 강제소비를 배제할 경우 향후 년간 수요성장률은 페놀에 비. 5 해 1%p 낮은 연평균 3% , 2010~2011로 년 평균가동률은 80% 이하로 떨어질 전망이다 물론. 전체의 37%에 달하는 용제용 아세톤은 공급과잉에 따른 낮은 가격에 따라 수요증가효과 가 발생할 것이다 하지만 용제용 아세톤 수요의 약. 47%를 차지하고 있는 의약 및 담배

용 수요는 가격변화에 대해 매우 비탄력적인 반면, 5%에 불과한 표면코팅제와 잉크용 수 요는 가격변화에 대해 탄력적이다 따라서 아세톤 가격하락에 따른 용제용 수요증가는 제. 한적일 수밖에 없을 것으로 판단된다.

그림 8 아세톤 수급동향 및 전망_

자료_CMAI

요컨대 세계 아세톤 수급은 BPA 생산을 위한 페놀의 생산능력 증가에 따른 비대칭적 아 세톤의 추가 공급부담 페놀 수요증가율를 하회하는 아세톤의 수요증가율 등으로 공급과, 잉이 더욱 심화될 것으로 전망된다 그리고 원료인 프로필렌 대비 아세톤 가격 약세가 지. 속될 것으로 예상됨에 따라 수익성 역시 추가로 악화될 것으로 예상된다 참고로 향후 프. 로필렌 가격은 에틸렌 대비 1.0 내외로 다른 기초유분에 비해 상대적으로 높게 형성될, 것으로 전망된다. (석유화학 '08년 5월호 "세계 Olefins 산업 폭풍속으로... !!!” 참고 이에) 따라 BPA 생산을 위해 페놀 신증설을 추진하는 기업에 있어 아세톤의 공급과잉과 이에 따른 수익성 악화는 반드시 해결해야하는 과제이다.

국내시장 동향 및 전망 3.

국내 페놀 및 아세톤 산업은 금호P&B화학과 LG화학 양사 체제로 2000년대 초반이후 PC 신증설에 따른 BPA용 수요증가에 따라 가파른 성장세를 보여 왔다 그리고. 2008~2010년 사이에 PC 및 에폭시 수지의 잇따른 신증설로 인해 2008년 양사 모두가 큐멘 페놀 아세톤- ․ 로 이어지는 증설 설비의 가동이 예정되어 있어 국내 페놀 및 아세톤 산업은 재도약 -BPA

할 것으로 전망된다.

표 2 국내 페놀 아세톤 수급동향 및 전망_ ․

단위 천톤

( : )

년 기준 국내 페놀 생산능력은 천톤 금호 화학 천톤 화학 천톤 에 생 2007 480 ( P&G 300 , LG 180 ) 산과 내수가 각각 530천톤과 370천톤으로 167천톤을 수출하였다 그리고 지난 년간 페놀. 5 의 내수성장률은 연평균 26.9%에 달했으며 특히, BPA용 수요가 동기간에 49.4%의 놀라운 증가율을 기록하였다 따라서. 2002년 당시 내수의 33%에 불과했던 BPA용 수요비중이 년 까지 증가하였다 한편 전체 생산의 에 달하는 잉여물량을 중국 일본 태

2007 75% . 32% , ,

국 등에 수출하였다.

그림 9 국내 페놀 수요구성비_ (2007 )년 그림 10 국내 페놀 국별 수출현황_ (2007 )년

하지만 표< 3>에서와 같이 국내에서 PC 및 에폭시 수지의 신증설이 봇물을 이룸에 따라 용 수요가 큰 폭으로 증가할 것으로 예상되며 년 금호 화학과 화학의 증설

BPA , 2008 P&B LG

설비 가동에도 불구하고 잉여물량이 감소해 수출은 급감할 전망이다. 2010년 국내 페놀시 장규모는 2007년에 비해 1.7배 증가한 620천톤으로 예상되며, BPA용 비중이 약 85%에 달 할 것으로 전망된다 참고로. 2007년말~2010년까지 PC 생산능력 증가분은 265천톤 에폭시, 수지 생산능력 증가분은 50천톤에 달하며 증설설비 원료공급을 위해 금호, P&B화학과 LG 화학의 총 280천톤에 달하는 BPA 증설설비가 2008년 월에 가동될 예정이다6 .

표 3 국내 페놀_ Chain 설비동향 및 신증설 계획

단위 천톤

( : )

주_ (x) 증설규모, (T) 증설후 생산능력

한편, 2007년 기준 국내 아세톤 생산능력은 300천톤 금호( P&G화학 190천톤, LG화학 110천 톤 에 생산과 내수가 각각) 330천톤과 173천톤으로 165천톤을 수출하였다 그리고 지난. 5 년간 페놀과 마찬가지로 BPA용 수요증가에 힘입어 내수성장률은 연평균 17.1%에 달했다. 따라서 2002년 당시 내수의 15%에 불과했던 BPA용 수요비중이 2007년 50%까지 상승하였 다 하지만 앞서 언급한 바와 같이. BPA용 투입비율 차이로 인해 아세톤의 연평균 내수성 장률은 페놀에 비해 연평균 9.8%p 낮아 공급과잉에 따른 수출부담이 페놀에 비해 높다. 년 아세톤의 수출비중은 전체 생산의 로 동기 페놀의 에 비해 높다 그리고

2007 50% , 32% .

이러한 과잉물량을 중국 등 아시아지역에 수출하였다.

그림 11 국내 아세톤 수요구성비_ (2007 )년 그림 12 국내 아세톤 국별 수출현황_ (2007 )년

하지만 페놀과 마찬가지로 아세톤 생산능력 증가분을 상회하는 BPA 생산능력 증가와 더 불어 프로필렌 대신 아세톤을 원료로 하는 IPA 신규설비 가동으로 아세톤 과잉물량은 표 에서와 같이 빠른 속도로 감소할 것으로 전망된다 년 국내 아세톤 시장규모는

< 2> . 2010

년에 비해 두 배 증가한 천톤으로 예상되며 용 수요증가로 인해

2007 340 , IPA Aldol

비중이 년 에서 년 약 로 늘어날 것으로 전망된다 참고로 이 Chemicals 2007 18% 2010 34% .

수화학은 2008년 월에 연산3 30천톤의 아세톤 베이스 IPA 신규설비를 준공하였으며, LG 화학도 월경부터 연산6 55천톤의 아세톤 베이스 IPA 증설설비를 가동할 계획이다 하지만. 이와 같은 높은 수요증가율에도 불구하고 아세톤은 페놀과 달리 향후 40천톤 이상의 과 잉물량을 수출해야 할 것이다 그리고 향후 아시아를 비롯한 세계시장 공급과잉으로 과잉. 물량의 수출 채산성은 더욱 악화될 것으로 예상된다 따라서 국내에서도 아세톤 과잉물량. 을 처리하기 위한 새로운 용도 및 기술개발에 대한 추가적인 노력을 요구된다.

아세톤 과잉물량 해소를 위한 기술적 접근 4.

앞서 언급한 바와 같이 세계뿐만 아니라 국내에서도 아세톤 과잉물량 해소는 페놀 아세톤․ 생산기업에 있어 매우 심각한 문제이다 그리고 이를 해결하기 위해 메이저 화학기업 및. 엔지니어링 기업들이 다양한 기술적 접근을 추진하고 있으며 이 장에서는 이러한 동향에, 대해 살펴봄으로써 국내 기업에게 기술적 시사점을 제시하고 한다.

아세톤의 과잉물량 발생은 근본적으로 페놀의 병산공정 및 BPA 생산을 위한 투입비율의 불균형에 따른 제조공정상의 한계와 페놀의 수요성장률을 쫓아가지 못하는 아세톤의 수 요성장률에 기인한 것이다 따라서 이를 해결하기 위해서는 아세톤을 발생시키지 않거나. 발생량을 최소화하는 페놀 생산공정을 개발하거나 발생한 아세톤을 리사이클링 하는 기, 술개발이 필요하다.

아세톤 발생 제거 또는 최소화 기술동향 (1)

아세톤의 과잉물량을 원천적으로 해결하기 위해서는 병산물로 아세톤을 발생시키지 않는 페놀 생산공정 개발이 가장 효과적일 것이다 이와 관련하여. Solutia와 Boreskov Institute 는 공동으로 제올라이트 촉매하에 산화제로 아산화질소를 사용하여 벤젠을 산 of Catalysis

화함으로써 페놀을 직접 생산할 수 있는 공정을 개발하였다 동공정은 아디픽산을 생산할. 때 폐기물로 발생하는 아산화질소를 사용할 경우 경제성이 있다.

하지만 상대적으로 적은 페놀 설비를 위해 세계적인 규모의 아디픽산 설비를 갖춰야하기 때문에 Solutia와 같이 대규모 아디픽산 설비를 보유하고 있는 매우 특수한 상황에서만 적용이 가능하다 이러한 이유로 하여 동공정 기술은 아직까지 상업화되지 않고 있다. .

그림 13_ Solutia Direct Benzene Oxidation with N2O

한편, Shell Chemicals는 기존 큐멘 페놀 생산공정의 변형을 통해 큐멘과- sec-butylbenzene 혼합물의 산화반응에 의해 페놀과 아세톤, MEK를 동시에 생산하는 공정을 개발하였다. 동공정은 큐멘과 sec-butylbenzene의 비율을 조절하여 시장 조건에 가장 적합한 비율의 아세톤과 MEK를 생산할 수 있다는 장점이 있다 아울러 동공정은 높은 원료비용 문제로. 페놀 생산비용이 기존 공정에 비해 높지만 병산물인 MEK 차감을 통해 비용 상승분을 상 쇄할 수 있을 것으로 판단됨에 따라 대체공정으로 많은 관심을 받고 있다 이에 따라. 는 의 공급부족과 성장가능성이 높은 아시아의 공급을 위해 년

Shell Chemicals MEK 2011

완공을 목표로 싱가폴에 상업화 설비 페놀기준 연산( 330천톤 건설 계획을 발표한 바 있다) .

하지만 MEK 역시 이미 성숙기에 접어든 석유화학제품으로 세계 시장규모는 약 백만톤1 에 불과하다 따라서. Shell Chemicals가 발표한 신규설비의 페놀 병산물 전부가 MEK일 경 우 세계 수요의 1/4에 달하는 250천톤이 단일 설비에 의해 공급됨에 따라 MEK 역시 아세 톤과 마찬가지로 심각한 공급과잉에 직면할 수도 있다.

그림 14_ Shell MEK Co-Product Process

아세톤의 리사이클링 기술동향 (2)

아세톤의 리사이클링 기술과 관련하여 상업적으로 검증된 일반적인 방법은 아세톤을 IPA 로 전환하는 공정으로 프로필렌을 대신하여 아세톤에 수첨하고 생산된, Raw IPA을 정제 하여 상업용 IPA를 제조하는 것이다 이 공정은 프로필렌 가격이 강세인 반면 공급과잉으. 로 아세톤 가격이 약세를 보임에 따라 널리 활용되고 있으며 국내에서도 이수화학과, LG 화학이 아세톤을 원료로 IPA를 생산하는 신증설 설비를 2008년에 가동한다.

하지만 아세톤의 IPA 전환은 향후 아세톤의 과잉물량 해결을 위해 더욱 증가할 것이고, 결국 IPA의 공급증가와 과열경쟁에 의한 가격하락이 예상된다 아울러. IPA 수요는 아세톤 과 마찬가지로 가격에 비탄력적이기 때문에 가격이 하락한다고 하더라도 큰 폭의 수요증 가를 기대하기 어렵다.

그림 15_ Acetone to IPA

아세톤의 리사이클링 공정개발과 관련하여 아세톤을 원료인 큐멘으로 환원하는 기술이 주목을 받고 있다. Mitsui는 아세톤을 수첨하여 제조된 IPA를 탈수소하여 Crude Propylene 을 생산하고 이를 정제하여 큐멘 공정에 리사이클하는 기술을 개발하였다 그러나 동공, . 정은 공정이 복잡하고 경제성면에서 기존 공정에 비해 떨어지는 것으로 평가된다 반면. 년에 특허를 획득한 의 과 벤젠 알킬화를 통해 아세톤을 큐멘으로 1999 Polimeri Europa IPA

전환하는 기술은 현재 Pilot 설비 테스트 중이며 설비의 능력을 지속적으로 확대하고 있, 다 아울러. Polimeri Europa는 2008년 4분기에 Porto Torres 소재 큐멘 페놀설비에 대해- 동공정을 적용하여 발생하는 아세톤 전량을 큐멘으로 전환하는 상업적 규모의 테스트를

실시할 계획이다.

한편 IPA 단계를 거치지 않고 직접 아세톤과 벤젠 알킬화를 통해 큐멘을 생산하는 공정 기술이 2001년에 특허를 인정받았으나 상업화하기 위해서는 상당기간의 추가적인 연구개, 발이 필요한 것으로 평가되고 있다.

그림 16_ Acetone to Cumene via benzene alkylation with IPA