화학공업
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1. 개요
화학공업은 다양한 산업에 재료와 소재를 공급하는 산업으로, 산업혁명 시기에 황산 생산을 시작으로 발전했다. 소다회, 표백 분말, 비료, 합성 염료 등의 생산을 거쳐 석유화학 공업이 주류를 이루며, 현재는 플라스틱, 합성 섬유, 합성 고무 등 다양한 화학 제품을 생산한다. 주요 화학공업 부문으로는 소다 및 황산 공업, 화학 비료 공업, 석유화학 공업, 펄프 및 제지 공업 등이 있으며, 무기 화학 물질, 고분자, 석유화학 제품, 정밀 화학 제품 등 다양한 제품을 생산한다. 화학공업은 기술 집약적이고 자본 집약적인 특징을 가지며, 세계적으로 미국, 독일, 중국 등이 주요 생산국이다.
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| 화학공업 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 개요 | |
| 산업 분야 | 제조업 |
| 주요 생산품 | 화학 물질 |
| 역사 | |
| 초기 발전 | 연금술에서 기원 제1차 산업혁명 중 발전 |
| 19세기 | 화학 이론 발전 독일의 합성염료 산업 발전 |
| 20세기 | 석유 화학 산업 발전 플라스틱, 합성 섬유 등 새로운 소재 개발 |
| 21세기 | 지속가능한 화학 강조 친환경 화학 기술 개발 |
| 주요 분야 | |
| 기초 화학 제품 | 무기화학 제품 유기화학 제품 |
| 정밀 화학 제품 | 의약품 농약 화장품 염료 도료 |
| 석유 화학 제품 | 플라스틱 합성 고무 합성 섬유 합성 세제 |
| 주요 기업 | |
| 기업 유형 | 다국적 기업 중소기업 |
| 주요 기업 | 바스프 다우 케미컬 듀폰 미쓰비시 화학 LG화학 롯데케미칼 |
| 생산 과정 | |
| 원료 | 광물 석유 천연 가스 생물 자원 |
| 과정 | 화학 반응 정제 혼합 분리 |
| 경제적 중요성 | |
| 경제 기여 | 국내 총생산에 큰 기여 고용 창출 효과 기술 혁신 주도 |
| 환경 영향 | |
| 환경 문제 | 오염 문제 온실 가스 배출 |
| 해결 노력 | 친환경 기술 개발 재활용 노력 환경 규제 준수 |
| 기타 | |
| 관련 분야 | 화학 공학 재료 공학 생명 공학 환경 공학 |
| 용어 | |
| 영어 | Chemical industry |
| 일본어 | 化学工業 |
| 중국어 | 化学工业 (Huàxué gōngyè) |
| 독일어 | Chemische Industrie |
| 프랑스어 | Industrie chimique |
2. 역사
화학 물질은 인류 역사와 함께 만들어지고 사용되어 왔으나, 오늘날과 같이 다양한 용도로 대량의 화학 물질을 생산하는 중화학 공업은 산업혁명과 함께 시작되었다.
초기 화학공업은 섬유공업의 발전에 필요한 물질 생산과 밀접한 관련을 맺으며 발전했다. 18세기 영국에서는 황산의 대량 생산 공정이 개발되었고[1][2], 옷감 표백 시간을 단축시킨 표백 분말의 발명은 최초의 거대 화학 기업 탄생을 이끌었다.[3] 또한, 유리, 비누 등의 생산에 필수적인 소다회를 해염에서 대량 생산하는 르블랑 공정이 프랑스에서 개발되어[4] 영국을 중심으로 크게 확산되었다.[5] 하지만 르블랑 공정은 환경 오염 문제를 야기했고, 이후 벨기에의 어니스트 솔베이가 개발한 솔베이 공정은 경제성과 친환경성을 바탕으로 기존 공정을 대체하며 널리 사용되었다.
19세기 초에는 석탄 가스 제조 과정에서 나오는 부산물을 활용한 화학 제품 생산이 시작되었고[6], 후반에는 독일과 미국을 중심으로 화학 산업이 비약적으로 발전했다. 독일은 합성 염료 산업을 주도하며 세계 시장을 장악했고[7], 미국에서는 전기화학을 이용한 새로운 공정이 개발되었다.[8] 스코틀랜드와 캐나다에서는 석유 정제 기술이 발전하며 석유화학 산업의 기초가 마련되었다. 석유는 기존 원료보다 저렴하고 대량 공급이 가능하여 합성수지, 합성섬유, 합성고무 등 새로운 합성고분자 물질 시대를 열었다. 최초의 플라스틱인 파크시닌(Parkesine)도 이 시기에 발명되었다.[9]
20세기 초에는 각국의 화학 회사들이 IG 파르벤(독일), 로느 풀랭(프랑스), 임페리얼 케미컬 인더스트리스(영국), 듀폰(미국) 등 거대 기업으로 통합되는 경향을 보이며 현대 화학공업의 기틀을 마련했다.
2. 1. 산업혁명과 화학공업
화학 물질은 역사 전반에 걸쳐 만들어지고 사용되었지만, 다양한 용도로 대량의 화학 물질을 생산하는 중화학 공업의 탄생은 산업혁명의 시작과 일치한다.산업 공정을 통해 대량 생산된 최초의 화학 물질 중 하나는 황산이었다. 1736년 약사 조슈아 워드(Joshua Ward)는 황과 초석을 가열하여 황을 산화시키고 물과 결합시키는 황산 생산 공정을 개발했다. 이는 최초의 실용적인 대규모 황산 생산이었다. 존 로벅(John Roebuck)과 새뮤얼 가버트(Samuel Garbett)는 1749년 스코틀랜드 프레스턴팬스에 최초의 대규모 공장을 설립하여 황산 제조에 납 축합실을 사용했다.[1][2]
18세기 초, 옷감을 표백하기 위해서는 묵은 오줌이나 쉰 우유로 처리하고 오랫동안 햇빛에 노출시켜야 했는데, 이는 생산 과정에서 심각한 병목 현상을 일으켰다. 18세기 중반부터는 황산과 석회가 더 효율적인 표백제로 사용되기 시작했지만, 찰스 테넌트(Charles Tennant)가 표백 분말을 발견하면서 최초의 거대 화학 산업 기업이 탄생하게 되었다. 그의 표백 분말은 염소와 건조한 소석회를 반응시켜 만든 것으로, 저렴하면서도 성공적인 제품이었다. 그는 글래스고 북쪽에 세인트 롤록 화학 공장(St Rollox Chemical Works)을 설립했고, 생산량은 1799년 52톤에서 불과 5년 만에 거의 1만 톤으로 급증했다.[3]
소다회는 고대부터 유리, 섬유, 비누, 종이 생산에 사용되었다. 서유럽에서는 전통적으로 나무 재를 알칼리의 원천으로 삼았으나, 18세기 들어 벌채로 인해 이 방식은 경제성을 잃게 되었다. 이에 프랑스 과학 아카데미는 해염(염화나트륨)에서 알칼리를 생산하는 방법에 2400 리브르의 상금을 걸었다. 1791년 니콜라 르블랑(Nicolas Leblanc)은 르블랑 공정을 개발하여 특허를 받았고, 프랑스 생드니에 르블랑 공장을 건설했다.[4] 그러나 그는 프랑스 혁명의 혼란 속에서 상금을 받지 못했다.[5]
영국에서는 르블랑 공정이 널리 퍼졌다.[5] 윌리엄 로시(William Losh)는 1816년 타인 강 유역의 로시, 윌슨 앤 벨(Losh, Wilson and Bell) 공장에 영국 최초의 소다 공장을 건설했지만, 1824년까지 소금 생산에 부과된 높은 관세 때문에 소규모로 운영되었다. 관세가 폐지되자 영국 소다 산업은 급속도로 성장했다. 리버풀의 제임스 머스프랫(James Muspratt) 화학 공장과 글래스고 근처의 찰스 테넌트 단지는 세계 최대 규모의 화학 생산 센터가 되었다. 1870년대 영국의 연간 소다 생산량은 20만 톤에 달해, 당시 세계 다른 모든 국가의 생산량을 합친 것보다 많았다.
산업혁명이 진행되면서 이러한 대규모 공장들은 더 다양한 화학 물질을 생산하기 시작했다. 그러나 르블랑 공정은 다량의 알칼리성 폐기물을 발생시켜 심각한 환경 오염 문제를 일으켰고, 이는 1863년 세계 최초의 환경 관련 법률 중 하나인 1863년 알칼리법(Alkali Act 1863) 제정으로 이어졌다. 이 법은 공장에 대한 감시를 강화하고 오염 배출 기준을 초과하는 업체에 무거운 벌금을 부과하도록 규정했다. 이러한 규제는 알칼리 폐기물에서 유용한 부산물을 만드는 기술 개발을 촉진하는 계기가 되기도 했다.
한편, 1861년 벨기에의 산업 화학자 어니스트 솔베이(Ernest Solvay)는 솔베이 공정을 개발했다. 1864년 솔베이와 그의 형제 알프레드는 벨기에 샤를루아에 공장을 건설했고, 1874년에는 프랑스 낭시에 더 큰 공장을 세웠다. 솔베이 공정은 르블랑 공정보다 경제적이고 환경 오염이 적어 빠르게 확산되었다. 같은 해 루드비히 몬드(Ludwig Mond)는 솔베이 공정 사용권을 얻어 존 토믈린슨 브루너(John Tomlinson Brunner)와 함께 브루너, 몬드 & Co.를 설립하고 영국 위닝턴(Winnington)에 솔베이 공장을 건설했다. 몬드는 1873년부터 1880년 사이에 공정 효율을 높이고 부산물 문제를 해결하는 여러 개선을 이루어 솔베이 공정의 상업적 성공에 크게 기여했다.
화석 연료를 이용한 화학 제품 생산은 19세기 초에 본격적으로 시작되었다. 가스등 제조에 사용되던 석탄 가스의 부산물인 콜타르와 암모니아성 폐액은 1822년 에든버러의 보닝턴 화학 공장(Bonnington Chemical Works)에서 처리되어 나프타, 피치 오일(훗날 크레오소트로 불림), 피치, 램프블랙(카본 블랙), 염화암모늄 등을 생산하는 데 사용되었다.[6] 이후 황산암모늄 비료, 아스팔트 도로 포장 재료, 코크 오일, 코크 등이 제품 목록에 추가되었다.
2. 2. 르블랑 공정과 솔베이 공정
소다회는 고대부터 유리, 섬유, 비누, 종이 생산에 사용되어 왔다. 전통적으로 서유럽에서는 나무를 태운 재를 알칼리의 원천으로 삼았으나, 18세기에 이르러 과도한 벌채로 인해 나무 재를 사용하는 것이 경제적으로 비효율적이게 되었다. 이에 프랑스 과학 아카데미는 해염(염화나트륨)으로부터 알칼리를 생산하는 방법에 2400 리브르의 상금을 내걸었다.[4]니콜라 르블랑(Nicolas Leblanc)은 1791년 르블랑 공정을 발명하여 특허를 받았고, 생드니(Saint-Denis), 생드니에 르블랑 공장을 건설했다.[4] 하지만 그는 프랑스 혁명의 혼란 속에서 상금을 받지 못했다.[5]
르블랑 공정은 영국에서 큰 인기를 얻었다.[5] 윌리엄 로시(William Losh)는 1816년 타인 강 유역에 위치한 로시, 윌슨 앤 벨(Losh, Wilson and Bell) 공장에 영국 최초의 소다 공장을 세웠다. 초기에는 소금 생산에 부과된 높은 관세 때문에 공장 규모가 작았으나, 1824년 관세가 폐지되면서 영국의 소다 산업은 급격히 성장했다. 리버풀의 제임스 머스프랫(James Muspratt) 화학 공장과 글래스고 인근 찰스 테넌트(Charles Tennant)의 공장은 세계 최대 규모의 화학 생산 중심지로 부상했다. 1870년대에 이르러 영국의 연간 소다 생산량은 20만ton에 달했으며, 이는 당시 전 세계 다른 모든 국가의 생산량을 합친 것보다 많은 양이었다.
산업혁명이 진행되면서 이러한 대규모 공장들은 더욱 다양한 화학 물질을 생산하기 시작했다. 그러나 르블랑 공정은 다량의 알칼리성 폐기물을 배출하는 환경 문제를 야기했고, 이는 1863년 영국에서 최초의 환경 관련 법률 중 하나인 1863년 알칼리법(Alkali Act 1863) 제정으로 이어졌다. 이 법은 공장에 대한 면밀한 조사를 의무화하고 오염 기준치를 초과하는 업체에 무거운 벌금을 부과하도록 규정했다. 이후 알칼리 폐기물로부터 유용한 부산물을 만드는 방법들이 고안되었다.
1861년, 벨기에의 산업 화학자 어니스트 솔베이(Ernest Solvay)는 솔베이 공정을 개발했다. 1864년, 솔베이는 그의 형제 알프레드와 함께 벨기에 샤를루아(Charleroi)에 공장을 설립했으며, 1874년에는 프랑스 낭시(Nancy)에 더 큰 규모의 공장을 건설하며 사업을 확장했다. 솔베이 공정은 르블랑 공정보다 경제적이고 환경 오염이 적었기 때문에 빠르게 확산되었다. 같은 해, 루드비히 몬드(Ludwig Mond)는 솔베이를 방문하여 공정 사용권을 획득했고, 존 토믈린슨 브루너(John Tomlinson Brunner)와 함께 브루너, 몬드 & Co.를 설립하여 영국 위닝턴(Winnington)에 솔베이 공장을 건설했다. 몬드는 1873년부터 1880년 사이에 공정 과정에서 탄산나트륨 생산을 방해할 수 있는 부산물을 제거하는 등 여러 기술적 개선을 이루어 솔베이 공정의 상업적 성공에 크게 기여했다.
2. 3. 합성 염료와 석유화학의 발전
화석 연료에서 화학 제품을 제조하는 것은 19세기 초에 대규모로 시작되었다. 가스등을 위한 석탄 가스 제조 과정에서 나오는 부산물인 콜타르와 암모니아성 폐액은 초기 화학공업의 중요한 원료가 되었다. 1822년 에든버러의 보닝턴 화학 공장(Bonnington Chemical Works)에서는 이러한 부산물을 처리하여 나프타, 피치 오일(나중에 크레오소트라고 불림), 피치, 램프블랙(카본 블랙) 및 염화암모늄을 생산하기 시작했다.[6] 이후 황산암모늄 비료, 아스팔트 도로 포장재, 코크 오일 및 코크 등이 제품 라인에 추가되었다.19세기 후반에는 생산량과 제조되는 화학 물질의 종류가 폭발적으로 증가했으며, 특히 독일과 미국에서 대규모 화학 산업이 발전했다.
최초의 합성 염료는 1856년 영국의 화학자 윌리엄 헨리 퍼킨이 런던에서 우연히 발견했다. 그는 말라리아 치료제인 퀴닌 합성을 시도하던 중, 아닐린을 산화시켜 자주색 염료(모브)를 얻었다. 이는 상업적으로 성공한 최초의 합성 염료였으며, 이후 퍼킨은 최초의 합성 향수를 개발하기도 했다. 그러나 합성 염료 산업은 곧 독일이 주도하게 되었다. BASF, 바이엘, 호이스트와 같은 독일의 주요 화학 회사들은 수백 가지의 다양한 염료를 개발하고 생산했다. 1913년경 독일은 전 세계 염료 공급량의 약 90%를 생산했으며, 그중 약 80%를 해외에 판매할 정도로 압도적인 위치를 차지했다.[7]
석유화학 산업은 스코틀랜드의 화학자 제임스 영과 캐나다의 아브라함 파이니오 게스너가 각각 석탄과 역청에서 등유를 추출하는 기술을 개발하고 정유 공장을 세우면서 시작되었다고 볼 수 있다. 석유(또는 천연가스)는 기존의 석탄, 카바이드, 당밀, 동식물성 유지 등에 비해 대량 공급이 용이하고 고순도의 탄화수소를 저렴하게 얻을 수 있다는 장점이 있어 화학공업의 주요 원료로 빠르게 자리 잡았다. 석유화학의 발전은 합성고분자과학의 발전을 촉진하여 이전에는 천연적으로만 얻을 수 있었던 고분자 물질들을 인공적으로 합성하는 길을 열었다. 합성수지, 합성섬유, 합성고무, 합성세제 등은 모두 석유를 원료로 한 합성 화학의 산물이다.
최초의 플라스틱은 영국의 야금학자인 알렉산더 파크스가 발명했다. 그는 1856년에 니트로셀룰로오스를 기반으로 한 셀룰로이드의 일종인 파크시닌(Parkesine)을 특허 등록했다.[9] 파크시닌은 1862년 런던 국제 박람회에 전시되어 현대 플라스틱의 가능성을 보여주었다.
미국에서는 허버트 헨리 다우가 염수에서 브로민 등을 추출하는 전기화학적 공정을 개발하여 상업적 성공을 거두면서 미국 화학 산업 발전에 기여했다.[8] 또한, 식물성 기름을 이용한 비누의 산업적 생산은 1885년 윌리엄 레버와 그의 형제 제임스가 랭커셔에서 시작했는데, 이는 글리세린과 식물성 기름을 사용하는 현대적인 화학 공정을 기반으로 했다.[10]
1920년대에 이르러 화학 회사들은 독일의 IG 파르벤, 프랑스의 로느 풀랭, 영국의 임페리얼 케미컬 인더스트리스와 같이 국가를 대표하는 거대 기업으로 통합되는 경향을 보였다. 미국에서는 듀폰이 20세기 초 주요 화학 회사로 성장했다.
3. 주요 화학공업 부문
화학공업은 생산하는 제품과 공정이 매우 다양하여 그 범위를 명확히 나누기 어렵지만, 일반적으로 다음과 같은 기준으로 주요 부문을 나눌 수 있다. 가장 기본적인 분류는 다루는 물질의 종류에 따라 무기화학 공업과 유기화학 공업으로 나누는 것이다. 현대 화학공업에서는 석유나 천연가스를 원료로 하는 석유화학공업이 매우 중요한 위치를 차지하고 있다.
화학 산업의 사업 영역은 생산되는 제품의 특성과 부가가치에 따라 크게 네 가지 범주로 분류하기도 한다.[13]
- 기초 화학 물질: 전체 매출의 약 35~37%를 차지하며, 고분자, 대량 석유화학 제품 및 중간체, 기타 유도체 및 기본 산업용 화학 물질, 무기 화학 물질, 비료 등을 포함한다. 대량 생산되며 가격 경쟁이 치열한 편이다.
- 생명 과학: 전체 매출의 약 30%를 차지하며, 의약품, 진단 시약, 동물용 의약품, 비타민, 농약 등 주로 인간과 동식물의 생명 및 건강과 관련된 고부가가치 제품을 다룬다. 연구개발 투자가 활발하고 엄격한 규제를 받는다.
- 정밀 화학 물질: 전체 매출의 약 20~25%를 차지하며, 전자 재료, 산업용 가스, 접착제 및 실란트, 코팅제, 산업 및 기관용 세척제, 촉매 등 특정 용도에 사용되는 고기능성, 고부가가치 화학 물질을 생산한다. 기술 집약적이며 다품종 소량 생산 방식이 많다. 정밀화학제품은 함유된 화학 물질 자체보다는 제품이 제공하는 기능을 중심으로 판매되는 특징이 있다.
- 소비재: 전체 매출의 약 10%를 차지하며, 비누, 세제, 화장품과 같이 최종 소비자가 직접 사용하는 화학 제품을 포함한다.
화학 엔지니어링 관점에서 화학 산업은 다양한 화학 공정을 통해 여러 종류의 물질을 생산하는 활동으로 정의할 수 있다. 이 관점에서 화학 산업이 생산하는 주요 제품 유형과 그 예시는 다음과 같다.
| 제품 유형 | 예시 |
|---|---|
| 무기 산업 | 암모니아, 염소, 수산화나트륨, 황산, 질산 |
| 유기화학 산업 | 아크릴로니트릴, 페놀, 에틸렌 옥사이드, 요소 |
| 세라믹 제품 | 실리카 벽돌, 프릿(frit) |
| 석유화학 제품 | 에틸렌, 프로필렌, 벤젠, 스티렌 |
| 농약 | 비료, 살충제, 제초제 |
| 고분자 | 폴리에틸렌, 베이클라이트, 폴리에스터 |
| 엘라스토머 | 폴리이소프렌, 네오프렌, 폴리우레탄 |
| 유지화학 제품 | 라드, 대두유, 스테아르산 |
| 폭발물 | 니트로글리세린, 질산암모늄, 니트로셀룰로오스 |
| 향료 및 향미료 | 벤질 벤조에이트, 쿠마린, 바닐린 |
| 산업용 가스 | 질소, 산소, 아세틸렌, 아산화질소 |
화학공업에서 생산된 제품의 대부분은 다른 산업의 원료나 중간재로 사용되지만, 용매, 살충제, 가성소다, 세탁소다, 포틀랜드 시멘트 등 일부 제품은 소비자가 직접 사용하기도 한다. 관련 산업으로는 석유, 유리, 페인트, 잉크, 실란트, 접착제, 제약 및 식품 가공 등이 있다.
3. 1. 유기화학공업
유기화학은 탄소 화합물을 기반으로 하는 물질들을 연구하고 생산하는 화학 공업의 한 분야이다. 역사적으로 유기화학 공업은 19세기 중반 이후 합성 염료의 개발과 함께 본격적으로 발전하기 시작했다. 윌리엄 헨리 퍼킨의 아닐린 염료 발견, 독일 회사들(BASF, 바이엘, 호이스트)의 염료 산업 주도, 알렉산더 파크스의 초기 플라스틱(파크신) 발명[9], 윌리엄 레버의 비누 산업화[10] 등은 유기화학공업 발전의 중요한 계기가 되었다.현대의 유기화학공업은 사용하는 주원료와 생산하는 제품의 특성에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다. 각 분야는 서로 밀접하게 연관되어 있으며, 특히 석유화학공업은 다른 여러 유기화학공업 분야의 기초 원료를 공급하는 핵심적인 역할을 담당한다.
- '''석유화학공업''': 석유나 천연가스를 원료로 하여 플라스틱, 합성섬유, 합성고무 등 다양한 유기화학 제품을 생산하는 분야이다. 현대 유기화학공업의 가장 중요한 부분을 차지한다.
- '''천연가스화학공업''': 천연가스의 주성분인 메탄을 주원료로 하여 메탄올 및 그 유도품을 생산하는 분야이다. C1화학공업이라고도 불린다.
- '''석탄화학공업''': 석탄 건류 시 부산물로 얻어지는 콜타르나 코크스 오븐 가스를 원료로 하여 방향족 화합물 등을 생산하는 분야이다. 과거 유기화학공업의 중요 부분을 차지했으나, 석유화학의 발달로 비중이 줄었다.
- '''고분자화학공업''': 석유화학공업 등에서 얻어진 저분자 물질(단량체)을 중합 반응시켜 고분자(폴리머)를 제조하는 분야이다. 플라스틱, 합성섬유, 합성고무 등이 주요 제품이다.
- '''유지공업''': 동식물성 유지를 원료로 하여 비누, 지방산, 글리세린 및 관련 유도품을 생산하는 분야이다.
- '''정밀유기화학공업''': 의약품, 농약, 염료, 안료, 향료, 전자 재료 등 특정 용도에 사용되는 고부가가치 유기화합물(정밀화학제품)을 소량 다품종 방식으로 생산하는 분야이다.
3. 1. 1. 석유화학공업
오늘날 화학공업의 주류는 석탄을 비롯한 전통적인 원료 기반이 급속히 석유에 의해 대체되면서 등장한 석유화학공업이다. 유기화학 공업은 과거 석탄화학(타르)공업, 카바이드공업, 발효공업, 유지공업 등으로 다원화되어 발전했으나, 이들 원료인 석탄, 카바이드, 당밀, 동식물성 유지 등은 대량 공급이 어렵고 고순도의 탄화수소를 저렴하게 공급하기 곤란해졌다. 그러나 석유나 천연가스가 화학공업의 원료로 이용되면서 기존 원료보다 월등히 유리한 점들이 발견되었다.[7][8]석유화학공업은 석유나 천연가스를 원료로 하여 플라스틱, 합성섬유, 합성고무 등 다양한 화학 제품을 생산하는 공업 분야이다. 주로 나프타를 비롯한 석유 성분을 분해(cracking)하여 얻는 저분자량 알켄(에틸렌, 프로필렌)과 방향족 화합물(벤젠, 톨루엔)을 직접 원료로 사용한다. 현대 화학공업에서는 여러 유도품 플랜트와 함께 콤비나트(combinat)를 형성하는 에틸렌 플랜트가 핵심적인 역할을 한다. 정유소는 흔히 거대한 콤비나트를 형성한다.
석유화학 산업의 기원은 스코틀랜드 화학자 제임스 영과 캐나다인 아브라함 파이니오 게스너(Abraham Pineo Gesner)의 정유 공장으로 거슬러 올라갈 수 있다.[9] 석유화학공업의 등장은 화학공업의 체질을 크게 변화시켰다. 탄화수소 공급 부족으로 과거에는 공업화가 불가능했던 제품들이 석유화학 방식을 통해 대량 생산되기 시작했다. 특히 제2차 세계 대전 이후 급속히 발전한 합성고분자과학은 석유를 화학적으로 합성하여 합성수지, 합성섬유, 합성고무, 합성세제 등 과거에는 천연적으로만 존재했던 고분자 물질들을 제조할 수 있게 만들었다.
석유화학공업은 다음과 같은 주요 특징을 가진다.
- 높은 산업 연관 효과: 생산물의 80% 이상이 원료 및 중간 제품으로, 다른 산업의 발전에 큰 영향을 미치며 함께 성장한다.
- 장치산업: 거대한 생산 설비가 필요하여 막대한 자본이 투입되는 자본집약적 산업이다.
- 기술혁신 주도: 기술 진보 속도가 다른 산업에 비해 매우 빨라 기술혁신이 중요한 역할을 하며, 두뇌집약적 산업으로 볼 수 있다.
석유화학 제품은 크게 기초 화학 물질, 생명 과학 제품, 특수 화학 물질, 소비재 등으로 나눌 수 있으며, 이 중 기초 화학 물질이 생산량의 약 35~37%를 차지한다.[13]
'''기초 화학 물질'''은 다시 다음과 같이 분류된다.
- '''고분자''': 매출 규모가 가장 큰 부문으로, 모든 종류의 플라스틱과 인조 섬유를 포함한다.
- 주요 플라스틱: 폴리에틸렌(PE, 포장 필름, 용기, 파이프 등), 폴리염화비닐(PVC, 배관, 사이딩 등), 폴리프로필렌(PP, 포장, 가전제품, 의류, 카펫 등), 폴리스티렌(PS, 가전제품, 포장재, 장난감 등).
- 주요 인조 섬유: 폴리에스터, 나일론, 폴리프로필렌, 아크릴 섬유. 의류, 가구 등에 사용된다.
- 고분자의 주요 원료는 에틸렌, 프로필렌, 벤젠과 같은 대량 석유화학 제품이다.
- '''석유화학 제품 및 중간체''': 주로 액화석유가스(LPG), 천연가스, 원유 분획으로 만들어진다.
- 주요 제품: 에틸렌, 프로필렌, 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 메탄올, 염화비닐 모노머(VCM), 스티렌, 부타디엔, 에틸렌 옥사이드.
- 이들은 고분자 및 다른 유기 화학 물질(특히 특수 화학 물질) 제조의 핵심 원료이다.
- '''기타 유도체 및 기본 산업용 화학 물질''': 기초 화학 물질 해외 판매액의 약 20%를 차지한다.
- 제품 예시: 합성 고무, 계면활성제, 염료 및 안료, 테레빈유, 수지, 카본 블랙, 폭발물, 고무 제품.
- '''무기 화학 물질''': 매출액의 약 12%를 차지하며, 가장 오래된 화학 범주 중 하나이다.
- 제품 예시: 소금, 염소, 가성소다, 소다회, 산(질산, 인산, 황산), 이산화티타늄, 과산화수소.
- '''비료''': 가장 작은 범주(약 6%)로, 인산염, 암모니아, 칼륨 화학 물질을 포함한다.
폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리카보네이트와 같은 고분자 및 플라스틱이 전 세계 화학 산업 생산량의 약 80%를 차지한다.[11] 석유화학 제품은 다양한 소비재뿐만 아니라 농업, 제조업, 건설업, 서비스업 등 여러 부문에서 광범위하게 사용된다.[11] 주요 산업 고객으로는 고무 및 플라스틱 제품, 섬유, 의류, 석유 정제, 펄프 및 제지, 제일차 금속 등이 있다. 화학 산업은 거의 5조달러 규모의 글로벌 기업이며, EU와 미국의 화학 기업이 세계 최대 생산국이다.[12]
미국화학협의회 집계에 따르면, 2000년 미국 내 상위 100대 화학 물질 총 생산량은 5.02억ton으로, 1990년 3.97억ton에서 증가했다. 상위 생산 품목에는 황산( 4400만ton ), 질소( 3400만ton ), 에틸렌( 2800만ton ), 산소( 2700만ton ), 석회( 2200만ton ), 암모니아( 1700만ton ), 프로필렌( 1600만ton ), 폴리에틸렌( 1500만ton ), 염소( 1300만ton ), 인산( 1300만ton ) 및 인산암모늄( 1200만ton ) 등이 포함된다.
3. 1. 2. 천연가스화학공업
천연가스의 주성분인 메탄을 원료로 하는 화학 공업이다. 1차 제품으로서 메탄올에서 많은 유도품을 생산한다. C1화학공업이라고도 불린다. 최근에는 천연가스가 풍부한 미국이나 중동 등에서 천연가스에 포함된 에탄으로부터 에틸렌을 생산하는 것이 주류가 되고 있다.3. 1. 3. 석탄화학공업
석탄을 처리하여 코크스를 만드는 과정에서 부산물로 나오는 가스나 콜타르를 원료로 사용하는 화학 공업이다. 부산물 가스에는 수소와 일산화탄소 등이 포함되어 있으며, 콜타르에는 방향족 화합물이 주성분으로 들어있다. 남아프리카 공화국에서는 아파르트헤이트 정책으로 인한 국제 사회의 경제 제재 속에서 자국에 풍부한 석탄 자원을 활용하기 위해 석탄화학공업이 발전하기도 했다.3. 1. 4. 고분자화학공업
고분자화학공업은 석유화학공업이나 석탄화학공업에서 얻어진 저분자(모노머)를 중합시켜 고분자(폴리머)를 제조하는 화학 공업이다. 제2차 세계 대전 이후 합성고분자과학이 빠르게 발전하면서, 이전에는 자연에서만 얻을 수 있었던 고분자 물질들을 석유 등을 원료로 하여 화학적으로 합성하는 것이 가능해졌다. 대표적인 제품은 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 비롯한 플라스틱이다.
고분자 부문은 화학 산업 전체에서 매출 규모가 가장 큰 분야로, 모든 종류의 플라스틱과 인조 섬유를 포함한다. 고분자의 주요 원료는 석유화학 제품인 에틸렌, 프로필렌, 벤젠과 같은 대량 석유화학 제품이다.
'''주요 고분자 제품 및 용도'''
| 제품명 | 약자 | 주요 용도 |
|---|---|---|
| 폴리에틸렌 | PE | 주로 포장 필름과 우유병, 용기, 파이프 등 |
| 폴리염화비닐 | PVC | 주로 건설 시장용 배관, 사이딩, 운송 및 포장재 등 |
| 폴리프로필렌 | PP | 포장, 가전제품, 용기, 의류 및 카펫 등 |
| 폴리스티렌 | PS | 주로 가전제품과 포장재, 장난감 및 레크리에이션 용품 등 |
플라스틱의 주요 시장은 포장이며, 그 다음으로 주택 건설, 용기, 가전제품, 파이프, 운송, 장난감 및 게임 등이 있다.
주요 인조 섬유에는 폴리에스터, 나일론, 폴리프로필렌 및 아크릴이 포함되며, 의류, 가구 및 기타 산업 및 소비자 용도로 사용된다.
3. 1. 5. 유지공업
비누를 제조할 때 부산물로 얻어지는 긴 사슬 구조의 지방산이나 글리세린 자체, 또는 이것들을 원료로 하여 여러 제품을 만드는 화학 공업 분야이다.3. 1. 6. 정밀유기화학공업
'''정밀유기화학공업'''은 특정 용도에만 사용되는 유기 화합물(유기 파인 케미칼)을 제조하는 화학 공업 분야이다. 여기서 다루는 유기 파인 케미칼에는 전자 재료, 도료, 염료, 향료, 의약품 등이 포함된다.이는 다양한 최종 제품 시장을 대상으로 하는 정밀화학제품과 밀접한 관련이 있다. 정밀화학제품은 상대적으로 부가가치가 높고 빠르게 성장하는 화학 물질 범주로 분류되며, 일반적으로 GDP 성장률의 1~3배 속도로 성장하고 파운드당 가격은 1USD를 넘는다.[14] 정밀화학제품은 혁신적인 측면을 가지며, 함유된 화학 물질 자체보다는 제품이 제공하는 기능을 중심으로 판매되는 특징이 있다. 주요 제품으로는 전자 화학 물질, 산업용 가스, 접착제 및 실란트, 코팅제, 산업 및 기관용 청소 화학 물질, 촉매 등이 있다. 2012년 기준으로 전 세계 정밀화학 시장(정밀화학제품 제외) 규모는 5460억달러에 달했으며, 페인트, 코팅 및 표면 처리(33%), 고급 폴리머(27%), 접착제 및 실란트(14%), 첨가제(13%), 안료 및 잉크(13%) 등이 주요 비중을 차지했다.[14]
정밀화학제품은 효과 또는 성능 화학 물질로 판매되며, 때로는 혼합물의 형태로 제조된다는 점에서 거의 항상 단일 분자 제품인 "정밀 화학제품"과 구분되기도 한다.
3. 2. 무기화학공업
무기화학공업은 무기화합물을 주로 다루는 화학공업의 한 분야이다. 주요 분야는 다음과 같다.- '''소다공업''': 염화나트륨의 전기분해를 통해 수산화나트륨(가성소다) 및 염소, 또는 이를 원료로 하는 제품을 제조하는 공업이다.
- '''암모니아공업''': 질소를 포함하는 무기화합물을 제조하는 공업으로, 대표적인 제품으로는 암모니아, 질산 및 그 염이 있다.
- '''황산공업''': 황을 포함하는 무기화합물을 제조하는 공업이며, 대표적인 제품으로는 아황산, 황산 및 그 염이 있다.
- '''정밀무기화학공업''': 특정 용도에 사용되는 무기화합물(무기파인케미칼)을 제조하는 공업이다. 전자재료, 도료, 의약품 등이 이에 해당한다.
특히 소다와 황산 공업은 염과 유황을 원료로 하여 소다회, 가성소다, 황산 등 다른 화학공업 분야의 기초 원료를 공급하는 중요한 역할을 담당한다.
3. 2. 1. 소다공업
소다회는 고대부터 유리, 섬유, 비누, 종이 생산에 필수적인 원료로 사용되어 왔다. 전통적으로 서유럽에서는 나무를 태운 재에서 알칼리 성분을 얻었으나, 18세기 들어 삼림 벌채가 심해지면서 나무 재를 구하기 어려워지고 가격도 비싸졌다. 이러한 문제를 해결하기 위해 프랑스 과학 아카데미는 소금(염화나트륨)으로부터 알칼리를 생산하는 방법에 2400 리브르의 상금을 내걸었다.[4]이에 니콜라 르블랑은 1791년 르블랑 공정을 개발하여 특허를 획득하고, 생드니에 공장을 설립했다.[4] 하지만 프랑스 혁명의 혼란 속에서 그는 약속된 상금을 받지 못했다.[5]
르블랑 공정은 영국에서 큰 성공을 거두었다.[5] 윌리엄 로시가 1816년 타인 강변에 영국 최초의 소다 공장을 세웠지만, 당시 소금에 부과되던 높은 관세 때문에 1824년까지는 소규모 생산에 그쳤다. 관세가 폐지되자 영국의 소다 산업은 폭발적으로 성장했다. 리버풀의 제임스 머스프랫 화학 공장과 글래스고 인근 찰스 테넌트의 공장은 세계적인 화학 생산 중심지로 부상했다. 1870년대 영국의 연간 소다 생산량은 20만 톤에 달해, 전 세계 다른 모든 국가의 생산량을 합친 것보다 많았다.
그러나 르블랑 공정은 대량의 알칼리성 폐기물을 발생시켜 심각한 환경 오염 문제를 일으켰다. 이는 1863년 세계 최초의 환경 관련 법규 중 하나인 1863년 알칼리법 제정으로 이어졌다. 이 법은 공장에 대한 엄격한 감독과 오염 배출 기준 초과 시 무거운 벌금 부과를 규정했다. 이후 알칼리 폐기물에서 유용한 부산물을 회수하는 기술 개발이 시도되었다.
한편, 1861년 벨기에의 화학자 어니스트 솔베이는 르블랑 공정보다 경제적이고 환경 오염이 적은 솔베이 공정을 개발했다. 1864년 솔베이 형제는 샤를루아에 공장을 설립했고, 1874년에는 낭시에 더 큰 규모의 공장을 세우며 사업을 확장했다. 솔베이 공정은 빠르게 기존 르블랑 공정을 대체해 나갔다. 같은 해 루드비히 몬드는 솔베이 공정의 영국 내 사용권을 확보하고 존 토믈린슨 브루너와 함께 브루너, 몬드 & Co.를 설립하여 위닝턴에 솔베이 공장을 건설했다. 몬드는 1873년부터 1880년까지 공정 효율을 저해하는 부산물을 제거하는 등 여러 기술 개선을 통해 솔베이 공정의 상업적 성공에 크게 기여했다.
현대적 의미에서 소다공업은 염화나트륨을 전기분해하여 얻는 수산화나트륨(가성소다) 및 염소, 또는 이를 원료로 하는 다양한 화학 제품을 제조하는 분야를 의미한다.
3. 2. 2. 암모니아공업
질소를 포함하는 무기화합물을 제조하는 화학공업이다. 대표적인 제품으로는 암모니아, 질산 및 그 염이 있다.3. 2. 3. 황산공업
황을 포함하는 무기화합물을 제조하는 화학공업이다. 대표적인 제품으로는 아황산, 황산 및 그 염이 있다.3. 2. 4. 정밀무기화학공업
정밀무기화학공업은 특정 용도에만 사용되는 무기화합물을 제조하는 화학공업 분야이다. 이러한 무기화합물은 '무기파인케미칼'이라고도 불리며, 전자재료, 도료, 의약품 등이 대표적인 예이다.3. 3. 기타 주요 화학공업 부문
화학공업에는 다양한 주요 부문이 존재한다.- 소다 및 황산 공업: 소금과 유황을 원료로 사용하여 소다회, 가성소다, 황산 등 다른 화학공업의 기초가 되는 원료를 생산한다.
- 화학 비료 공업: 질소 비료(석회질소, 유안, 요소), 인산 비료(과인산 석회, 토마스 인비), 칼리 비료 등을 생산하는 공업이다. 미국, 러시아, 독일 등이 주요 생산국이다.
- 석유화학 공업: 석유나 천연가스를 원료로 하여 플라스틱, 합성 섬유, 합성 고무 등 다양한 화학 제품을 생산한다. 정유소를 중심으로 대규모 공업 단지(콤비나트)를 형성하는 경우가 많다.
- 펄프 및 제지 공업: 펄프 공업은 원목을 구하기 쉽고 물을 풍부하게 사용할 수 있는 지역에 주로 위치하며, 제지 공업은 생산된 종이의 소비지와 가까운 곳에 입지하는 경향이 있다. 스웨덴, 핀란드 등 북유럽 국가들과 미국이 주요 생산국이다.
- 생명 과학 분야: 전체 화학 산업 매출액의 약 30%를 차지하며, 특수한 화학 물질 및 생물학적 물질, 의약품, 진단 시약, 동물용 의약품, 비타민, 그리고 농약 등을 포함한다. 다른 화학 부문에 비해 규모는 작지만, 제품 가격이 파운드당 10USD 이상으로 높고, GDP 성장률의 1.5배에서 6배에 달하는 빠른 성장세를 보이며, 매출액의 15%에서 25%를 연구 개발에 투자하는 특징이 있다. 생명 과학 제품은 일반적으로 매우 높은 기준에 따라 생산되며, 미국 식품의약국(FDA)과 같은 정부 기관의 엄격한 관리를 받는다. 이 분야의 약 10%를 차지하는 농약은 "작물 보호 화학 물질"이라고도 불리며, 제초제, 살충제, 살균제 등이 있다.[13]
4. 화학공업의 특징 및 경영
화학공업은 기계공업, 전자공업 또는 건축·토목 분야에서 요구하는 재료를 생산하고 공급하는 중요한 역할을 담당한다. 또한, 농업에 비료를 공급하고, 섬유공업에 소재를 제공하며, 식료품과도 관련을 맺는 등 그 용도가 매우 다양하다. 화학공업은 화학반응, 증류, 분해 등의 수단을 이용한 물질 변화를 주요 제조 공정으로 하는 공업이다. 본래 서유럽(특히 독일)에서 섬유공업의 발전과 함께 산·알칼리 공업이 시작되었으며, 이후 합성염료공업, 암모니아공업으로 주류가 변화했다. 현재는 전통적인 원료인 석탄 대신 석유가 주요 원료로 자리 잡으면서 석유화학공업이 화학공업의 중심이 되었다.
화학공업은 크게 무기화학과 유기화학 영역으로 나뉜다. 유기화학공업은 과거 석탄화학(타르)공업, 카바이드공업, 발효공업, 유지공업 등으로 다원화되어 발전해왔다. 그러나 이들 공업의 원료인 석탄, 카바이드, 당밀, 동식물성 유지 등은 대량 공급이 어렵고, 고순도의 탄화수소를 저렴하게 공급하기 곤란해졌다. 반면, 석유(또는 천연가스)가 화학공업 원료로 사용되면서 기존 원료보다 훨씬 유리한 점들이 많아졌다.
석유화학공업의 등장은 화학공업의 체질을 크게 바꾸었다. 과거에는 탄화수소 공급 부족으로 공업화가 어려웠던 제품들이 석유화학 방식을 통해 대량으로 생산되기 시작했다. 특히 제2차 세계 대전 이후 급속히 발전한 합성고분자과학은 이전에는 자연적으로만 존재했던 고분자 물질들을 석유를 이용해 화학적으로 합성하는 것을 가능하게 했다. 합성수지, 합성섬유, 합성고무, 합성세제 등이 대표적인 예이다. 이러한 합성화학은 현재 화학공업의 주도 부문이 되었고, 화학공업의 영역을 예측하기 어려울 정도로 확장시키고 있다.
화학공업은 범위가 매우 넓고 다양하여 일관적으로 분류하고 파악하기 어렵다. 그러나 화학공업, 특히 주류를 이루는 석유화학공업을 중심으로 다음과 같은 공통적인 특징을 요약할 수 있다.
- 높은 산업연관 효과: 석유화학공업 생산물의 80% 이상이 원료 및 중간 제품으로 사용되어 다른 산업에 미치는 파급 효과가 크다. 즉, 타 산업의 발전에 따라 함께 성장하는 경향이 있다.
- 전형적인 장치산업: 화학공업은 거대한 생산 설비를 필요로 하는 대표적인 장치산업이다. 따라서 막대한 자본 투자가 요구되는 자본집약적 산업의 특징을 가진다.
- 빠른 기술혁신: 다른 공업 분야에 비해 기술 발전 속도가 매우 빠른 기술혁신 산업이다. 새로운 기술과 공정이 끊임없이 개발되므로, 일종의 두뇌집약적 산업으로 볼 수 있다.
이러한 특성 때문에 화학공업은 주로 기술과 자본을 갖춘 소수의 선진국에서 개발되고 발전해왔다. 특정 화학 제품을 생산하기 위해서는 원하는 화학 반응을 유도하는 고도의 기술이 필수적이다. 현대 화학공업의 주요 기술 대부분은 선진국의 대형 화학 기업들이 연구 개발하여 특허권을 통해 독점적으로 활용하며 세계적인 기업으로 성장하는 기반이 되었다. 따라서 화학공업의 자주적인 개발과 성장을 위해서는 고도의 기술 체계 확보와 막대한 자금 조달 능력이 필수적이다.
화학공업의 경영 형태는 다른 기업과 본질적으로 다르지 않지만, 앞서 언급한 화학공업의 특수성, 미래 생산 및 수요 전망, 생산 규모, 경영 수준, 기술 상태, 해외 기업과의 경쟁력 등을 종합적으로 고려하여 경영 관리 방식이 결정된다. 화학공업 경영 관리의 주요 목표는 다음과 같다.
5. 세계의 화학공업
화학 물질은 역사 전반에 걸쳐 만들어지고 사용되었지만, 다양한 용도로 대량의 화학 물질을 생산하는 중화학 공업의 탄생은 산업혁명의 시작과 함께한다.
화학공업은 19세기 중엽부터 영국에서, 19세기 후반부터는 독일에서 주도적으로 발전했다. 이후 제1차, 제2차 세계 대전을 거치며 미국이 부상했고, 제2차 세계 대전 후에는 일본이 급속히 성장하여 현재는 미국, 독일, 러시아, 일본 등이 세계적인 화학공업 강국의 지위를 누리고 있다.
세계 화학공업의 주요 부문은 다음과 같다.
- 소다와 황산 공업: 염과 유황을 원료로 소다회, 가성소다, 황산 등 화학공업의 기초 원료를 공급한다.
- 화학비료 공업: 질소비료(석회질소, 유안, 요소), 인산비료(과인산석회, 토마스 인비), 칼리비료를 생산하는 공업으로, 미국, 러시아, 독일 등이 중심이다.
- 석유화학 공업: 석유나 천연가스를 원료로 하여 플라스틱, 합성섬유, 합성고무 등 다양한 화학 제품을 생산한다. 정유소는 종종 다른 화학 공장들과 함께 거대한 콤비나트를 형성한다.
- 펄프·제지 공업: 펄프 공업은 원목 산지와 용수 공급이 편리한 곳에, 제지 공업은 주로 소비지에 입지한다. 북유럽 국가들과 미국이 주요 생산국이다.
화학 제조의 규모는 일반적으로 생산량이 가장 많은 석유화학 제품 및 범용 화학물질에서부터 특수 화학물질, 그리고 가장 작은 정밀 화학물질 순으로 나뉜다. 석유화학 제품 및 범용 화학물질 제조 시설은 대부분 단일 제품을 대량 생산하는 연속 공정 설비이다. 이러한 대규모 생산은 산업 공생을 통해 자재, 에너지, 유틸리티 효율성을 높이고 규모의 경제를 실현하기 위해 특정 지역에 집중되는 경향이 있다. 세계적으로 가장 큰 규모의 화학 물질 생산 지역으로는 미국 걸프만 연안(텍사스주와 루이지애나주), 영국의 티스사이드, 네덜란드의 로테르담 등이 있다. 이들 지역에는 발전소, 항만 시설, 도로 및 철도 터미널과 같은 대규모 인프라를 공유하는 제조 시설 클러스터가 형성되어 있다. 예를 들어, 영국 티스사이드의 북동부 공정 산업 클러스터(NEPIC)에서는 영국 전체 석유화학 제품 및 범용 화학물질의 약 50%가 생산된다.
반면, 특수 화학물질 및 정밀 화학물질 제조는 대부분 다양한 제품을 소량 생산하는 불연속 배치 공정으로 이루어진다. 이러한 제조업체들도 종종 유사한 지역에 모여 있지만, 대규모 단일 클러스터보다는 여러 산업 부문이 함께 있는 사업 단지에서 찾아볼 수 있다.
5. 1. 주요 화학 기업
19세기 후반 독일과 미국을 중심으로 대규모 화학 산업이 발전하면서 주요 화학 기업들이 등장하기 시작했다. 특히 독일에서는 BASF, 바이엘, 호이스트와 같은 회사들이 합성 염료 시장을 주도하며 성장했다.[7] 미국에서는 허버트 헨리 다우(Herbert Henry Dow)가 설립한 회사가 전기 화학 기술을 바탕으로 성장하며 미국 화학 산업 발전에 기여했다.[8]20세기 초에는 미국의 듀폰이 주요 화학 회사로 부상했으며, 1920년대에는 여러 화학 회사들이 독일의 IG 파르벤(IG Farben), 프랑스의 로느 풀랭(Rhône-Poulenc), 영국의 임페리얼 케미컬 인더스트리스(Imperial Chemical Industries)와 같은 대규모 기업으로 통합되는 경향을 보였다.
오늘날 주요 화학 기업들은 여러 국가에 사업장과 공장을 운영하는 글로벌 기업의 형태를 띠고 있다. 다음은 2015년 화학 매출액을 기준으로 한 상위 25개 화학 회사 목록이다.[16] (참고: 일부 회사의 경우 화학 매출액은 전체 매출액의 일부만을 나타낸다.)
'''2015년 화학 매출액 기준 상위 25개 화학 회사'''
| 순위 | 회사 | 2015년 화학 매출액 (십억 달러) | 본사 |
|---|---|---|---|
| 1 | BASF | 637억달러 | 루트비히스하펜(Ludwigshafen), 독일 |
| 2 | 다우 | 488억달러 | 미시간주 미들랜드(Midland, Michigan), 미국 |
| 3 | 중국석유화학공사(China Petrochemical Corporation) | 438억달러 | 베이징, 중국 |
| 4 | 사빅(SABIC) | 343억달러 | 리야드(Riyadh), 사우디아라비아 |
| 5 | 포모사 플라스틱(Formosa Plastics) | 292억달러 | 가오슝시, 타이완 |
| 6 | 이네오스(Ineos) | 285억달러 | 런던, 영국 |
| 7 | 엑손모빌(ExxonMobil) | 281억달러 | 어빙, 텍사스주, 미국 |
| 8 | 라이온델바젤(LyondellBasell) | 267억달러 | 휴스턴, 텍사스주, 미국 및 런던, 영국 |
| 9 | 미쓰비시케미칼(Mitsubishi Chemical) | 243억달러 | 도쿄, 일본 |
| 10 | 듀폰(DuPont) | 207억달러 | 윌밍턴, 델라웨어주, 미국 |
| 11 | LG화학(LG Chem) | 182억달러 | 서울, 대한민국 |
| 12 | 에어리퀴드(Air Liquide) | 173억달러 | 파리, 프랑스 |
| 13 | 린데(Linde Group) | 168억달러 | 뮌헨(Munich), 독일 및 뉴저지주, 미국 |
| 14 | 악조노벨(AkzoNobel) | 165억달러 | 암스테르담, 네덜란드 |
| 15 | PTT 글로벌 케미칼(PTT Global Chemical) | 162억달러 | 방콕, 태국 |
| 16 | 도레이(Toray Industries) | 155억달러 | 도쿄, 일본 |
| 17 | 에보닉 인더스트리(Evonik Industries) | 150억달러 | 에센(Essen), 독일 |
| 18 | PPG 인더스트리(PPG Industries) | 142억달러 | 펜실베이니아주 피츠버그(Pittsburgh), 펜실베이니아주, 미국 |
| 19 | 브라스켐(Braskem) | 142억달러 | 상파울루, 브라질 |
| 20 | 야라 인터내셔널(Yara International) | 139억달러 | 오슬로, 노르웨이 |
| 21 | 코베스트로(Covestro) | 134억달러 | 레버쿠젠(Leverkusen), 독일 |
| 22 | 스미토모 화학(Sumitomo Chemical) | 133억달러 | 도쿄, 일본 |
| 23 | 릴라이언스 인더스트리(Reliance Industries) | 129억달러 | 뭄바이, 인도 |
| 24 | Solvay) | 123억달러 | 브뤼셀, 벨기에 |
| 25 | 바이엘(Bayer) | 115억달러 | 레버쿠젠(Leverkusen), 독일 |
5. 2. 한국의 주요 화학 기업
(내용 없음)6. 기술
화학공업은 화학 반응, 증류, 분해 등의 수단을 이용한 물질 변화를 주요 제조 공정으로 하는 공업이다.[11] 초기에는 산·알칼리 공업에서 시작하여 합성염료 공업, 암모니아 공업으로 발전했으나, 오늘날에는 석탄 대신 석유를 주요 원료로 사용하는 석유화학공업이 주류를 이루고 있다. 석유 및 천연가스는 기존 원료에 비해 대량 공급이 가능하고, 고순도의 탄화수소를 저렴하게 얻을 수 있다는 장점이 있다.
석유화학공업의 등장은 화학공업의 기술적 기반을 크게 변화시켰다. 특히 제2차 세계 대전 이후 급속히 발전한 합성고분자과학은 석유를 원료로 합성수지, 합성섬유, 합성고무, 합성세제 등 과거에는 천연적으로만 얻을 수 있었던 고분자 물질의 합성을 가능하게 했다. 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리스티렌, 폴리카보네이트와 같은 고분자 및 플라스틱은 전 세계 화학 산업 생산량의 약 80%를 차지한다.[11]
화학공업은 기술적으로 다음과 같은 특징을 가진다.
- 장치공업: 거대한 생산 설비를 필요로 하므로 막대한 자본이 투입되는 자본집약적 산업이다.
- 기술혁신산업: 다른 공업에 비해 기술 진보의 속도가 매우 빨라 기술 혁신이 중요하며, 두뇌집약적 산업의 성격을 띤다.
- 기술 의존성: 주요 기술 대부분이 소수의 선진 공업국 기업들에 의해 연구·개발되어 특허권으로 보호받는 경우가 많다. 따라서 화학공업의 자주적 개발과 성장을 위해서는 고도의 기술 체계 확보와 막대한 자금 조달이 필수적이다.
화학 엔지니어의 관점에서 화학 산업은 화학 공정, 예를 들어 화학 반응과 정제 방법을 사용하여 다양한 고체, 액체, 기체 재료를 생산하는 것을 포함한다. 이러한 공정은 화학 공장에서 이루어지며, 많은 경우 촉매를 사용하여 고온 및 고압 조건에서 특수 내식성 장비 내에서 반응이 진행된다. 반응 생성물은 증류(특히 분별 증류), 침전, 결정화, 흡착, 여과, 승화, 건조 등 다양한 기술을 통해 분리된다.
생산된 제품은 안전한 작동을 보장하고 요구되는 규격을 충족하는지 확인하기 위해 전용 기기와 현장 품질 관리 실험실에서 제조 중 및 제조 후에 테스트된다. 많은 기업이 고품질 제품과 제조 표준 유지를 위해 화학 규정 준수 소프트웨어를 도입하고 있다.[17] 화학 회사는 제품 및 공정 개발과 테스트를 위한 연구 개발 실험실을 운영하며, 여기에는 파일럿 플랜트가 포함될 수 있다.
화학공업에서 생산되는 제품은 매우 다양하며, 주요 유형과 예시는 다음과 같다.
| 제품 유형 | 예시 |
|---|---|
| 무기 산업 | 암모니아, 염소, 수산화나트륨, 황산, 질산 |
| 유기 산업 | 아크릴로니트릴, 페놀, 에틸렌 옥사이드, 요소 |
| 세라믹 제품 | 실리카 벽돌, 프릿(frit) |
| 석유화학 제품 | 에틸렌, 프로필렌, 벤젠, 스티렌 |
| 농약 | 비료, 살충제, 제초제 |
| 고분자 | 폴리에틸렌, 베이클라이트, 폴리에스터 |
| 엘라스토머 | 폴리이소프렌, 네오프렌, 폴리우레탄 |
| 유지화학 제품 | 라드, 대두유, 스테아르산 |
| 폭발물 | 니트로글리세린, 질산암모늄, 니트로셀룰로오스 |
| 향료 및 향미료 | 벤질 벤조에이트, 쿠마린, 바닐린 |
| 산업용 가스 | 질소, 산소, 아세틸렌, 아산화질소 |
화학공업 기술은 석유, 유리, 페인트, 잉크, 실란트, 접착제, 제약, 식품 가공 등 다양한 관련 산업의 기반 기술로도 활용된다.
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