용어 참고: ”东庚”은 전체에서 DODGEN으로 표기합니다. 제품 및 기술 명칭은 DODGEN DSR 반응기/중합 반응기, DODGEN DSXL 탈휘발 기술, DODGEN 용매 회수 공정 개선 기술, DODGEN 솔루션 공정 폴리올레핀 기술 등의 공식 영어 표현과 일치합니다.
5월 21일, 제10회 올레핀 및 폴리올레핀 국제 컨퍼런스가 닝보에서 성공적으로 개최되었습니다. 이 컨퍼런스에는 완화화학, 라이온델바셀, 노르웨이 노어 등 국내외 주요 기관의 기술 담당자들이 한자리에 모였습니다.
컨퍼런스 사이트
DODGEN은 이 컨퍼런스에 초청을 받았습니다. 응용 기술 디렉터인 리우 치는 “고급 폴리올레핀을 위한 핵심 공정 강화 기술”이라는 제목의 특별 프레젠테이션을 통해 용액 공정 폴리올레핀의 전체 공정 강화에 대한 DODGEN의 기술 축적과 엔지니어링 사례를 체계적으로 설명했습니다.
기술 프레젠테이션을 진행하는 리우 치
I. 폴리올레핀 산업은 구조적 분화를 가속화하여 하이엔드 제품을 위한 지속적인 성장 공간을 확보하고 있습니다.
생산량 기준 세계 최대 합성 소재 카테고리인 폴리올레핀은 연간 생산량이 1억 5천만 톤을 넘어서며 전체 플라스틱 생산량 중 약 40%를 차지합니다. 하지만 이 거대한 시장은 구조적인 변화를 겪고 있습니다:
산업 다이버전스 - 영어 번역
| 범용 폴리올레핀 | 하이엔드 폴리올레핀 |
| 지속적인 용량 오버행 압력 - PE 및 PP와 같은 상품 등급에 대한 지속적인 용량 확장 - 건설 및 인프라 수요의 다운스트림 성장세가 급격히 둔화되었습니다. - 수요-공급 불균형과 가격 경쟁 심화 - 심각한 동질화와 점차 좁아지는 이익률 | 혁신을 위한 전략적 우선순위 - 신에너지 자동차 및 태양광과 같은 신흥 부문의 강력한 성장세 - 연평균 71% 이상 성장하는 시장 수요, 강력한 모멘텀 유지 - 높은 기술 장벽과 현저히 높은 제품 부가가치 - 지속적인 정책 모멘텀으로 뒷받침되는 국내 대체의 폭넓은 여지 |
그렇다면 POE, COC, mPE, EPOE와 같은 고급 폴리올레핀은 어떻게 생산될까요?
이러한 소재의 실질적인 성능 특성을 더욱 증폭시킬 수 있는 기술이 있을까요?
현재 인정받는 핵심 생산 경로는 용액 중합이며, 이는 업계에서 기술적 고지가 되었습니다. 도겐은 어려운 중합 반응 제어, 사양 내로 가져오기 어려운 탈리화 후 잔류물, 용매 회수 시 지속적으로 높은 에너지 소비 등 주요 문제점에 집중해 왔습니다. 목표 기술 개발에 착수하여 핵심 단위 운영에서 전체 공정 통합에 이르는 단계적 혁신을 달성했습니다.
II. 핵심 프로세스 강화에 집중하여 전체 프로세스 통합 역량 구축
다년간의 엔지니어링 실무를 통해 DODGEN은 용액 공정 고급 폴리올레핀을 위한 세 가지 핵심 공정 강화 기술을 개발했습니다. 중합 반응, 탈리화 분리, 용매 회수의 세 가지 핵심 단계를 대상으로 하는 이 기술들은 함께 작동하여 완벽한 엔지니어링 솔루션을 형성합니다.
1. DODGEN DSR 중합 반응기 기술
다단계 루프/관형 정적 혼합 반응기를 중심으로 구축된 이 기술은 열전달 튜브와 정적 혼합 요소를 통합하여 기계적 교반이 필요하지 않습니다.
튜브 내부의 재료 흐름은 플러그 흐름 특성을 나타내며, 체류 시간이 매우 균일하여 역혼합 및 단락을 방지합니다. 작동 중에 각 단계의 온도, 압력 및 공급 성분을 유연하게 조정할 수 있어 반응을 단계적으로 최적화하고 제어할 수 있습니다.
DSR과 기존 교반 탱크의 비교 - 영어 번역
| 비교 차원 | 기존 교반 탱크(CSTR) | 도겐 DSR 리액터 | 도겐의 장점 |
| 흐름 패턴 | 완전 혼합 흐름, 광범위한 체류 시간 분포 | 플러그 흐름, 균일한 체류 시간 | 더 좁은 분자량 분포(최적화된 PDI) |
| 열전달 효율 | 재킷에 의존하며 열 전달 영역이 제한적입니다. | 고점도 열전달 튜브, 열전달 계수 30-50% 증가 | 중합 열을 빠르게 제거하고 온도 폭주를 방지합니다. |
| 믹싱 모드 | 기계적 교반, 높은 전단 손실 | 정적 혼합 요소, 기계적 움직임 없음 | 부품 마모 없음, 유지보수 불필요 |
| 고점도 적응성 | 고점도에서는 교반 성능이 저하되고 데드 존이 발생합니다. | 최대 <=3000 Pa.s까지 처리, 채널링이나 데드존 없음 | 고점도 중합 시스템에 선호되는 선택지 |
| 에너지 소비 | 높은 교반력과 높은 에너지 사용량 | 교반기 없음, 전력 소비량 20%+ 감소 | 장기 운영 비용 대폭 절감 |
| 지속적인 운영 기능 | 주로 배치 또는 반연속형 | 완전 연속적인 정상 상태 작동 | 안정적인 제품 품질과 빠른 등급 전환 |
| 유지 관리 비용 | 씰과 교반기는 주기적인 유지보수가 필요합니다. | 움직이는 부품이 없으므로 기계적인 유지보수가 필요 없음 | 높은 신뢰성과 장주기 작동 |
2. DODGEN DSXL 디볼라틸화 기술
용액 공정 폴리올레핀 생산의 반응 용액에는 일반적으로 60% 이상의 용매가 포함되며, 최종 제품에는 잔류 용매에 대한 매우 엄격한 요구 사항이 있으며, 메탈로센 폴리에틸렌과 같은 고급 등급의 경우 잔류 용매를 500ppm 미만으로 관리해야 합니다.
높은 잔류 용매 및 고온으로 인한 열 분해와 같은 문제를 해결하기 위해 다단계 탈휘발로 공정을 업그레이드했습니다. 단계별로 압력을 낮추고 저온 플래시 공정과 결합합니다. 특수 열교환기가 재료를 임계 휘발 온도까지 빠르게 가열하면 분배기가 용융물을 밀리미터 크기의 액체 필름이나 미세한 가닥으로 분산시킵니다. 이를 통해 용매 확산 거리를 크게 단축하는 동시에 각 단계에서 정밀한 온도 및 압력 제어가 가능하여 과열을 방지할 수 있습니다.
a. 용매 제거 효율의 획기적인 개선
다단계 휘발 설계, 고점도 전용 열교환기를 사용하여 재료를 임계 휘발 온도까지 빠르게 가열합니다.
분배기는 용융물을 밀리미터 크기의 액체 필름으로 분산시켜 용매 확산 경로를 크게 단축시킵니다.
잔류 용매는 메탈로센 폴리에틸렌의 순도 요건을 충족하는 500ppm 이하로 줄일 수 있습니다.
b. 분자량 보호 메커니즘
구배 압력 감소와 저온 플래시 증발의 결합된 프로세스는 정밀한 온도 제어를 통해 열 저하를 방지합니다.
높은 전단력으로 인한 폴리머 형태 손상을 방지합니다.
고온에서 장기간 보관할 때 발생하는 폴리올레핀 분자 사슬 분해를 감소시킵니다.
c. 상당한 비용 이점
기존의 트윈 스크류 디볼류라이제이션과 비교하면 투자 비용이 약 40% 절감됩니다.
고속으로 회전하는 기계 부품이 없기 때문에 유지보수 비용이 크게 절감됩니다.
기존 프로세스보다 운영 비용이 현저히 낮아 경제적 이점이 뛰어납니다.
3. 도젠 용매 회수 공정 개선 기술
용매 회수 시스템은 용액 공정 경로의 총 에너지 소비량 중 40~50%를 차지합니다.
DODGEN의 3열 공정은 약 30%의 에너지 절감 효과를 달성합니다.
단일 컬럼 또는 단순한 2열 공정을 3열 구성으로 업그레이드하면 세 열의 최적화된 통합 및 열 결합을 통해 보다 효율적인 분리 및 에너지 활용이 가능합니다.
원본 그림: 3열 용매 회수 프로세스
그림 텍스트의 영어 번역
| 中文原文 | 영어 번역 |
| 脱挥系统：160~180°C 余热回收预热热进料 | 탈휘발 시스템: 160~180°C의 폐열을 회수하여 사료를 예열합니다. |
| 精馏塔① 轻组分：蒸汽梯级利用，分级精准分离 | 증류 컬럼 1 - 가벼운 성분: 캐스케이드 증기 활용 및 정밀한 단계적 분리. |
| 精馏塔② 主溶剂：高效填料内件，低回流比运行 | 증류 컬럼 2 - 주 용매: 효율적인 패킹/컬럼 내부 및 낮은 환류율 작동. |
| 精馏塔③ 重组分：冷凝冷量优化，液高效分离 | 증류 컬럼 3 - 무거운 성분: 최적화된 응축 의무와 효율적인 액체-액체 분리. |
| 약품 환경 재사용: 농도 표시, 회수 단계 | 용매 재활용 및 재사용: 용매가 순도 사양에 도달하면 중합 섹션으로 반환됩니다. |
이는 주로 다음 단계를 통해 이루어집니다:
01 탈변성 폐열의 활용:
고온의 탈휘발 증기상(160-180°C)의 열은 열교환 네트워크를 통해 사료를 예열하는 동시에 탈휘발 응축 및 용매 회수를 위한 증기 소비를 줄이는 데 사용됩니다.
02 정밀한 단계적 분리:
탈리화 및 분리의 통합 설계를 통해 각 단계에서 용매와 모노머를 정밀하게 단계적으로 회수할 수 있으며 캐스케이드 증기 활용으로 열역학적 효율을 극대화할 수 있습니다.
03 고효율 포장 및 컬럼 내부:
세 개의 컬럼은 저압 낙하식 고효율 구조 패킹을 사용합니다. 이를 통해 분리 효율이 향상되고 컬럼 높이가 낮아지며 환류 비율과 증류 에너지 소비가 효과적으로 감소합니다.
04 히트 펌프 통합(개발 중):
도겐은 3열 공정에 더해 추가적인 에너지 절감을 달성할 수 있는 잠재력을 지닌 히트 펌프와 다중 효과 증류의 통합 최적화를 진행하고 있습니다.
III. 전체 프로세스 통합 솔루션
고급 폴리올레핀의 기술적 장벽은 단일 공정의 최적화만으로는 극복할 수 없으며, 전 공정 엔지니어링 역량을 체계적으로 축적해야 극복할 수 있습니다.
이것이 바로 DODGEN의 엔지니어링 이점이 있는 부분입니다. 위의 세 가지 모듈을 원활하게 연결하여 전체 프로세스 강화를 실현할 수 있습니다:
원본 그림: DSR + DSXL + 솔벤트 복구 통합
그림 텍스트의 영어 번역
| 中文原文 | 영어 번역 |
| 东京DSR + DSXL + 溶剂回收 -- 三大模块无缝衔接, 全流程程化 | DODGEN DSR + DSXL + 용매 회수 - 전체 공정 강화를 위한 세 가지 핵심 모듈의 완벽한 통합 |
| 原料 (单体+溶剂+催化剂) | 공급 원료(모노머 + 용매 + 촉매) |
| DSR 聚合反应（多段环管） | DSR 중합 반응(다단계 루프/관형 반응기) |
| DSXL 落条脱挥（2-3级) | DSXL 낙하-가닥 탈변성(2-3단계) |
| 약품 회수 및 세분화 설계(여열 사용) | 정교한 결합형 탈휘발 설계를 통한 용매 회수(폐열 활용) |
| 高端聚烯烃产品（残单<500ppm） | 고급 폴리올레핀 제품(잔류 모노머 <500ppm) |
DSR 다단 루프/관형 반응기는 정밀 중합을 완료하고, DSXL 다단 낙하 스트랜드 시스템은 용매 제거를 완료합니다. 휘발 과정에서 발생하는 고온의 증기상 폐열은 3열 용매 회수 시스템의 에너지 네트워크로 직접 유입되어 재활용되므로 전체 공정에서 열의 캐스케이드 활용이 가능합니다.
제품 품질: 좁은 분자량 분포, 고순도, 우수한 균일성.
에너지 혜택: 솔벤트 회수를 위한 에너지 소비가 약 30% 감소했습니다.
투자 비용: 트윈 스크류 디볼류라이제이션에 비해 디볼류라이제이션 투자 비용이 40% 감소했습니다.
적용 가능한 제품: POE 및 COC와 같은 용액 공정 폴리올레핀.
IV. 기술 응용
도겐 는 여러 고급 폴리올레핀 등급에서 산업적 검증을 완료했으며, 확장 가능한 복제 및 프로모션 기능을 갖추고 있습니다. 선택된 적용 방향은 다음과 같습니다:
영어 번역
| 제품 / 애플리케이션 | 기술 솔루션 |
| POE | DSXL 고효율 탈휘발 + 용매 회수 |
| HPOE | DSR 연속 중합 + DSXL 고효율 디볼라틸화 |
| COC | 솔루션 공정 정밀 중합 + DSXL 고효율 디볼라틸화 |
