수소 제조(생산) 플랜트

요즘 수소경제가 주요 이슈사항입니다. 오늘은 수소(Hydrogen)를 생산하거나 부산물로 발생하는 플랜트에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

먼저, 정부의 수소경제 활성화 로드맵을 보면 수소차는 2040년까지 620만대를 생산하고, 충전소를 1,200개를 건설하는 플랜을 가지고 있습니다. 수소를 사용한 에너지 생산도 발전용과 가정,건물용으로 각각 15GW, 2.1GW나 되네요. 

자료출처: 산업통산자원부

수소생산은 현재 13만톤에서 2040년 526만톤까지 생산량을 증가하는 플랜을 가지고 있습니다. 현재 생산되고 있는 수소는 대부분 정유,석유화학 플랜트에서 발생되고 있는데 어떤 플랜트에서 어떻게 수소가 발생하는지 알아볼까요?

정유공장

정유공장은 수소소비가 많은 공장입니다. 그래서 일부러 납사를 개질(Reforming)하여 수소를 만들어 각 필요공정에 공급합니다. 예를들어, 연료속에 황이 많이 포함되면 연료가 연소할때 일산화황(SO), 이산화황(SO2) 등 대기오염물질을 배출되어 최종제품을 생산하기전에 수소를 첨가하여 황을 황화수소로 전환하는 별도의 공정[HDS, Hydrodesulferization] 거칩니다. 그리고, 수소로 중질유를 Cracking하여(긴사슬고리의 중간중간에 수소로 고리를 끓음) 휘발유, 등유, 경유등 가치가 높은 제품을 생산하는 플랜트[HCR, Hydro Cracking Unit]가 있습니다.

정유공장은 위에서 언급한 황제거 및 수소 Cracking을 위해서 수소를 일부러 생산하기 때문에 외부로 판매하는 양은 매우 미미할 것입니다. 즉, 현 시점에서 수소경제에 큰 도움(수소를 외부에 공급할 수 없음)이 되진 않겠죠? 

석유화학공장

1. 염소(Cl2)를 생산하는 CA(Cloride Alkali)공장에서 소금물을 전기분해 할때 부산물로 수소가 발생하며, 다른 플랜트에서 발생하는 수소보다 순도가 좋습니다. 국내 회사로는 LG화학과 한화케미칼, 백광산업 정도가 있는것으로 알고 있습니다.

2. NCC(Naphtha Cracking Center)는 에틸렌, 프로필렌, C4혼합물(Mixed C4), PG 등을 생산하는 공장으로 납사를 분해로에서 열분해하면 부산물로 수소가 생산됩니다.  NCC업체(에틸렌 생산하는 회사)는 일전에 정리한 글이 있습니다. 아래 링크를 참조하세요

https://safety-enginner.tistory.com/1

3. 납사나 부탄, 메탄을 개질하여 일산화탄소를 생산하는 공장의 부산물로 수소가 발생합니다. 정유공장은 수소를 생산하기 위하여 납사를 개질하고, 에어리퀴드는 일산화탄소를 생산하기 위하여 납사나 메탄을 개질합니다. 참고로 일산화탄소는 주로 MDI나 TDI를 생산하기 위해 필요한 포스겐(COCl)을 생산하는 공정에서 많이 소비됩니다. 바스프, 에러퀴드리 정도가 생각나네요.

4. 프로판에서 수소 한분자를 때어내면 프로필렌이 되고 이러한 공정을 PDH(Propane De Hydrogen)라고 부르는데 국내기업으로 효성화학과 SK어드벤스 정도 생각나네요. 프로필렌은 석유화학산업에서 에틸렌 다음으로 많이 사용하는 물질로 주로 폴리프로필렌, 프로필렌옥사이드, 아크릴산을 생산하는 공정의 원료로 투입됩니다.

철강공장

코크스 오븐(Coke Oven)에서 석탄을 건류시킬때 발생하는 COG(Coke Oven Gas)에는 다량의 수소가 함유되어 있으며, 정유,석유화학공정에서 발생하는 수소에 비해 순도가 낮았습니다. (일산화탄소 다량 함유)

국내 정유,석유화학 플랜트에서 위에서 언급한 공정외 다른 공정이 있으면 댓글로 공유 부탁드립니다.

기회가 위에서 언급한 플랜트의 상세공정과 수소의 순도를 높히는 공정인 PSA(Pressure Swing Absorber)에 대하여 알아보는 시간을 가지도록 하겠습니다.