[논문]석유화학산업의 벤젠 비산배출 저감을 위한 MACT 적용효과

김훈장; 문진영; 황용우; 곽인호

doi:10.4491/ksee.2016.38.8.435

초록
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본 연구는 석유화학산업 시설에 MACT (Maximum Achievable Control Technology) 적용 시 벤젠 비산배출량 저감 효과를 분석 하였다. 국내에서는 2015년부터 대기환경보전법에 따라 벤젠 비산배출 저감 위한 규제를 시행하였으나, 미국 EPA에서는 이에 앞서 1995년부터 최대달성 가능한 통제기술인 MACT 기준을 적용하여 벤젠 비산 배출을 효과적으로 관리하고 있다. 본 연구를 위하여 벤젠 배출량 산정 방법론은 EPA Emission Factor AP-42 및 EPA MACT Standard Guideline를 활용하였다. 연구 결과 MACT 적용할 경우 Uncontrolled facility에 비하여 벤젠 배출량이 평균 98% 수준으로 저감 가능한 것으로 나타난 반면 National Regulation 경우 MACT 수준에 비하여 다소 낮은 평균 95% 수준의 저감율을 보이는 것으로 분석되었다. 그러나 MACT 기준 경우 벤젠 선박출하 시 유증기 회수설비(Vapor Recovery Unit, VRU) 등을 가동하여 배출 저감토록 요구하고 있음에도 불구하고 National regulation에서는 별도 규제 사항이 없는 실정이다. 추가적인 배출저감 달성을 위해서는 벤젠 선박출하 시 VRU 등 유증기 저감설비 도입의 법제화가 필요하다. 이러한 노력은 국내 석유화학산업의 벤젠 배출관리 능력을 Global 수준으로 향상시키는데 기여할 것으로 기대된다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, MACT (Maximum Achievable Control Technology) application effect was evaluated for minimization of benzene fugitive emission in petrochemical industry. Although fugitive emission for benzene in the nation was regulated by the Clean Air Conservation Act from 2015, the US EPA already has...

In this study, MACT (Maximum Achievable Control Technology) application effect was evaluated for minimization of benzene fugitive emission in petrochemical industry. Although fugitive emission for benzene in the nation was regulated by the Clean Air Conservation Act from 2015, the US EPA already has introduced MACT standard to minimize its emission with up-to-date technology since 1995. EPA Emission Factor (AP-42) and EPA MACT Standard Guideline were used to assess MACT application effect. As a result, For MACT application it could reduce benzene emission up to 98% (average) comparing with uncontrolled facility, while the national regulation could achieve about 95% (average) reduction which is slightly lower than MACT. However there is no control measure in the national regulation to reduce benzene emission for vessel loading even though MACT standard requires preventive facility such as VRU (Vapor Recovery Unit). For further reduction of benzene emission, it needs to be mandatory for operation of VRU when benzene product is loaded in vessel. These efforts could contribute to achieve the global level for benzene emission management in national petrochemical industry.

Keyword

AI 본문요약
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문제 정의

미국의 경우 과거 수년 동안 MACT 기준을 통하여 비산배출원을 효과적으로 관리하고 있기 때문에, 이에 대한 사례 연구를 통하여 국내 벤젠 비산 배출량 최소화를 위한 체계적 관리방안 수립이 가능할 것으로 기대된다. 따라서 본 연구를 통하여 석유화학산업의 MACT 적용 시 벤젠 비산배출 저감효과를 정량화 하고, 국내 규제수준과 상호 비교하여 향후 개선방안을 도출하고자 한다.
본 연구는 석유화학산업 시설에서 배출되는 벤젠 비산배출량을 효과적으로 저감하기 위한 목적으로 제조 / 저장 / 출하 공정 대상으로 MACT 기준을 적용하여 연구하였으며, 해당 결과에 대하여 국내 규제수준과 상호 비교 및 분석한 결과는 다음과 같다.

제안 방법

본 연구방법으로 Fig. 2에 나타낸 바와 같이 석유화학산업 주요 공정인 벤젠 제조공정, 저장 공정, 출하 공정의 시설에 각각 MACT 기준을 적용한 효과를 파악하였다. 배출량 저감효과를 산정하기 위하여 EPA Emission Factor (AP-42) Guideline⁸⁾ 및 Equipment Leak Emission Estimate Standard⁹⁾ 자료를 활용하였으며, MACT 기준 경우 미국 EPA 문헌자료¹⁰⁾를 통하여 참고하였다.

대상 데이터

2에 나타낸 바와 같이 석유화학산업 주요 공정인 벤젠 제조공정, 저장 공정, 출하 공정의 시설에 각각 MACT 기준을 적용한 효과를 파악하였다. 배출량 저감효과를 산정하기 위하여 EPA Emission Factor (AP-42) Guideline⁸⁾ 및 Equipment Leak Emission Estimate Standard⁹⁾ 자료를 활용하였으며, MACT 기준 경우 미국 EPA 문헌자료¹⁰⁾를 통하여 참고하였다. 국내 배출량 산정 기준 경우 환경부에서 매년 조사하고 있는 TRI (Toxic chemical Release Inventory) 조사 지침¹¹⁾을 참고로 하였다.

성능/효과

1) 별도 저감설비가 없는 Uncontrolled 설비 대비하여 MACT 적용 시 저감 가능한 배출량을 분석한 결과 제조공정 97% 저감, 저장공정 99% 저감, 출하공정 98% 저감 가능함을 확인할 수 있었다.
2) 국내에서도 2015년도부터 정유업종을 시작으로 석유화학산업 시설에 대한 규제를 점차적으로 실시하고 있으며, Uncontrolled 설비에 대하여 시설별로 90%~99%까지 저감 가능할 것으로 확인되었다. 이는 MACT 기준과 비교 시 다소 낮은 수치이나, 규제 전과 비교 시 벤젠 배출을 효과적으로 저감 가능할 것으로 기대된다.
본 연구에서는 대기환경 정책의 발전방향을 모색하기 위하여 벤젠을 취급하는 석유화학산업 주요 공정을 대상으로 벤젠 배출량을 정량화 및 MACT 적용에 따른 저감 효과를 분석한 결과, 벤젠 배출량을 효과적으로 저감 가능한 방안임을 확인할 수 있었다. 아울러 국내 규제와 상호 비교를 통하여 벤젠 배출량의 최소화를 위한 방안으로 선박 출하 시 유증기 회수설비 도입이 필요함을 함께 제시하였다.

후속연구

3) 향후 추가적인 환경안전 향상 위해서는 벤젠을 선박 출하 하는 경우에도 VRU 등 유증기 저감설비를 도입토록 하는 것이 필요하다. 이를 통하여 벤젠 대기농도 저감으로 인한 환경질 개선 뿐만 아니라, 발암성 있는 유해물질 배출저감으로 인근 거주 지역의 안전수준을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
3) 향후 추가적인 환경안전 향상 위해서는 벤젠을 선박 출하 하는 경우에도 VRU 등 유증기 저감설비를 도입토록 하는 것이 필요하다. 이를 통하여 벤젠 대기농도 저감으로 인한 환경질 개선 뿐만 아니라, 발암성 있는 유해물질 배출저감으로 인근 거주 지역의 안전수준을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	미국의 사례연구를 통해 국내 벤젠 비산 배출량 최소화를 위한 체계적 관리방안 수립이 가능할 것으로 기대되는 이유는?	반면 미국 EPA에서는 과거 1995년부터 벤젠의 배출저감을 위하여 최대달성 가능한 통제기술인 MACT (Maximum Achievable Control Technology) 기준을 도입하여 비산배출량을 저감시키도록 하고 있다. 미국의 경우 과거 수년 동안 MACT 기준을 통하여 비산배출원을 효과적으로 관리하고 있기 때문에, 이에 대한 사례 연구를 통하여 국내 벤젠 비산 배출량 최소화를 위한 체계적 관리방안 수립이 가능할 것으로 기대된다. 따라서 본 연구를 통하여 석유화학산업의 MACT 적용 시 벤젠 비산배출 저감효과를 정량화 하고, 국내 규제수준과 상호 비교하여 향후 개선방안을 도출하고자 한다.
	벤젠의 비산배출이 발생되는 시설의 종류는?	이러한 벤젠 배출량의 95%가 코크스/원유정제 및 석유화학 등 화학물질 제조업에서 발생하였고, 배출형태를 고려 시 절반 이상이 점 배출원이 아닌 비산 배출원에서 발생하고 있어 비산배출에 대한 관리강화가 필요한 상황이다.7) 이러한 비산배출은 단순히 제조공정 시설에서 발생할 뿐만 아니라, 원료/부산물 등을 보관하기 위한 저장시설 및 최종제품을 출하하는 출하시설 등 주요 취급과정에서 배출되고 있는 실정이다. 이러한 비산배출 저감을 위하여 국내에서는 2015년도부터 벤젠을 포함한 특정대기 유해화학물질 성분을 대상으로 비산배출 관리기준을 준수토록 규제하고 있다.
	제조공정에서 MACT 기준에 따라 누출여부를 주기적으로 측정해야 하는 주요설비는 무엇인가?	3에 정리하여 나타낸 바와 같이 제조공정 설비를 대상으로 누출여부를 주기적으로 측정하고, 누출이 확인된 설비 경우 신속한 정비를 통하여 비산배출을 최소화 시키는 방법이다. MACT 기준에 따라 누출여부를 주기적으로 측정해야 하는 주요 설비는 펌프, 밸브, 샘플링 연결부, 압축기, 안전밸브 및 개방식 라인 등이며, 누출된 장치에 대해서는 최초 5일 이내에 정비를 실시해야 하며, 최대 15일까지 정비 하도록 하고 있다.12) 이렇게 정비 기간을 정하는 이유는 누출 시간을 최소화 하는 것으로써, LDAR 이행을 통한 배출량 저감에 있어 가장 중요한 요소라고 할 수 있다.

참고문헌 (19)

IARC (International Agency for Research on Cancer), Agents Classified by the IARC Monographs, http://publications.iarc.fr/ (2016).
US EPA (Environmental Protection Agency), Carcinogenic Effects of Benzene(1998).
Korea Petrochemical Industry Association, Petrochemical Industry facilities and supply & Demand of petrochemical product, http://www.kpia.or.kr/(2016).
Ji, Y. S., Research for the Toxics Release Inventory Program, Master Dissertation, Sejong University(2012).
OECD (Organization for Economic Co-operation and Development, Center for PRTR (Pollutant Release and Transfer Register) Data, http://www.prtr.net/(2016).
US EPA (Environmental Protection Agency), Toxics Release Inventory (TRI) Program, https://www.epa.gov/toxicsrelease-inventory-tri-program(2016).
Korea Ministry of Environment, Result of 2013 Toxic chemical Release Inventory(2015).
US EPA (Environmental Protection Agency), Emission Factors AP-42 Compilation of Air Pollutant Emission Factors, Chapter 5 Petroleum Industry and Chapter 7 Liquid Storage Tanks(1997).
US EPA (Environmental Protection Agency), Protocol for Equipment Leak Emission Estimates(1995).
US EPA (Environmental Protection Agency), Petroleum Refinery MACT standard guideline(2000).
Ministry of Environment, Guideline of TRI (Toxic chemical Release Inventory) reporting(2010).
EPA, A Best Practice Guide of Leak Detection and Repair (2007).
US EPA (Environmental Protection Agency), Locating and Estimating Air Emission Form Sources of benzene(1998).
RTI, Petroleum Refinery Source Characterization and Emission Model for Residual Risk Assessment(2002).
RTI, Emissions Estimation Protocol for Petroleum Refineries (2015).
Korea Meteorological Administration, 2014 Annual Climatological Report(2015).
Lee, J. H., VOC Monitoring method by utilizing infrared camera and the properties of odor in Refinery plants, Master Dissertation, Gongju National University(2015).
EPA, Benzene Emission from Benzene Storage Tank(1984).
Kim, J. H., "Evaluation of Air Quality with and without Vapor Recovery System of Stage II," J. Korean Soc. Atmos. Environ., 29(6), 801-810(2013).

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