2. 제조 화학 공업의 특징

이것밖에 안되는 사이였니? 1분 35초

석유 화학 산업과 제품

석유 화학 제품

(1) 석유 화학 공업의 기초 유분

석유 화학 공업의 중요한 제 1차 원료이며, 약 절반이 폴리에틸렌의 제조에 사용
에틸렌을 산소와 반응시켜 각종 석유 화학 제품의 원료인 산화에틸렌을 만들고. 염소와 반응시켜서 플라스틱의 원료인 염화바이닐을 제조, 만든 염화바이닐은 폴리염화바이닐의 단위체 (monomer)
폴리염화바이닐은 본래 아세틸렌을 원료로 하여 만들어 왔으나 석유 화학의 발달에 따라서 에틸렌을 원료로 하는 방법 변경됨
에틸렌을 브롬과 반응시켜 다이브로모에테인으로 만틀어서 가솔린에 대한 노킹 방지제로 쓰이기도 하고 벤젠과 반응시켜서 스타이렌으로 만들어 중합해서 폴리스타이렌을 만들기도 하는 등 여러가지 합성 화학 원료로 이용

에틸렌과 함께 석유 화학 공업의 대표적인 기초 유분
나프타가 열분해할 때 생성되는 유분으로부터 분리하거나 열분해나 집촉 분해의 부생 가스로부터 회수
프로필렌을 중합하여 합성 중간체인 폴리프로필렌을 만드는 데 대부분 사용되며，필름, 성형 제품, 폴리 프로필렌 수지, 우레탄 수지, 합성섬유 등의 제품으로 가공

나프타가 분해될 때 얻어지는 C₄ 유분에는 뷰타-1, 3-다이엔이 35%, 아이소뷰틸렌이 30%, 그 외 뷰틸렌의 이성질체들, 노말뷰테인, 아이소뷰테인 등이 있다.
합성 고무를 만드는 데 사용되며 나일론, 가솔린의 첨가제로도 사용

벤젠, 톨루엔, 자일렌을 통칭하는 이름이 흔히 BTX
방향족 화합물은 주로 중질 나프타를 접촉 개질하여 얻으며 개질물들은 C₆~ C₈의 방향족들이 풍부하여 에틸렌 글라이콜이나 설폰산 등의 용매를 사용하여 추출할 수 있다.
주로 수지, 염료, 의약, 화약 등의 제조에 사용

(2) 에틸렌계 제품

에틸렌으로부터 석유 화학 제품을 제조하는 것
1920년 미국에서 시작되어 1960년 이후로는 석유 화학 제품의 원료로 에틸렌이 광범위하게 사용

에틸렌을 원료로 하는 가장 오래된 석유 화학 제품의 하나
산화에틸렌 최초 생생 공정은 클로로히드린(chlorohydrin)공정

에틸렌을 염소, 물과 반응시켜 에틸렌클로로히드린과 염화수소의 수용액을 만들고 산화칼슘으로 처리하여 산화에틸렌을 제조

1930년에는 은 촉매를 사용하여 공기 또는 산소로 직접 산화하는 방법, 반응 온도는 200 ~ 300℃, 압력은 10 ~ 20atm

에틸렌크리콜, 계면 활성제, 에탄올아민, 폴리에틸렌클리콜 등의 제조 원료로 사용

산화에틸렌과 촉매없이 200℃, 12atm에서 제조
소량의 황산(0.5%)을 물에 가하면 가압하지 않고 70℃에서 반응이 이루어짐
산화에틸렌 소모량의 60%가 에틸렌글리콜 제조에 사용됨

산화에틸렌은 에틸렌글리콜과 계속 반응하여 디에틸렌글리콜과 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜이 부산물로 제조

에틸렌글리콜과 생성된 소량의 폴리글리콜은 증류에 의해 분리시킨다.
폴리에스테르계 섬유, 합성 수지의 원료, 내연 기관의 부동액에 사용

1960년대까지는 에탄올의 탈수소와 아세틸렌의 수화 반응을 이용하여 제조

근래는 에틸렌을 액상 산화시키는 방법을 사용, 묽은 염산 용액에서 염화팔라듐과 염화구리 용액이 촉매로 사용되는 공정

용도는 아세트산의 제조, 아세트산에틸 등의 많은 유도체를 제조하는 원료로 사용

아세트산망간을 촉매로 하여 60℃에서 아세트산알데히드를 산화시켜 제조

이 밖에 메탄올과 일산화탄소의 반응인데, 로듐 촉매를 사용하교 요오드를 조촉매로 하여 20atm, 175 ~ 200℃에서 반응시켜 제조

용도는 아세트산비닐, 아세테이트 섬유와 아세트산에스테르와의 반응으로 만들어지는 에스테르가 있는데, 각종 접착제 도료의 용제로 많이 사용

에틸렌과 수소의 아세테이트 이온으로 치환하는 반응으로 제조

과거에는 촉매로 산화아연을 사용하여 아세틸렌과 아세트산을 산화시켜 제조

용도는 합성 섬유 비닐론, 폴리비닐알코올, 접착제, 도료 종이, 사이징제의 원료로 사용

그림 염화비닐의 제조 공정

가. EDC(ethylene dichloride)법

나. 옥시염소화(oxychlorination)법

다. 아세틸렌(acetylene)법

용도는 염화비닐 수지(PVC)의 원료

염화비닐 또는 EDC를 염소화시켜 1,1,2-트리클로로에탄으로하고, 여기에 알칼리로 탈염소화수소를 시켜 제조

용도는 포장용 필름이나 난연성 섬유 합성의 원료로 사용

수천년 동안 탄수화물을 발효시켜 제조
현재는 대부분 에틸렌을 수화시키는 방법으로 제조, 황산과 기상 접촉법이 있다.
용도는 아세트알데히드 제조, 화장품, 음료, 위생 용품 공업 등에 사용

가. 황산법

에틸렌과 황산을 반응시켜 황산에스테르를 가수 분해시켜 제조

나. 기상법

에틸렌과 수증기를 고체 담체에 진한 인산을 함유한 촉매와 기상에서 직접 반응 시켜 제조

(3) 프로필렌계 제품

프로필렌(prophylene)은 에틸렌 다음으로 많이 사용되는 석유 화학 제품의 원료

합성 중간체로 주요한 화합물

① 클로로히드린법

프로필렌에 차아염소산(HClO)을 반응시켜 α-프로필렌클로로히드린을 만든 후 수산화칼륨을 반응하여 탈염화수소를 시켜 제조

② 할콘법(하이드로퍼옥사이드에 의한 에폭시화)

하이드로퍼옥사이드와 프로필렌을 반응시켜 산화프로필렌과 함께 알코올을 얻는다.

③ 과아세트산법

아세트알데히드를 공기로 산화시켜 과아세트산을 만들고, 프로필렌을 산화시켜 산화프로필렌을 제조

프로필렌의 수화 반응에 의해 제조

폴리에스터 수지, 폴라우레탄 수지, 화장품의 원료로서 보습제의 가장 대표적인 성분이고 무색의 투명한 친수성 액체로 단맛이 나는 특성이 있으며,발효 억제력을 가지고 있어 외부 균에 의해 화장품이 변질되 는 것을 막아주는 역할

프로필렌을 황산과 반응시킨 후, 가수 분해시켜 제조

텅스텐산계 촉매를 사용하여 액상의 프로필렌을 황산과 반응시켜 합성한 후 가수 분해시켜 제조

용제,부동액, 소독약(70%), 이 밖에도 아세톤(acetone) 제조의 중간체로 이용

프로필렌을 직접 Pd-Cu 촉매로 산화시켜 아세톤 제조

이소프로알코올은 공기 산화시켜 과산화수소와 아세톤을 함께 생산하는 방법

아세톤은 용제, 메타크릴산메틸(MMA), 비스페놀 A의 합성 원료로 사용

아세틸렌에 신안화수소산을 부가시켜 합성하였지만 요즘은 프로필렌을 암모니아, 공기 산화하는 암모산화법(Sohio법 : 소하이오)이 개발, 촉매는 MoO₃-Bi₂O₃-Fe₂O₃, 또는 Si₂O₃-Fe₂O₃-TeO₂등 사용

3대 합성 섬유라고 하는 폴리아크릴계 합성 섬유인 아크릴 섬유, ABS 수지의 주요 원료

과거에는 아세틸렌 일산화 탄소 물을 니켈 촉매 아래에서 반응시키는 레페법과 아크릴로나이트릴의 가수 분해법 등이 사용되었지만, 최근에는 프로필렌의 촉매에 의한 직접 산화법이 널리 사용

아크릴산은 도료, 접착제, 합성수지의 원료로 사용

부틸알데하이드는 프로필렌에 일산화 탄소와 수소를 반응시키는 옥소 합성법(oxosynthesis)으로 제조, 촉매로는 일산화 탄소를 쓰지만 최근에는 활성이 높은 로륨을 사용
옥소 합성법은 올레핀계 탄화수소와 일산화 탄소, 수소와의 접촉 반응으로, 원료 올레핀보다 탄소 수가 하나 더 많은 포화 알데하이드를 얻는 공정

알데하이드는 n-부틸알코올과 이소부틸알코올을 만드는 데 사용

용도는 용매뿐만 아니라 가소제의 원료, 윤활유의 첨가제로 사용

유지를 가수 분해하여 얻었지만, 요즈음은 프로필렌을 염화 알킬화하고 하이포아염소산(차아염소산)을 부가시키면 다이클로로하이드린이 되는데, 이것을 단계적으로 가수 분해시켜서 제조

최근에는 프로필렌을 산화시켜 산화프로필렌을 만들고 이것을 알릴알코올(alllyl alcohol)로 이성질시킨 다음, 하이포아염소산을 부가시켜 가수 분히하여 글리세롤을 제조

알키드수지, 화약 원료, 화장품, 담배의 보습제 등에 사용

n-부틸알데하이드를 알코올 축합하고 이것을 탈수 환원하여 제조

주요 용도는 가소제와 계면 활성제의 원료로 사용

(4) 방향족 탄화수소계 제품

벤젠, 툴루엔, 자일렌은 주로 용제로 사용되지만, 유기 화합물의 합성용 기초 원료로도 많이 사용

그림 벤젠을 원료로 하는 주요 합성 계통도

① 사이클로헥세인(cyclohexane)

석유 유분에서 얻을 수 있으나, 양이 적으므로 벤젠을 니켈 또는 백금 촉매로 수소화시켜 만든다.

나일론 섬유, 수지 제조의 원료로 사용

② 아디프산(adipic acid)

아세트산 용매에서 아세트산코발트를 촉매로 사이클로헥세인을 90℃에서 액상 산화시켜 만든다.

나일론의 원료, 가소제. 합성 윤활제로 사용

된다.

③ 페놀(peenol)

벤젠을 원료로 하여 벤젠설폰산냐트륨의 알칼리 용융 방법과 클로로벤젠을 알칼리로 가수 분해하는 방법이 있으며 최근에는 쿠멘(cumene)법으로 제조
쿠벤법은 벤젠을 인산 또는 염화알루미늄 촉매로 프로필렌으로 알킬화시켜 만든 쿠멘(아이소프로필벤젠)을 액상에서 공기 산화시켜 쿠멘하이드로퍼옥시드로 만든 다음,황산으로 분해시키는 과정을 거쳐 페놀을 만드는 방법