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공학 문제해결/화학공정

【화학공학】에틸렌 글리콜 Ethylene Glycol (EG)

Ethylene Glycol(EG)

1.에틸렌 글리콜의 특성



Ethylene Glycol (EG)
가장 간단한 2가 알코올
자체적인 독성은 없으나 섭취하면 옥살산(맹독성)을 생성하는 특징을 가진 물질입니다.


화학식 (chemical formula)
C2H6O2
분자량 (molar mass)
62.07g/mol
형상 (Appearance)
무색 액체 (상온)
밀도 (Density)
1.1155 g/cm3
녹는점 (Melting point)
−13 °C (8.6 °F; 260.15 K)
끓는점 (Boiling point)
197 °C (386.6 °F; 470.15 K)
물에 대한 용해도
(solubility in water)
잘 섞임

미국화재예방협회(NFPA 704)가 정한 EG의 심볼은 다음과 같습니다.

각 심볼의 숫자를 해석하면
파란색 (2) : 지속적/일반적 접촉으로 일시적 장애 혹은 부상을 유발할 수 있음
빨간색 (1) : 충분히 가열됐을 경우 발화
노란색 (0) : 화기에 노출되어도 안정적. 물과 반응하지 않음


        
2.에틸렌글리콜의 제조, 공정

에틸렌글리콜의 대표적인 제법은 Shell사의 Omega Process입니다.



공정을 크게 3단계로 나누면,
  1. 에테인을 PFR반응기에서 열분해(탈수소화)를 통해 에틸렌을 제조한다.
  2. 은촉매 하에 에틸렌을 PFR반응기에서 공기의 산소와 반응시켜 에틸렌옥시드(EO)를 제조한다.
  3. 황산 촉매하에 에틸렌 옥사이드와 물을 반응시켜 에틸렌글리콜(EG)를 제조한다.


위에서 나눈 사항들을 반응공학적 측면에서 다시 보면,

1번. 탈수소화에 상당히 고온(830~850'C)이 필요하다. 연료 소비가 심하므로 대체할 수 있는 공정으로는 바나듐 촉매를 이용한 산화 탈수소화 공정도 가능하다.

2번. 은촉매를 통해 필요한 생성물인 에틸렌 옥사이드의 선택도를 높인다. 완전산화시 불필요한 이산화탄소와 물이 생성된다. 

3번. MEG(mono ethyleneglycol) 을 제조하고, 부반응으로 DEG, TEG, PEG 등이 생성된다. 물의 양이 증가할수록 MEG의 선택도가 높아진다.

다른 공정, 제법의 경우에는 Dupont사와 Union Carbide사의 공정과 탄산 에틸렌 가수분해 공법이 있습니다.



       
3.에틸렌 글리콜의 용도

  • 합성수지, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 원료
  • 폴리에스터성 수지의 하나인 알키드의 원료
  • 테트론(폴리에스터 섬유)의 원료 (전체 생산량의 약 50%가 사용됨)
  • 다이너마이트의 원료(이질산 에틸렌 글리콜)
  • 자동차 냉각수, 부동액의 원료



위의 그래프는 물과 에틸렌글리콜의 분율에 따른 어는점을 나타낸 것입니다.

혼합물의 어는점 내림을 볼 수 있고, 두 액체의 비열이 다르기 때문에 사용환경에 맞는 농도의 부동액을 사용해야 합니다.



참고로 2013년 기준 에틸렌의 60%가 폴리에틸렌(Polyethylene, PE)으로, 10%가 에틸렌 글리콜의 제조에 사용되었습니다.