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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 국내의 대표적인 석유정제사 중 1곳의 각종 석유정제시설을 HAPs 배출원으로서 분류하고, 배출량이 많은 VOC 중 외국의 HAPs 지정현황을 고려하여 향후 국내 정유사에서 관리되어야 할 HAPs를 확대, 제안하였다. 그리고 정유소에서 비산 배출되는 각종 장치로부터의 배출량을 추정하기 위해 국내 정유소 1곳의 증류시설에 부착되어있는 각종 장치를 파악하여 HAPs 성분의 배출량을 산정하기 위한 몇 가지 배출계수를 이용하여 제안된 HAPs 성분의 연간 배출량을 산정 비교하여 나타내었다.
- 본 연구는 시범적으로 정유사에서 공통적으로 배출될 수 있는 몇 가지 유해화합물에 대해 국내 A 정유소 내에 있는 석유정제시설 중 한 라인(제1상압증유공정)에서 사용되고 있는 비산 배출원 즉, 펌프, 밸브 압력완화장치, 압축기, 플랜지, 배수지점 및 시료채취지점에서 누출 배출(fugitive emission)되는 이들 성분의 연간 배출량을 앞서 소개된 산정법에 따라 산정해 보도록 하였다. 우선 배출량 산정 대상이 된 HAPs 성분으로는 국내에서 HAPs로 지정되고 있는 벤젠과 에틸벤젠, 그리고 국내에서는 아직 HAPs로 지정되고 있지는 않지만 외국에서 이미 HAPs로 지정되고 있으며 또한 배출량도 많은 톨루엔, 자일렌 및 n-헥산으로 하였다.
제안 방법
- 각 비점 배출원 즉, 각종 장치에 대해서는 Thermo Electron사의 TVA 100B 총휘발성 유기화합물 측정기를 이용하여 TRI 지침서에 명시된 방법에 따라 비산 누출의 평균농도를 측정하였다. 표 8은 봉인된 펌프에서의 측정 사례를 나타낸 것으로 LDAR 표시, 용량, 실 (seal)의 수, 증류탑의 종류, 관리농도 및 측정농도 등이 표시되어 있다.
- 할 HAPs를 확대, 제안하였다. 그리고 정유소에서 비산 배출되는 각종 장치로부터의 배출량을 추정하기 위해 국내 정유소 1곳의 증류시설에 부착되어있는 각종 장치를 파악하여 HAPs 성분의 배출량을 산정하기 위한 몇 가지 배출계수를 이용하여 제안된 HAPs 성분의 연간 배출량을 산정 비교하여 나타내었다.
- 산정대상 시설은 국내 A정유사의 제1증류탑에서 설치된 한 장치 (밸브, 펌프, 압축기, 압력완화장치, 커넥터, 개방식 라인, 샘플링 연결부, 공정배수구)로 하였으며. 배출량 산정방법으로는 평균배출 계수, 누출배출 계수, 농도배출계수, 상관관계식을 이용하여 연간 배출량을 산정하였다.
- 표 9는 측정결과를 나타낸 것으로 이 조성으로 된 원유가 흐르는 장치에 대해서는 모두이 조성을 HAPs 배출량 산정에 이용하였으며, 조성이 다른 액체가 흐르는 장치에 대해서는 같은 방법으로 시료를 채취하여 같은 GC 분석조건으로 측정하였다. 이들 자료로부터 제 1증류탑에 부착되어 있는 각종 장치에 대한 HAPs 즉, 벤젠 톨루엔, p-자일렌, 에틸벤젠 및 n-헥산에 대한 배출량을 평균배출계수, 누출기준 배출계수, 농도배출계수 및 상관관계 배출계수를 이용하여 산정하였다.
- 표 8의 측정 지점 즉, 펌프 속에 흐르는 물질인 원유를 분석 하기 위해 A사가 보유한 Agilient 6890 GC를 사용하여 배출량 산정 대상 성분의 함량을 분석하였다. 분석에 사용된 컬럼은 100m P1ONA 컬럼으로 분석조건은 컬럼 제조사의 설명서와 같은 조건에서 분석하였다.
- 분석에 사용된 컬럼은 100m P1ONA 컬럼으로 분석조건은 컬럼 제조사의 설명서와 같은 조건에서 분석하였다. 표 9는 측정결과를 나타낸 것으로 이 조성으로 된 원유가 흐르는 장치에 대해서는 모두이 조성을 HAPs 배출량 산정에 이용하였으며, 조성이 다른 액체가 흐르는 장치에 대해서는 같은 방법으로 시료를 채취하여 같은 GC 분석조건으로 측정하였다. 이들 자료로부터 제 1증류탑에 부착되어 있는 각종 장치에 대한 HAPs 즉, 벤젠 톨루엔, p-자일렌, 에틸벤젠 및 n-헥산에 대한 배출량을 평균배출계수, 누출기준 배출계수, 농도배출계수 및 상관관계 배출계수를 이용하여 산정하였다.
대상 데이터
- 분석에 사용된 컬럼은 100m P1ONA 컬럼으로 분석조건은 컬럼 제조사의 설명서와 같은 조건에서 분석하였다. 표 9는 측정결과를 나타낸 것으로 이 조성으로 된 원유가 흐르는 장치에 대해서는 모두이 조성을 HAPs 배출량 산정에 이용하였으며, 조성이 다른 액체가 흐르는 장치에 대해서는 같은 방법으로 시료를 채취하여 같은 GC 분석조건으로 측정하였다.
- 산정대상 시설은 국내 A정유사의 제1증류탑에서 설치된 한 장치 (밸브, 펌프, 압축기, 압력완화장치, 커넥터, 개방식 라인, 샘플링 연결부, 공정배수구)로 하였으며. 배출량 산정방법으로는 평균배출 계수, 누출배출 계수, 농도배출계수, 상관관계식을 이용하여 연간 배출량을 산정하였다.
- 보도록 하였다. 우선 배출량 산정 대상이 된 HAPs 성분으로는 국내에서 HAPs로 지정되고 있는 벤젠과 에틸벤젠, 그리고 국내에서는 아직 HAPs로 지정되고 있지는 않지만 외국에서 이미 HAPs로 지정되고 있으며 또한 배출량도 많은 톨루엔, 자일렌 및 n-헥산으로 하였다. 측정대상이 된 A사의 제 1증류탑 시설에는 다음 표 7에 나타낸 바와 같은 수의 장치가 사용되고 있었으며, 이 조사대상이 된 A사의 저증류탑에 대해서는 LDAR 프로그램을 실천하면서 증류탑에 부착되어 있는 표 7의 장치에 대해 비산 배출농도 측정 이 완료되었으며, A 정제소 내 다른 시설에 대해서도 측정이 계속 진행되고 있다.
성능/효과
- 국내 한 석유정제소를 대상으로 TRI 보고 자료로부터 배출량이 많은 물질을 나열해 본 결과 미국이나 일본 혹은 독일에서 공통적으로 HAPs로 지정되고 있으나 배출량이 많음에도 불구하고 우리나라에서는 아직 HAPs로 지정되고 있지 않은 물질이 상당수 있었다. 그 중에서도 특히 톨루엔, 자일렌, n-헥산, 메탄올, MTBE와 같은 성분은 석유정제소에서의 대표적인 비점원 배출 성분으로 우리나라에서도 HAPs로 추가 지정하여 관리할 필요가 있을 것으로 사료되었다.
- 그 결과 HAPs의 배출량은 평균배출계수>누출배출계수>농도배출계수>상관관계식을 이용한 계산방법의 순으로 배출량이 적어짐을 확인할 수 있었으며, 현재 상관관계식을 이용한 배출량 산정값은 A사가 현재 TRI의 보고에 사용하고 있는 농도배출계수법에 의한 계산결과보다 약 1/10배 정도 적게 산정되었다. 이와 같은 방법으로 제1증류탑에 사용되고 있는 모든 장비에 대해 누출 배출량을 산정해 본 결과, 현재 농도배출계수를 사용한 배출양의 6%에 지나지 않았다.
- 그리고 측정기에 의해 정밀하게 측정된 값을 상관관계식에 넣어 계산하게 되면 다른 배출계수를 이용하여 계산하는 것보다 낮은 값을 나타내 게 된다. 따라서 표 10의 모든 HAPs 성분에 대해 비점원 배출에 의한 HAPs의 배출량은 평균배출계수>누출배출계수>농도배출계수>상관 관계식을 이용한 계산 방법의 순으로 배출량이 적어짐을 확인할 수 있었다. 특히, 비점원 누출의 원인이 되는 각종 장치에 대해 면밀히 TVOC 배출농도를 측정하여 확인하는 LDAR 프로그래의 실천으로 HAPs의 배출량이 현재 A사의 TRI 보고용으로 사용되고 있는 농도기준 배출계수를 사용한 배출량보다 1/1。정도나 적게 산정되고 있어서 실제 대기 중으로 배출되는 HAPs의 배출량은 TRI에 보고된 값보다 적을 것으로 생각되었다.
- 그 중에서도 특히 톨루엔, 자일렌, n-헥산, 메탄올, MTBE와 같은 성분은 석유정제소에서의 대표적인 비점원 배출 성분으로 우리나라에서도 HAPs로 추가 지정하여 관리할 필요가 있을 것으로 사료되었다. 석유정제소에서의 각종 시설에 대한 HAPs의 배출원 분류로서 현재 TRI에서 분류하고 있는 휘발성 화학물질 배출원 분류로는 정유소내 각종시설이 밀폐화됨으로써 배출량이 없거나 거의 미미한 분류항목이 있게 되어 적절치 않은 것으로 판단되었다. 따라서 적유정제소에서의 새로운 HAPs 배출원 분류법이 필요할 것으로 생각되었다.
- 이들 21종의 유기성 VOC 중 미국의 HAPs에 해당하는 물질(。)과 우리나라의 TRI상에서 보고대상이 되는 물질(O: 취급량이 I톤/년 이상인 화학물질, △: 10톤/년 이상인 화학물질)을 함께 나타내었다. 이 표에서 미국의석유정제소에서 조사된 TRI 상위 21 물질 중 14가지가 미국의 HAPs 에 해당하고, 우리나라의 TR1 조사대상에 해당하는 물질은 15종임을 알 수 있다. 따라서 우리나라의 경우 석유정제소에서 배출되는 화학물질 중에서는 비교적 배출량이 많아도 TRI상의 조사대상 물질에 해당하지 않기 때문에 외국에서는 HAPs로 지정되어 있는 물질이라도, 그 배출량을 전혀 추정할 수 없는 화학물질이 있게 된다.
- 아울러 TRI 에서 보고된 화합물 중 우리나라 (35종), 미국 (188종), 일본(234종) 혹은 독일(174종)에서 지정한 HAPs에 해당하는 물질인 경우로 나타내었다. 이 표에서 알 수 있듯이 정유사가 보고한 TR1에서의 배출물질 중 국내 특정 유해대 기오염물질에 해당하는 것은 4가지에 지나지 않으나 미국의 HAPs에 해당하는 물질은 II 가지 , 일본 HAPs는 12가지, 독일 HAPs는 7가지가 해당되고 있어 우리나라의 석유정제소에 대한 HAPs 지정상황은 다른 국가에 비해 상당히 적은 것으로 나타났다. 따라서 우리나라에서도 향후 석유정제소에서의 배출되는 물질에 대한 HAPs 지정 확대가 필요할 것으로 사료되었다.
후속연구
- 결국 표 2에서의 TRI에서의 분류방법(환경부, 2006b)은 정유소의 유기성 HAPs의 분류법으로는 전혀 배출이 없거나 그 배출량이 경미한 것이 있고, 또한 3가지 배출원에만 배출량이 집중되어 있어서 국내 석유정제소에 알맞은 HAPs 배출원 분류법의 제안이 필요할 것이다.
- 있었다. 그 중에서도 특히 톨루엔, 자일렌, n-헥산, 메탄올, MTBE와 같은 성분은 석유정제소에서의 대표적인 비점원 배출 성분으로 우리나라에서도 HAPs로 추가 지정하여 관리할 필요가 있을 것으로 사료되었다. 석유정제소에서의 각종 시설에 대한 HAPs의 배출원 분류로서 현재 TRI에서 분류하고 있는 휘발성 화학물질 배출원 분류로는 정유소내 각종시설이 밀폐화됨으로써 배출량이 없거나 거의 미미한 분류항목이 있게 되어 적절치 않은 것으로 판단되었다.
- 업종별 HAPs의 배출량은 각 업체에서 매년 보고하도록 되어 있는 화학물질 배출량 조사(Toxic Release Inventory: TRI)에 의해 우리나라에서 지정된 HAPs 성분에 대한 배출량을 짐작할 수 있기는 하지만, 미국이나 일본에서 지정한 HAPs 중의 일부 물질에 대해서는 그 배출량을 확인할 수 있는 방법이 없는 상황이다. 그리고 현행 TR1의 일률적인 배출시설 분류법과 산정법(환경부, 2006b)으로 모든 업종의 시설을 분류하여 산정하고 있어서, 향후 HAPs로 인한 위해성 평가를 위해서는 좀 더 정밀하게 업종별로 HAPs의 종류와 HAPs 배출시설 그리고 배출량 산정법에 대한 고려가 필요할 것으로 사료된다.
- 대부분의 HAPs 성분에 있어서 상관관계식으로부터 얻게 된 HAPs의 배출량은 농도배출계수를 사용하여 계산된 배출량보다 약 1/17에 지나지 않아 향후 HAPs에 의한 위해도 평가의 기초자료로 이용하기 위해서도 LDAR에 의한 측정결과를 이용함이 바람직할 것으로 사료된다.
- 이와 같은 방법으로 제1증류탑에 사용되고 있는 모든 장비에 대해 누출 배출량을 산정해 본 결과, 현재 농도배출계수를 사용한 배출양의 6%에 지나지 않았다. 따라서 비점원 누출원에서의 HAPs 배출량은 비점원 누출의 원인이 되는 모든 장치에 대해 정밀한 누출농도를 측정 보수하는 프로그램인 LDAR를 실천함으로써 얻게 되는 배출량을 중시해야 할 것으로 사료되었다.
- 이 표에서 알 수 있듯이 정유사가 보고한 TR1에서의 배출물질 중 국내 특정 유해대 기오염물질에 해당하는 것은 4가지에 지나지 않으나 미국의 HAPs에 해당하는 물질은 II 가지 , 일본 HAPs는 12가지, 독일 HAPs는 7가지가 해당되고 있어 우리나라의 석유정제소에 대한 HAPs 지정상황은 다른 국가에 비해 상당히 적은 것으로 나타났다. 따라서 우리나라에서도 향후 석유정제소에서의 배출되는 물질에 대한 HAPs 지정 확대가 필요할 것으로 사료되었다.
- , 2002)도 있어서, HAPs의 대부분이 VOC라는 점을 상기한다면 비점 배출원에서의 HAPs 배출량 산정이 중요함을 알 수 있다. 또한 국내 석유정제시설은 대부분 밀폐화되어 있고, 최근에 이르러 LDAR(leak detect and repair, 누출검사 및 보수 프로그램)와 같은 비산배출 (fugitive emission) 억제 프로그램의 도입으로 인해 좀 더 정확한 HAPs 배출량을 산정하는 것이 가능해져 해마다 점차적으로 줄어들 것으로 기대된다.
- 아울러 우리나라의 석유정제소에서도 배출량이 많은 화학물질 즉, 자일 렌, 톨루엔, MTBE, n-헥산, 메탄올에 대해서는 HAPs의 추가 지정이 바람직할 것으로 사료된다.
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