발 간 등 록 번 호

11-1480523-000645-01

EU 통합오염예방 및 제어(IPPC) BAT 지침서

대형 유기화학 공업

Integrated Pollution Prevention and Control

Reference Document on Best Available Techniques in the

Large Volume Organic Chemical Industry

국 립 환 경 과 학 원

EU 통합오염예방 및 제어(IPPC) BAT 지침서

대형 유기화학 공업

Integrated Pollution Prevention and Control

Reference Document on Best Available Techniques in the

Large Volume Organic Chemical Industry

국 립 환 경 과 학 원

본 문서는 유럽 IPPC 지침에 근거하여 작성된

“Reference Document on Best Available

Techniques in the Large Volume Organic Chemical

Industry (2003. 2, European Commission)"의 전문을

한글로 번역한 자료입니다.

보고서 요약

대형 유기화학 공업 i

보고서 요약

대형 유기화학 공업(LVOC)에 관한 최적실용가능기술 참고문헌(BREF)은 위원회 지침 96/61/EC의 제16조 (2)항에 따라 시행된 정보 교환을 반영한다. 본 보고서 요약은 BAT 장의 표준 소개 및 BREF 서문의 목적, 적용 범위 및 법적 조건에 대한 설명을 함께 참조하도록 하며, 주요 연구 결과와 주요 BAT 결론 및 관련 배출/소비 수준에 대해 설명한다. 본 보고서 요약은 독립적인 문서로 읽고 이해할 수 있으나, 단지 요약문으로서 BREF 전문의 복잡한 내용을 모두 나타내지는 않는다. 따라서 본 요약은 BAT 의사결정의 도구로서 BREF 전문을 대체하지는 않는다.

문서 범위 및 구성: BAT 정보 교환의 목적상, 유기화학공업은 ‘대형 유기화학 공업’ 부문, ‘고분자 공업’ 부문 및 ‘정밀 유기화학 공업’ 부문으로 나눌 수 있다. IPPC 지침은 ‘대형 유기화학 공업’이라는 용어를 사용하지 않기 때문에 그 용어의 정의를 지원하지 않는다. 그러나 기술실무그룹(TWG)의 해석에 따르면 연간 생산량이 100 kt 이상일 때 동 지침 부록 1의 4.1(a) ‒4.1(g) 절에서 그러한 활동들을 설명하고 있다. 유럽에서는 일부 90개소의 유기 화학공장들이 이러한 기준들을 충족한다. 대형 유기화학 공업(LVOC)의 범위는 너무 크기 때문에 모든 LVOC 공정에서 세부적인 정보 교환을 실행할 수는 없다. 따라서 BREF는 다음과 같이 여러 LVOC 공정에 관해 일반 정보와 세부 정보를 혼합하여 수록하고 있다.

Ÿ 일반 정보: LVOC를 적용하는 제반 공정은 널리 활용되는 단위 공정, 단위 작업 및 기반 시설(2장 참조)과 관련해 설명되며, 주요 LVOC 공정에 관한 간략한 기술을 통해 설명되기도 한다(3장 참조). 4장에서는 LVOC 배출물질의 일반적인 발생원과 가능한 조성을 설명하며, 5장에서는 실용가능한 배출 방지 및 제어 기술에 대해 간략히 설명한다. 6장은 LVOC 부문에서 대체로 일반 BAT로 간주되는 그러한 기술들을 확인함으로써 결론을 맺고 있다.

Ÿ 세부 정보: LVOC 업계는 8개의 하위 부문(기능적 화학 특성을 기준으로 함)으로 나뉘며, 이를 토대로 BAT의 적용을 실증하기 위해 ‘예시 공정(illustrative process)’을 선택했다. 7가지 예시 공정의 제반 특성은 주요 산업적 의의, 주요 환경 문제 및 유럽 내 여러 지역에서의 운영을 통해 나타낸다. 황, 인 및 유기 금속 화합물을 다루는 LVOC 하위 부문에 대해서는 예시 공정이 없으며 다만 여타 하위 부문의 예시 공정들을 열거하면 다음과 같다.

하위 부문 예시 공정

저급 올레핀 저급 올레핀(분해 공정을 통한) - 7장 참조방향족 화합물 벤젠/톨루엔/크실렌(BTX) 방향족 화합물 – 8장 참조

산화 화합물 산화 에틸렌 및 에틸렌 글리콜 – 9장 참조포름알데히드 – 10장 참조

니트로화 화합물 아크릴로니트릴 – 11장 참조톨루엔 디이소시안산염 – 13장 참조할로겐화 화합물 이염화 에틸렌(EDC) 및 염화비닐 단량체(VCM) – 12장 참조

또한 LVOC 공정에 관한 중요한 정보는 여타 BREF에서 확인하도록 한다. 특히, ‘공통 BREF(horizontal BREF)’(특히 화학업계에서 공통적으로 사용하는 폐수 및 폐가스 관리 시스템, 저장 시스템 및 산업용 냉각 시스템)와 (특히, 대형 연소 설비의) 제반 공정에 대한 산업별 BREF가 중요한 비중을 차지한다.

배경 정보(1장 참조)LVOC는 다양한 종류의 화학물질 및 공정을 포괄한다. 간단히 말해, LVOC는 여러 가지 물리 화학적 공정의 복잡한 조합을 통해 정유 제품을 각종 ‘상용’ 화학물질 또는 ‘대량’ 화학물질로 변환하는 과정으로 설명할 수 있으며 대체로 연속 가동 설비에서 운영된다. LVOC 제품은 보통 상표명보다는 화학제품 규격으로 판매되며 그 자체로 소비자 제품으로 판매되는 경우는

거의 없다. LVOC 제품은 흔히 비교적 높은 가치의 화학물질(예: 용제, 플라스틱, 약물)에 대한 추가 합성 시 원료로서 대량으로 사용된다.

보고서 요약

대형 유기화학 공업ii

LVOC 공정은 대체로 공정 유연성, 에너지 최적화, 부산물 재사용 및 규모의 경제 등 여러 가지 장점을 제공하는 대형의 고도로 통합된 생산 시설에 위치해 있다. 대기업들이 제조하는 비교적 소수의 화학제품들은 유럽 지역 LVOC 공정의 제품 생산량 중 대부분을 차지한다. 독일은 유럽 최대 규모의 LVOC 산업 생산국이지만 네덜란드, 프랑스, 영국, 이탈리아, 스페인 및 벨기에에도 LVOC 산업들이 잘 발달해 있다.

LVOC 제품 생산은 유럽에서 중요한 경제적 의의를 지닌다. 1995년 당시, 유럽연합(EU)은 기본 화학제품의 수출 지역이었으며 미국과 EFTA 회원국들은 주요 수요자였다. 대량 화학제품 시장은 경쟁이 매우 치열하기 때문에 생산 원가가 매우 큰 비중을 차지하며 시장 점유율은

전 세계적인 차원에서 고려될 때가 많다. 유럽 LVOC 산업의 수익성은 전통적으로 매우 주기적인 경향을 보인다. 이러한 경향은 신기술 설치를 위한 높은 자본 투자비용과 긴 리드 타임(lead time)을 통해 더욱 두드러진다. 그 결과, 제조 원가의 절감은 점점 증가하는 경향을 보이며 상당수 시설들은 비교적 노후한 편이다. 또한 LVOC 산업은 많은 양의 에너지를 필요로 하며 수익성은 유가에 따라 좌우될 때가 많다.

1990년대에는 화학제품의 수요가 증가하면서 주요 화학제품 업체들이 전략적 제휴 및 합작 투자 계약을 체결하는 경향을 보였다. 이는 연구, 생산 및 시장 접근을 합리화했으며 수익률은 증가했다. 화학제품 부문의 고용율은 계속 감소하고 있는데 1985년부터 1995년까지 10년 동안 23 % 정도 감소했다. 1998년 당시, EU 지역 화학제품 부문의 취업자 수는 총 160만 명이었다.

일반 LVOC 생산 공정(2장 참조)LVOC 생산 공정은 매우 다양하면서도 복잡하지만 대체로 서로 비슷한 과학적, 공학적 원리들을 기반으로 하는 비교적 단순한 활동 및 장비의 조합으로 구성된다. 2장에서는 원하는 LVOC 제품의 생산 순서를 마련하기 위해 단위 공정, 단위 작업, 현장 기반 시설, 에너지 조절 및 관리 시스템을 결합 및 수정하는 방법에 대해 설명하고 있다. 대부분의 LVOC 공정은 크게 5가지 개별 단계 즉, 원재료 공급/ 검사, 합성, 제품 분리/정제, 제품 처리/저장 및 배출 저감으로 각각 나누어 설명할 수 있다.

일반 응용 공정 및 기술(3장 참조)LVOC 생산 공정의 대부분은 세부적인 정보 교환에 따른 이점을 보지 못했기 때문에 3장에서는 일부 65가지의 중요한 LVOC 공정에 대해 아주 간략히 설명(‘약술’)하고 있다. 제반 설명은 해당 공정, 주요 배출물질 및 특별 오염 예방/제어 기술에 관한 간략한 개요에 국한한다. 제반 설명은 해당 공정의 초기 개요를 제시하는데 목적이 있기 때문에 반드시 모든 생산 경로를 설명하는 것은 아니며 BAT를 결정하려면 세부적인 정보가 필요할 수도 있다.

LVOC 공정에서 발생하는 일반 배출물질(4장 참조)소비 및 배출 수준은 각 공정마다 차이가 있으며 세부적인 연구 없이 이를 정의 및 정량화하

기는 어렵다. 그러한 연구들은 예시 공정에 대해 진행되어 왔으며, 기타 LVOC 공정에 대해 4장에서는 발생 가능한 오염물질과 그 발생원을 포괄적으로 설명하고 있다. 공정 배출물질이 발생하는 가장 중요한 원인들을 열거하면 다음과 같다[InfoMil, 2000 #83]:

Ÿ 원료에 함유된 오염물질은 공정을 그대로 통과해 폐기물로 배출될 가능성이 있다.Ÿ 공정에서 공기가 산화제로 사용되어 환기를 요하는 폐가스를 생성시킬 수 있다.Ÿ 공정 반응에서 물 또는 제품에서 분리해야 할 기타 부산물이 생성될 수 있다.Ÿ 공정에 보조제를 투입한 후 이를 모두 회수하지 못할 수도 있다.Ÿ 경제적으로 회수 또는 재사용할 수 없는 반응하지 않은 공급 원료가 존재할 수 있다.

배출물질의 정확한 특성 및 규모를 좌우하는 제반 요인으로는 설비 수명, 원료 조성, 제품 범위, 중간 생성물의 특성, 보조 재료의 사용, 공정 조건, 공정 내 배출 예방의 범위, 사후 처리 기술 및 운영 시나리오(즉, 일상적 시나리오, 비일상적 시나리오, 비상 시나리오)를 들 수 있다. 또한 실제 환경적 중요성에 대한 이해를 요하는 제반 요인으로는 설비 경계 정의, 공정 통합 수준, 배출 기준 정의, 측정 기술, 폐기물의 정의 및 설비 위치를 들 수 있다.

보고서 요약

대형 유기화학 공업 iii

BAT 결정 시 고려해야 할 일반 기술(5장 참조)5장에서는 LVOC 공정 배출을 예방 및 제어하기 위한 일반 기술의 개요를 제시하고 있다. 이러한 기술 중 상당수는 관련 공통 BREF에도 설명되어 있다. LVOC 공정은 대체로 공정 개발 기술, 공정 설계 기술, 설비 설계 기술, 공정 통합 기술 및 사후 처리 기술을 함께 사용함으로써 환경 보호의 목적을 달성하고 있다. 5장에서는 (공기, 물 및 폐기물을 위한) 관리 시스템, 오염 방지 및 제어와 관련해 이러한 기술들을 설명하고 있다.

관리 시스템. 관리 시스템은 LVOC 공정의 환경적 영향을 최소화하는데 있어 중추적인 역할을 담당하는 것으로 간주된다. 일반적으로 최고의 환경 성과를 거두려면 최고의 기술을 배치하고 가장 효과적이면서 효율적인 방식으로 그러한 기술을 운영해야 한다. 완벽한 환경 관리 시스템(EMS)은 없겠지만 LVOC 공정의 관리 및 운영에 있어 고유한 역할을 담당한다는 점에서 EMS는 가장 큰 비중을 차지한다. 일반적으로 EMS는 환경 정책을 개발, 시행, 완수, 검토 및 감시하기 위한 제반 조직 구조, 책임, 관례, 절차, 공정 및 자원을 다룬다[InfoMil, 2000 #83].

오염 예방. IPPC는 예방 기술의 활용을 전제로 하여 사후 처리 기술을 고려한다. 상당수 오염 예방 기술들은 LVOC 공정에 적용할 수 있으며 5.2장에서는 배출원 저감(제품, 투입 재료, 장비 및 절차의 변경에 따른 폐기물의 발생 방지), 재활용 계획 및 폐기물 최소화 계획과 관련해 그러한 기술들을 설명하고 있다.

대기 오염물질 제어. LVOC 공정에서 발생하는 주요 대기 오염물질들은 휘발성 유기화합물(VOC)에 속하며 다만 연소 가스, 산성 가스 및 입자상 물질도 다량 배출될 수 있다. 폐가스 처리 장치들은 특정한 폐가스 조성에 맞게 특별히 설계되어 있어 모든 오염물질을 처리할 수

있는 것은 아니다. 독성/유해 성분의 방출에 각별히 유의해야 한다. 5.3장에서는 일반적인 대기 오염물질에 대한 제어 기술들을 설명하고 있다.

휘발성 유기화합물(VOC). VOC는 대체로 공정 배출구, 유체 및 가스의 저장/이송, 비산 오염원 및 간헐적 배출구에서 발생한다. VOC 방지 및 제어의 효과와 소요 비용은 VOC의 종류, 농도, 유량, 배출원 및 목표 배출 농도에 따라 달라진다. 대체로 높은 유속, 높은 농도 및 다수의 공정 배출구에서 배출되며, 다만 점 오염원에 대한 제어를 강화하면서 저농도 확산 부산물에 따른 누적 영향도 인식해야 한다.

공정 배출구에서 발생하는 VOC는 가능한 한 제반 공정 내에서 재사용되며 다만 이러한 재사용은 VOC 조성, 재사용 규제, VOC 수치 같은 요인에 따라 좌우된다. 그 다음 대안은 VOC 열 함량을 연료로서 회수하는 것이며 회수가 불가능할 경우, VOC 열 함량을 저감해야 한다. 기술의 결합이 필요한 예로는, 전처리(수분 및 입자성 물질 제거), 희석 가스의 농축, 고농도 성분을 저감하기 위한 1차 제거 그리고 원하는 배출량에 도달하기 위한 최종 마감처리(polishing)를 들 수 있다. 일반적으로 응축, 흡수 및 흡착 공정에서는 VOC를 포집 및 회수할 기회를 제공하며, 산화 처리 기술은 VOC 분해를 포함한다.

비산 배출 시 관찰되는 VOC는 애초에 고안된 밀폐력의 점진적인 감소로 설비로부터 증기가 누출되어 발생한다. 일반 배출원으로는 밸브/조절 밸브의 스템 패킹(stem packing), 플랜지/연결부, 개방단, 안전밸브, 펌프/컴프레서 씰, 장비 맨홀 및 표본 추출 지점을 들 수 있다. 장비의 개별 부품에서의 비산 손실률은 대체로 작지만 일반 LVOC 설비는 매우 많은 부품을 포함하고 있기 때문에 VOC의 총 손실량은 매우 많다고 볼 수 있다. 고급 장비를 사용하면 비산 배출물의 발생량을 크게 저감할 수 있는 경우가 많다. 고급 장비의 사용은 대체로 신규 설비 투자비용을 증가시키지는 않지만 기존 설비에서는 많은 비용이 소요될 수 있기 때문에

누출 탐지 및 보수(LDAR) 프로그램에 더 의존하여 배출을 제어한다. 모든 장비에 적용되는 일반 요인들을 열거하면 다음과 같다.

보고서 요약

대형 유기화학 공업iv

Ÿ 밸브, 조절 밸브 및 플랜지의 수를 최소화하면서 설비의 안전한 운용성 및 유지관리 요구를 충족.

Ÿ 효과적인 유지관리를 위해 누출 위험이 있는 부품에 대한 접근을 개선.Ÿ 누출 손실은 측정하기 어려우며 감시 프로그램은 배출과 그 원인을 파악할 수 있는 좋은

출발점이 된다. 이는 활동 계획의 근거가 될 수 있다.Ÿ 누출 손실의 성공적인 저감은 기술 향상과 관리적 측면에 따라 크게 좌우되는데 그 이유

는 작업 인력의 동기 부여가 중요한 요인으로 작용하기 때문이다.Ÿ 저감 프로그램은 저감되지 않은 손실(US-EPA 평균 배출 계수를 통해 계산)을 80 ‒ 95 %

만큼 줄일 수 있다

Ÿ 장기간 성과에 각별히 유의하도록 한다.Ÿ 비산 배출물은 모니터링 되는 것 보다는 대부분 계산되어 보고되며 모든 계산식이 비교

가능한 것은 아니다. 평균 배출 계수는 대체로 측정된 값보다 높다.

연소 장치(공정 소각로, 증기 보일러 및 가스 터빈)는 이산화탄소, 질소산화물, 이산화황 및 입자성 물질의 배출을 초래한다. 대체로 연소온도를 저감하여 열적 질소산화물(thermal NOx)의 형성이 저감됨으로써 대부분의 질소산화물 배출이 저감된다. 배출 저감 기술로는 저-NOx 버너, 배가스 재순환 및 예열 감소를 들 수 있다. 질소산화물이 형성될 경우에도 선택적 비촉매 환원(SNCR) 또는 선택적 촉매 환원(SCR)을 이용해 질소로 환원하면 이 성분을 제거할 수 있다.

수질 오염물질 제어. LVOC 공정에서 발생하는 주요 수질 오염물질로는 유분/유기물의 혼합물, 생분해성 유기물, 난분해성 유기물, 휘발성 유기물, 중금속, 산성/알칼리성 유출물, 부유 물질 및 열을 들 수 있다. 기존 설비에서 배출 제어 기술의 선택 범위는 공정 통합(설비 내) 제어 조치, 설비 내 분리된 개별 배출 흐름의 처리 및 사후 처리에 국한할 수 있다. 신규 설비들은 폐수 발생을 막기 위해 대체 기술을 활용함으로써 환경적인 성과를 개선할 더 나은

기회들을 제공할 수 있다.

LVOC 공정을 구성하는 대부분의 폐수 성분들은 생분해성 물질에 속하며 중앙 폐수처리 설비에서 보통 생물학적으로 처리된다. 이러한 처리의 결과는 (화학적) 산화, 흡착, 여과, 추출, (증기) 탈기, 가수분해(생분해성 향상) 또는 혐기성 전처리를 이용해 중금속 또는 독성 또는 비 생분해성 유기화합물을 함유한 폐수를 1차 처리 또는 회수하는 공정에 따라 좌우된다.

폐기물 제어. 폐기물은 공정에 따라 큰 차이를 보이지만 해당 공정, 구성 재료, 부식/침식 메커니즘 및 유지관리 물질 등의 정보를 파악하면 주요 오염물질을 도출할 수 있다. 폐기물 감사는 모든 폐기물의 배출원, 조성, 배출량 및 가변성에 관한 정보를 수집하는데 활용된다. 일반적으로 폐기물 배출 예방은 배출원에서 폐기물 발생 방지, 폐기물 발생 최소화 및 재활용을 포함한다. 처리 기술의 선정 범위는 해당 공정 및 발생 폐기물 유형에 따라 다르며 전문 처리 업체와의 외주 계약을 통해 결정될 때가 많다. 촉매는 고가의 금속을 기반으로 할 때가 많으며 재생된다. 수명이 다 된 금속류는 회수되며 불활성 지지체는 매립된다. 정화 매질(예: 활성탄, 분자체(molecular sieve), 여과 매질, 건조제 및 이온 교환 수지)은 가능한 한 재생되지만, 매립 처분 및 소각(적절한 조건 하에서) 처리할 수도 있다. 증류탑과 용기 내부 슬러지 등에 남아 있는 고농도 유기 잔류물은 다른 공정을 위한 공급 원료 또는 (열량을 얻기 위한) 연료로 사용하거나 (적절한 조건 하에서) 소각할 수 있다. 연료로 회수 또는 사용할 수 없는 사용된 시약(예: 유기 용제)은 보통 (적절한 조건 하에서) 소각된다.

열 배출은 ‘하드웨어’ 기술(예: 열병합 발전, 공정 개조, 열 교환, 단열)을 통해 저감할 수 있다. 관리 시스템(예: 공정 장치에 따른 에너지 비용 특성, 에너지 사용/효율에 관한 내부 보고, 외부 벤치마킹, 에너지 감사 등)은 설비를 최적으로 적용하는 구역들을 확인하는데 사용된다.

보고서 요약

대형 유기화학 공업 v

진동을 줄이기 위한 방법으로는 본래부터 진동이 적은 진동 방지용 장착부가 있는 장비의 선택, 진동 발생원과 주변부의 분리 그리고 설계 단계에서 잠재적 수용체에 대한 접근성 고려를 들 수 있다.

소음은 컴프레서, 펌프, 불꽃 및 증기 배출구 같은 장비에서 발생할 수 있다. 소음 저감 방법으로는 적절한 구조를 통한 소음 방지, 흡음 장치, 소음 제어 부스/소음 발생원의 캡슐화, 건물의 소음 저감 배치 그리고 설계 단계에서 잠재적 수용체에 대한 접근성 고려를 들 수 있

다.

LVOC 공정에 가장 적합한 배출 예방 및 제어 기술을 선택하기 위해 다양한 평가 도구를 활용할 수 있다. 그러한 평가 도구로는 위험 분석 및 분산 모델, 연쇄 분석법, 계획 도구, 경제성 분석법 및 환경적 가중분석법을 들 수 있다.

일반 BAT(6장 참조)일반 BAT의 구성요소는 관리 시스템, 오염 예방/최소화, 대기 오염물질 제어, 수질 오염물질 제어 및 폐기물/잔류물 제어와 관련해 설명된다. 일반 BAT는 공정 또는 제품에 관계없이 LVOC 부문에 전체적으로 적용된다. 그러나 아래와 같은 우선순위에 따라 BAT의 3단계를 고려하면 특정 LVOC 공정에 대한 BAT를 결정할 수 있다.

1. 예시 공정 BAT(존재할 경우)2. LVOC에 대한 일반 BAT3. 모든 관련 공통 BAT(특히 폐수/폐가스 관리 및 처리, 저장 및 취급, 산업용 냉각 및 모니

터링에 대한 BREF를 출처로 하는)

관리 시스템: 효과적이면서 효율적인 관리 시스템은 높은 환경적 성과를 거두는데 있어 매우 중요한 관건이 된다. 환경 관리 시스템용 BAT는 무엇보다도 아래에 열거한 기술의 적절한 조합 또는 선택을 의미한다.

Ÿ 환경 전략 및 해당 전략을 준수해야 할 책임

Ÿ 의사 결정 과정에서 환경 문제를 함께 논의하기 위한 조직 구조

Ÿ 설비 설계, 운영, 유지관리, 시운전 및 폐쇄의 모든 주요 환경적 측면들에 대한 서면 절차 또는 관례

Ÿ 환경 정책의 이행을 검토하고 제반 절차, 표준 및 법적 요건에 대한 준수를 검증하기 위한 내부 감사 시스템

Ÿ 원료 및 폐기물의 총 비용을 내부화하는 회계 기준

Ÿ 환경 투자를 위한 장기 재정 및 기술 계획

Ÿ 모든 운영 방식에서 안정적인 운영, 높은 수율 및 양호한 환경 성과를 보장하기 위한 핵심 공정 및 오염 제어 장비용 제어 시스템(하드웨어/소프트웨어)

Ÿ 운영자의 환경 인식 및 교육을 보장하기 위한 시스템

Ÿ 공정 성과를 최적화하기 위한 검사 및 유지관리 계획

Ÿ 비정상적인 상황에 대한 명확한 대응 절차

Ÿ 현재 진행 중인 폐기물 최소화 조치

오염 예방 및 최소화: 모든 매체에서 LVOC 공정을 위한 BAT의 선택 시 다음과 같은 계층 구조에 따라 제반 기술을 순서대로 고려해야 한다.

a) 공정 개발 및 설계 특히, 고감도 반응 단계 및 적절한 촉매를 통해 (기체, 액체 및 고체 형태의) 모든 발생 폐기물 제거

b) 원재료, 장비 및 운영 절차에 대한 공정 통합 변경을 통해 배출원에서 폐기물 저감c) 직접 재사용 또는 재생/재사용을 통해 폐기물 재활용d) 폐기물에서 자원 가치 회수e) 사후 처리 기술을 이용해 폐기물 처리 및 처분

보고서 요약

대형 유기화학 공업vi

새로운 LVOC 공정의 설계와 기존 공정의 주요 변경을 위한 BAT는 아래에 열거한 기술의 적절한 조합 내지 선택을 의미한다.

Ÿ 폐쇄된 장비 내에서 화학 반응 및 분리 공정을 연속으로 실행

Ÿ 공정 용기에서 발생하는 연속 퍼지 흐름을 재사용, 회수, 대기오염제어 장비 내 연소 및 비전용(non-dedicated) 장비 내 연소로 구성되는 계층 구조를 통해 처리

Ÿ 에너지 사용 최소화 및 에너지 회수 최대화

Ÿ 증기압이 낮거나 저감된 화합물 사용

Ÿ ‘친환경 화학(Green Chemistry)’의 원칙 고려

비산 배출물 발생 방지 및 제어용 BAT는 무엇보다도 아래에 열거한 기술들의 적절한 조합 내지 선택을 의미한다.

Ÿ 단위 비용 당 배출물을 최대한 저감하는 파이프 및 장비 누출 지점에 중점을 두기 위한 공식적인 누출 탐지 및 보수(LDAR) 프로그램

Ÿ 각 단계에서 파이프 및 장비 누출 보수, 약간 낮은 임계치를 초과하는 누출 지점에서 (가능하다면) 즉시 소규모 수리를 실시, 약간 높은 임계치를 초과한다면 적시에 집중 보수 실시. 보수를 실시하는 조건이 되는 정확한 임계 누출률은 설비 상황 및 필요한 보수의 유형에 따라 달라진다.

Ÿ 다른 방법으로는 통제할 수 없는 대규모 누출 시 기존 장비를 고성능 장비로 교체

Ÿ 비산 배출물에 대한 엄격한 규격에 따라 신규 설비를 설치

Ÿ 아래에 열거한 장비 또는 동등한 효율을 갖춘 고성능 장비

- 밸브: 이중 패킹 씰(seal)이 장착된 저누출 밸브. 고위험 작업을 위한 벨로우 씰- 펌프: 액체 또는 기체 방벽이 있는 이중 씰 또는 씰 없는 펌프- 컴프레서 및 진공 펌프: 액체 또는 기체 방벽이 있는 이중 씰 또는 씰 없는 펌프 또

는 그에 준하는 배출 농도의 단일 씰 기술

- 플랜지: 플랜지 개수 최소화, 효과적 개스킷(gasket) 패킹 사용- 개방단: 자주 사용하지 않는 부속품에 차단 플랜지, 캡 또는 플러그를 부착, 액체 표

본 추출 지점에서 폐순환 세척 이용 그리고 표본 추출 시스템/분석기에서 표본 추출 용량/빈도를 최적화하고 표본 추출 라인의 길이를 최소화하거나 밀폐 용기 부착

- 안전 밸브: (안전 한도 내에서) 상류 파열판 부착

저장, 처리 및 이송에 관한 BAT는 저장 관련 BREF(Storage BREF)에서 설명되고 있으며, 무엇보다도 아래에 열거한 기술들의 적절한 조합 내지 선택을 의미한다.

Ÿ (고위험물이 아닐 경우) 보조 씰이 있는 외부 부유식 지붕, 내부 부유식 덮개와 가장자리 밀봉 장치(rim seal)(휘발성이 비교적 높은 액체용)가 장착된 고정식 지붕 탱크, 상부에 불활성 기체가 있는 고정식 지붕 탱크, 가압 저장실(고위험물 또는 악취 물질용)

Ÿ 저장 용기와 이동식 용기를 밸런스 라인과 서로 연결

Ÿ 저장 온도를 최저로 저감

Ÿ 과충전을 막기 위한 계장(instrumentation) 및 절차Ÿ 최대한 큰 탱크와 비교해 110 %의 용량을 갖는 불투과성 보조 격납용기Ÿ 재활용 또는 폐기에 앞서 에너지 증가 장치, 소각로 또는 연소 장치(flare) 내 연소를 통해

배출구에서 (응축, 흡수 또는 흡착을 통해) VOC 회수Ÿ 액위 및 액위의 변동을 지속적으로 감시

Ÿ 액면 바로 밑으로 연장되는 탱크 충전용 파이프

Ÿ 비산(splashing) 현상을 막기 위한 하단 적재 시스템Ÿ 과도한 이동을 탐지하는 적재기(loading arm)의 감지 장치Ÿ 자동 밀폐식 호스 연결부/건식 차단 연결부Ÿ 차량의 우발적인 이동 또는 발진을 방지하는 방벽 및 연동 시스템

수질 오염물질의 배출을 방지 및 최소화하기 위한 BAT는 아래에 열거한 기술들의 적절한 조합 또는 선택을 의미한다.

보고서 요약

대형 유기화학 공업 vii

A. 모든 발생 폐수를 식별하고 폐수의 질, 양 및 가변성을 분석B. 해당 공정에서 용수 투입을 최소화C. 원료, 제품 또는 폐기물로 인한 공정 용수 오염을 최소화D. 폐수 재이용 극대화E. 재사용에 부적합한 모액에서 물질의 회수율/저류율을 최대화

에너지 효율화에 관한 BAT는 다음과 같은 기술들의 적절한 조합 또는 선택을 의미한다:에너지 보존 최적화, 회계 시스템 구현, 빈번한 에너지 검토 실시, 열병합 최적화, 냉각 시스템 요구 최소화 그리고 경제적, 기술적으로 실행 가능한 범위 내에서 열병합 발전 시스템을 채택.

소음 및 진동의 발생을 예방 및 최소화하기 위한 BAT는 아래에 열거한 기술들의 적절한 조합 또는 선택을 의미한다.

Ÿ 수용체로부터 소음/진동 발생원을 분리하는 설계 방식을 채택Ÿ 본래부터 소음/진동 수준이 낮은 장비를 선택, 진동 방지용 장착부 사용, 흡음 장치 또는

캡슐 장치를 사용

Ÿ 소음 및 진동을 주기적으로 조사

대기 오염물질 제어: BAT를 선택할 경우, 오염물질의 종류 및 유입 농도, 가스 유량, 불순물의 존재 여부, 배출 허용 농도, 안전성, 투자 및 운영 비용, 설비 배치 및 설비들의 적용가능성 여부 등 여러 매개변수를 고려해야 한다. 높은 유입 농도 또는 비교적 효율이 낮은 기술의 경우, 여러 기술을 병용할 필요가 있다. 대기 오염물질에 대한 일반 BAT는 표 A(VOC에 대한 BAT)와 표 B(기타 공정 관련 대기 오염물질에 대한 BAT)의 적절한 조합 내지 선택을 의미한다.

기술 BAT 관련 수치(1) 비고

선택적

막 분리

90 ~ >99.9% 회수VOC < 20mg/m³

적용 범위: 1 ~ >10g VOC/m3

부식성 생성물, 먼지 가스 또는 노점에 근접한 가스 등으로 인해 효율이 저감될 수 있다.

응축

응축: 50 ~ 98%회수 + 추가적 저감

냉온 응축:(2)

95 ~ 99.95% 회수

적용 범위: 100 ~ >100,000m3/h의 유속, 50 ~ >100g VOC/m3

냉온 응축의 경우: 10 ~ 1,000m3/h의 유속, 200 ~ 1,000g VOC/m3, 20mbar ~ 6bar

흡착(2) 95 ~ 99.99% 회수

재생 흡착에 대한 적용 범위: 100 ~ >100,000m3/h의 유속, 0.01 ~ 10g VOC/m3, 1 ~ 20atm.비 재생 흡착: 10 ~ >1,000m3/h의 유속, 0.01 ~ >1.2g VOC/m3

세정기(2) 95 ~ 99.9% 저감 적용 범위: 10 ~ 50,000m3/h의 유속,

0.3 ~ > 5g VOC/m3

가열

소각

95 ~ 99.9% 저감VOC(2) < 1 ~ 20mg/m³

적용 범위: 1,000 ~ 100,000m3/h의 유속,0.2 ~ >10g VOC/m3.1 ~ 20mg/m3의 범위는 배출 한도 및 측정값을 기준으로 한다. 축열식 또는 열회수식 열소각로의 저감 효율은 95~99% 보다 낮지만 20mg/Nm3 미만의 수준에 도달할 수 있다.

촉매

산화

95 ~ 99 % 저감VOC < 1 ~ 20mg/m³

적용 범위: 10 ~ 100,000m3/h의 유속,0.05 ~ 3g VOC/m3

플레어링

(flaring)엘리베이트 연소장치 > 99%그라운드 연소장치 > 99.5%

1. 별도의 명시가 없는 한, 각 농도는 0°C, 101.3kPa 및 산소 함량 3 vol%(촉매/열 산화 반응의 경우, 산소 함량 11 vol%)인 건조 배가스의 기준 조건에 대한 30분/1일 평균값을 가리킨다.

2. 해당 기술은 검토를 요하는 매체 간 문제를 안고 있다.

표 A: VOC의 회수/저감을 위한 BAT 관련 수치

보고서 요약

대형 유기화학 공업viii

오염물질 기술 BAT 관련 수치(1) 비고

입자상물질

사이클론 최대 95% 저감입도에 따라 크게 달라진다.일반적으로 다른 기술(예: 전기집진기, 여과집진기)을 병용하는 BAT만 해당.

전기 집진기5 ~ 15mg/Nm³99 ~ 99.9% 저감

여러(비 LVOC) 산업 부문에서 해당 기술의 활용을 근거로 함. 성능은 입자 특성에 따라 크게 달라진다.

여과 집진기 < 5mg/Nm³2단계 먼지여과기

~ 1mg/Nm³

세라믹 여과기 < 1mg/Nm³절대 여과기 < 0.1mg/Nm³고성능 여과기(HEFA Filter)

액적 및 에어로졸 최대 99% 저감

미스트 여과기먼지 및 에어로졸 최대 99% 저감

악취흡착 바이오필터

악취 및 일부 VOC의 경우,95 ~ 99% 저감 적용 범위: 10,000 ~ 200,000 ou/Nm

3

이산화황및

산성 가스

습식 석회석 세정

90 ~ 97% 저감SO2 < 50mg/Nm³

적용 범위: 생성 가스 내 SO2 1,000mg/m3 미만

세정기HCl(2) < 10mg/Nm³HBr(2) < 5mg/Nm³

오스트리아에서 규정한 허용 한도에 따른 농도

반건식 흡착제 주입

SO2 < 100mg/Nm³HCl < 10 ~ 20mg/Nm³HF < 1 ~ 5mg/Nm³

적용 범위: 생성 가스 내 SO2 1,000mg/m3 미만

질소산화물

SNCR 50 ~ 80% NOx 저감

SCR85 ~ 95% 저감NOx < 50mg/m3 암모니아 < 5mg/m³

폐가스 내 수소 함량이 높을 경우, 증가할 수 있다.

다이옥신1차 조치+ 흡착 3층 촉매

< 0.1ng TEQ/Nm3 공정 내 다이옥신의 생성은 가능한 막아야 한다.

수은 흡착 0.05mg/Nm3활성탄 여과기를 사용하는 오스트리아의 폐기물 소각장에서 0.01mg/Nm3로 측정됨.

암모니아및 아민

세정기 < 1 ~ 10mg/Nm3 산성 세정기

황화수소흡수(알칼리 세정기) 1 ~ 5mg/Nm

3H2S 흡수율은 99% 이상.에탄올아민 세정기로 흡수 후 황을 회수하는 방법을 사용할 수도 있다.

1. 별도의 명시가 없는 한, 각 농도는 0°C, 101.3kPa 및 산소 함량 3 vol%인 건조 배가스의 기준 조건에 대한 30분/1일 평균값을 가리킨다.

2. 표준 조건에서 1일 평균값. 30분 측정값은 HCl < 30mg/m3 및 HBr < 10mg/m3이다.

표 B: 기타 LVOC 대기 오염물질의 저감을 위한 BAT 관련 수치

LVOC 공정에서 발생하는 대기 오염물질은 (독성, 지구 온난화, 광화학 오존 생성, 성층권 오존층 파괴 등과 관련해) 매우 다양한 특성들을 띠고 있으며 다양한 계로 분류된다. 범유럽권 분류 체계가 없는 상황에서 표 C는 네덜란드 NeR 시스템을 이용한 BAT 관련 수준을 보여준다. NeR은 높은 수준의 환경 보호에 부합하지만 단지 모범사례 중 하나에 불과하다. 그 외에도 BAT 관련 수준을 설정하기 위해 동등한 효력이 있는 분류 체계들을 활용할 수 있는데 그 중 일부는 BREF의 부록 8에 간략히 정리되어 있다.

보고서 요약

대형 유기화학 공업 ix

범주 ** 실행 가능한 BAT 해결책(포괄적 목록은 해당되지 않음)BAT 관련 배출 농도

(mg/Nm3) ***임계치(kg/h)

매우 유해한 물질

다이옥신 및 푸란 공정 통합: 양호한 가동 조건 및 공급 재료/연료 내 염소 함량 낮음.사후 처리: 활성탄, 촉매 여과집진기, 소각로.

0.1(ng I-TEQ/Nm3) 임계치 없음

PCB 0.1****(ng PCB-TEQ/Nm3) 임계치 없음

입자성 물질

입자성 물질여과가 불가능한 경우, 최대 25를 적용한다.여과가 불가능한 경우, 최대 50을 적용한다.

10 ~ 2510 ~ 50

≥ 0.5< 0.5

발암 물질*∑C1

소각로, 세정기, 절대 여과기, 활성탄.0.1 0.0005

∑C1 + C2 1.0 0.005∑C1 + C2 + C3 5.0 0.025유기성 물질(가스/증기)*∑gO1

소각로, (재생) 활성탄, 증기 회수 장치.

20 0.1∑gO1 + gO2 100 2.0∑gO1+ gO2 + gO3 100 ~ 150 3.0

유기성 물질(고체)*

∑sO1 여과가 불가능한 경우, 최대 25를 적용한다.여과가 불가능한 경우, 최대 50을 적용한다.

10 ~ 2510 ~ 50

≥ 0.1< 0.1

∑sO1 + sO2 여과가 불가능한 경우, 최대 25를 적용한다.여과가 불가능한 경우, 최대 50을 적용한다.

10 ~ 2510 ~ 50

≥ 0.5< 0.5

∑sO1 + sO2 + sO3

여과가 불가능한 경우, 최대 25를 적용한다.여과가 불가능한 경우, 최대 50을 적용한다.

10 ~ 2510 ~ 50

≥ 0.5< 0.5

무기성 물질(가스/증기)gI1

여러 가지 다양한 해결책 적용 가능(예: 화학적 세정기, 알칼리 세정기, 활성탄)

1.0 0.01gI2 5.0 0.05gI3 30 0.3gI4 산/알칼리 세정기, S(N)CR, 석회 주입 200 5무기성 물질(고체)*∑sI1

여과 집진기, 세정기, 전기 집진기0.2 0.001

∑sI1 + sI2 1.0 0.005∑sI1 + sI2 + sI3 5.0 0.025

* 합산 규칙을 적용한다(즉, 주어진 배출 농도는 관련 범주에 속하는 물질들 및 하위 범주에 속하는 물질들의 합으로 적용된다).

** 성분 분류에 관한 자세한 내용은 부록 8(회원국 대기 오염물질 분류 체계)을 참조하기 바란다.*** 배출 농도는 (미처리된 배출물의) 질량 임계치를 초과할 경우에만 적용한다. 배출 농도는 정상 조건(건조 배가스,

0°C 및 101.3 kPa)에서 30분간 평균값을 가리킨다. 산소 농도는 NeR에 정의되어 있지 않으며 다만 실제 산소 농도를 가리킨다(소각로의 경우, 11 vol%의 산소 함량을 허용할 수 있다).

**** 여기서 PCB에 대한 배출 농도는 TEQ로 환산해 표시되어 있다. 이러한 배출 농도를 계산하기 위한 관련 계수에 관한 설명은 논문 “Toxic Equivalency Factors (TEFs) for PCBs, PCDDs, PCDFs for Humans and Wildlife(인간 및 야생동물을 위한 PCB, PCD 및 PCDF의 독성등가계수(TEF))”, “Van den Berg et al. Environmental Health Perspectives, Volume 106, No 12, December 1998”을 참조하기 바란다.

표 C: LVOC 업계의 공정 배출구용 BAT와 관련된 대기 중 배출 농도

연소(flaring)에 사용되는 BAT는 무엇보다도 연소 장치(flare) 시스템에서 탄화수소 처분 필요량을 최소화하기 위한 설비 설계/운영의 적절한 조합 내지 선택을 의미한다. 안전성을 기준으로 하여 그라운드/엘리베이트 연소 장치 중 하나를 선택한다. 엘리베이트 연소 장치를 사용할 경우, BAT는 영구 파일럿/파일럿 플레임 탐지, 효율적인 혼합 및 폐쇄회로 TV를 이용한 원격 감시를 포함한다. BAT를 사용한 VOC 저감 수치는 엘리베이트 연소 장치 및 그라운드 연소 장치에서 각각 99 % 및 99.5 % 보다 높다.

공정 소각로에 대한 BAT는 신규 및 기존 상황에서 (시간 당 평균) 50 ‒ 100 mg NOx/Nm3의 배출 농도를 실현하기 위한 가스 점화 및 저-NOx 버너 구성이 있다. 기타 연소 장치(예: 증기 보일러, 가스 터빈)에 대한 BAT는 대형 연소 설비(Large Combustion Plant)에 관한 BREF에서 확인할 수 있다.

이산화탄소 배출에 관한 BAT는 에너지 효율을 향상시키며, 저탄소(다량의 수소 함유) 연료 또는 환경친화적인 비화석 연료로의 전환도 BAT로 간주할 수 있다.

수질 오염물질 제어: 수질 오염물질 처리에 대한 BAT는 무엇보다도 다음의 기술들의 적절한 조합 내지 선택을 의미한다.

보고서 요약

대형 유기화학 공업x

Ÿ (화학적) 산화, 흡착, 여과, 추출, (증기) 탈기, 가수분해 또는 혐기성 전처리 및 후속 생물학적 처리를 이용해 중금속 또는 독성 내지 난분해성 유기화합물을 함유한 폐수를 분리

처리 또는 회수. BAT 사용 시, 개별 처리된 폐수에서 성분별 배출농도(일평균)는 다음과 같다. Hg 0.05 mg/L, Cd 0.2 mg/L, Cu/Cr/Ni/Pb 0.5 mg/L 및 Zn/Sn 2 mg/L

Ÿ 중금속 또는 독성 내지 난분해성 유기화합물을 함유하지 않은 유기성 폐수는 (생분해성, 억제 효과, 슬러지 열화 효과, 휘발성 및 잔류 오염물질 농도 등을 평가하는) 저부하 설비에서의 복합 생물학적 처리가 적합할 것으로 추정된다. BAT 사용 시, 배출수 내 BOD 농도는 20 mg/L(일평균) 미만이다.

LVOC 공정 폐수에 무엇보다도 큰 영향을 미치는 요인으로는 응용 공정, 공정의 운영상 가변성, 물 소비량, 배출원 제어 대책 및 전처리 범위를 들 수 있다. 하지만 기술실무그룹(TWG) 전문가의 판단을 근거로 할 때 BAT 관련 배출 농도(일평균)는 다음과 같다. COD 30 ‒ 125 mg/L, AOX < 1 mg/L 및 총 질소 농도 10 ‒ 25 mg/L.폐기물 및 잔류물 제어: 폐기물 및 잔류물 처리에 관한 BAT는 무엇보다도 아래에 열거한 기술들의 적절한 조합 내지 선택을 의미한다.

Ÿ 촉매 – 재생/재사용하고 이미 사용된 경우에는 귀금속 함량을 회수할 것Ÿ 사용 후 정제된 매질 – 가능한 한 재생하며 그렇지 않으면 매립 또는 소각할 것

Ÿ 유기성 공정 잔류물 – 공급 원료나 연료로 최대한 사용하고 그렇지 않으면 소각할 것

Ÿ 사용 후 시약 – 연료로 최대한 회수하거나 사용하고 그렇지 않으면 소각할 것

예시 공정: 저급 올레핀(7장 참조)

일반 정보: 저급 올레핀은 LVOC 부문 내에서 가장 큰 상용 화학물질군을 포함하고 있으며, 매우 다양한 종류의 유도체에 사용된다. 1998년 유럽 지역의 에틸렌 생산량은 2,030만 톤이었으며 프로필렌 생산량은 1,360만 톤에 달했다. 증기 분해에 의해 에틸렌 및 프로필렌의 98 % 및 75 % 이상이 각각 생산된다. 유럽에는 현재 50개의 증기 분해 설비가 운영되고 있다. 유럽 지역의 평균 설비 생산 규모는 연간 약 400 kt에 달하며 최대 생산량은 매년 1백만 톤에 육박한다. 올레핀 생산에 적합한 공급 재료는 경질 가스(예: 에탄 및 LPG)에서 정유 제품(나프타, 경유)에 이르기까지 다양하다. 공급재료가 많아질수록 보통 더 많은 부산물(프로필렌, 부타디엔, 벤젠)이 생성되며 더 큰/많은 복합 설비를 요한다. 모든 저급 올레핀은 성능보다는 제품 규격에 따라 판매되며 이는 판매 가격이 주요한 요인으로 작용하는 국제 시장의 거래를

촉진한다. 증기 분해 설비는 소수의 국제 엔지니어링 계약업체들로부터 허가된 독점 기술을 활용하고 있다. 일반 설계는 비슷하지만 특정 공정 세부 내용은 (특히 소각로 구역에서) 공급 재료 선택/특성에 따라 결정된다. 전세계적인 경쟁 하에서 주요 성능 우위를 제공하는 기술은 존재하지 않으며, 기술 선택은 대체로 기존의 경험, 지역 상황 및 총 자본 비용에 의해 영향을 받게 된다.

응용 공정: 증기 분해 공정은 활발한 흡열 반응을 수반하며(에틸렌 1톤당 15 ‒ 50 GJ) ‘분해’ 반응은 800 ℃ 이상의 열분해 소각로 내에서 이루어진다. 이와는 대조적으로, 올레핀 생성물의 후속 회수 및 정제는 영하 150 ℃의 온도 및 35 bar의 압력 하에서 극저온 분리를 수반한다. 설비는 에너지 회수를 위해 고도로 통합 설계된다. 공급 재료/생성물의 높은 휘발성 및 가연성은 폐쇄형 배출 시스템의 광범위한 활용을 포함해 높은 수준의 전체 설비 격납용기 무

결성을 요구하며, 그 때문에 최상의 성능을 갖춘 설비에서 분해기의 총 탄화수소 손실은 에틸렌 1톤당 5 ‒ 15 kg으로 낮게 나타난다.소모량/배출량: 증기 분해 작업 공정의 규모가 크다는 것은 잠재적 배출량이 크다는 것을 의미한다.

보고서 요약

대형 유기화학 공업 xi

공기. 열분해 소각로는 저황 가스(종종 수소를 함유)를 태우며 연소 배출물(CO2, CO, NOx)은 공정 대기 배출물의 대부분을 차지한다. 이산화황 및 입자성 물질의 배출은 비교적 가격이 낮은 분해기 생성물(예: 보조 보일러 또는 여타 공정 가열기 내 생성물)을 연료로 사용할 경우 그리고 소각로 코일에 퇴적된 코크스의 연소 시 발생한다. VOC 배출은 연소 공정, 비산 손실 및 대기 배출구 점 오염원에 의해 발생할 수 있다.

물. 일반 유출물(예: 보일러 급수) 외에도 3가지 특수 유출물 흐름 즉, 공정수(희석 증기 배출), 사용 후 부식수 및 탈탄 드럼 분사기(설치된 경우)의 배출수가 있다. 액체 탄화수소와 접촉한 흐름은 탄화수소, 용존 무기 고형물 및 입자성 물질, 화학적 산소요구량(COD) 또는 생물학적 산소요구량(BOD)을 발생시키는 물질 및 미량의 금속 양이온 등 여러 오염물질을 함유할 수 있다.

고형 폐기물. 공급 재료가 가스 또는 나프타일 경우, 증기 분해 공정에서 비교적 적은 양의 고형 폐기물이 생성되며 다만 경유를 급유 시 유성 슬러지가 생성된다. 고형 폐기물은 대부분 유기성 슬러지 및 코크스이며 다만 사용되었던 촉매, 흡착제 및 각종 용제는 주기적으로 폐기해야 한다.

최적실용가능기술(BAT):공정 선택: 증기 분해 공정은 현재 모든 범위의 저급 올레핀을 생성시킬 수 있는 유일한 대규모 공정으로서 일반적으로 BAT로 간주된다. 공급 재료로 가스를 사용하는 설비의 배출량이 나프타 또는 경유를 사용하는 설비의 배출량보다 낮은 경향을 보이더라도 BAT로 간주되는 공급 재료는 존재하지 않는다.

대기 배출. 효율적인 열분해 소각로의 선택, 유지관리 및 가동은 대기 배출을 최소화하는데 있어 가장 중요한 BAT를 대표한다. 현대식 소각로는 92 ‒ 95 %의 열효율을 갖추고 있으며 천연가스 또는 일반 잔류 가스(메탄과 수소의 혼합물)를 활용한다. 소각로는 효율적인 연소 관리를 위한 첨단 제어 시스템을 포함하고 있으며, (시간당 평균 농도가 75 ‒ 100 mg NOx/Nm3인 BAT 사용 시의 배출 수준으로 배출하는) 초저(ultra-low) NOx 버너 또는 선택적 촉매 DeNOx 장치(시간당 평균 농도가 60 ‒ 80 mg NOx/Nm3인 BAT 사용 시의 배출 수준으로 배출)를 장착하고 있다. NOx 저감율이 높은 상태에서 현대식 SCR 장치의 BAT 사용 시의 암모니아 배출 농도는 (시간당 평균) 5 mg/m3 미만이며 다만 촉매 수명에 따라 배출량이 증가할 수 있다.

분해로는 공기/증기 혼합물을 이용한 주기적인 탈탄소 공정을 필요로 한다. 탈탄소 배출 가스는 소각로 연소실 또는 별도의 탈탄소 드럼으로 이동되는데 여기서는 분사기 또는 사이클론

회수 시스템을 통해 입자상 물질의 배출 농도를 (시간당 평균) 50 mg/Nm3 미만으로 제어할 수 있다.

고용량 엘리베이트 연소 장치(flare) 굴뚝은 에틸렌 설비의 특징이 될 수 있는데, 그 이유는 주요 설비 이상 시 이 굴뚝이 탄화수소의 안전한 폐기 경로를 제공하기 때문이다. 플레어링은 환경 영향(가시성, 소음)을 일으킬 뿐만 아니라 운영자의 입장에서 상당한 액수의 손실을 의미한다. 따라서 BAT는 검증이 됨과 동시에 신뢰도가 높은 설비 및 장비의 활용, 연소 장치로 전달된 재료에 대한 재활용 시설의 공급 및 대체 폐기 경로(예: 규격을 벗어나는 재료에 대한 공정 흐름의 여타 부분)를 통해 연소를 최소화한다. 자산의 운영 및 유지관리를 위한 모범 관리 기준의 수립 및 활용 역시 성능을 극대화함으로써 배출량을 최소화하는데 중요한 역

할을 담당한다. CCTV를 통한 지속적 모니터링, 자동 유량 조절 증기 주입 및 파일럿 플레임 탐지는 연소 상황의 진행 시간 및 강도를 최소화하기 위한 BAT에 속한다. 최적의 조건 하에서 연소 장치 내 연소 효율은 99 %이다.

이산화탄소 및 이산화황을 포함한 산성 가스는 수산화나트륨과의 반응을 통해(어떤 경우에는 재생 가능한 아민 세정을 활용해 산성 가스 부하를 먼저 줄인 후) 분해된 가스로부터 제거된다. 설비에서 사용된 부식성의 흐름을 회수할 수 없는 경우 혹은 액상 유출물로 폐기하기 전에 흐름을 처리할 목적으로 습식 산화 기술을 사용할 수 없는 경우, 산성 가스가 배출될 수 있다. 사용되었던 부식제(caustic)는 산성화를 통해 처리할 경우, 기체 황화수소가 생성되는데 이 성분은 적절한 소각로(이산화황으로 연소됨)로 전달되거나 혹은 인근의 황 회수용 클라우

보고서 요약

대형 유기화학 공업xii

스(Claus) 장치로 간혹 전달되기도 한다.

BAT는 휘발성 탄화수소의 저장 및 처리 시 대기 배출구의 사용을 피하는 것이다. 비산 배출물의 발생을 최소화하기 위한 BAT의 예로는 용접 배관의 폭넓은 활용, 펌프/컴프레서용 높은 무결성 씰 장치 사용 그리고 계획적인 유지관리를 통해 배출을 모니터링 및 저감하기 위한

효과적 관리 시스템에 의해 지원되는 차단/조절 밸브에 적합한 그랜드 패킹(gland packing) 재료를 들 수 있다.수계 배출. 액체 유출물 처리에 관한 BAT의 예로는 최종 처리 전 회수율을 극대화하기 위한 공정 통합 기술 및 재활용/추가 처리의 적용을 들 수 있다.

Ÿ (분해로에서 사용되는 희석 증기의 응축에 따른 유출물인) 공정수의 처리에 관한 BAT의 예로는 희석 증기 생성 설비를 들 수 있는데, 여기서 증기는 고급 탄화수소를 제거하기 위해 세척 후 탈기 및 재기화되어 소각로에서 재활용된다.

Ÿ 사용되었던 부식제 처리에 관한 BAT의 예로는 회수, 습식 산화, 산성화(후속으로 황 회수 또는 소각 진행) 또는 산성 가스 연소를 들 수 있다.

Ÿ 최종 유출물 처리에 관한 BAT의 예로는 물리적 분리(예. API 분리기, 주름판 유수분리기) 후 고도 처리(polishing)(예: 과산화수소 산화 또는 생물학적 처리)를 들 수 있다. 특히, 최종 배출 폐수에 대한 BAT 수준(일평균)은 다음과 같다. COD 30 ‒ 45 mg/L 및 TOC 10 ‒15 mg/L(에틸렌 1톤당 2 ‒ 10 g).

부산물/폐기물. BAT는 전문적인 처분 계약업체를 이용한 소각 처분을 위해 API 분리기에서 발생한 슬러지 등 유기성 폐기물의 주기적 제거, 귀금속 재생 후 매립 처분할 사용된 촉매 및 건조제, 그리고 매립 내지 소각을 통해 고정된 형태로 처분할 코크스 분말을 포함한다.

예시 공정: 방향족 화합물(8장 참조)

일반 정보: ‘방향족 화합물’은 벤젠, 톨루엔, 혼합 크실렌, 오르토-크실렌, 파라-크실렌 및 메타-크실렌(흔히 BTX라 함)을 가리킨다. 벤젠은 스티렌, 쿠멘 및 시클로헥산을 생성하는데 사용된다. 대부분의 톨루엔은 벤젠, 페놀 및 톨루엔 디이소시안산염을 생성하는데 사용된다. 파라-크실렌은 폴리에틸렌 테레프탈염산(PET)로 변형되고 혼합 크실렌은 주로 용제로 사용되며 오르토-크실렌은 무수 프탈산을 제조하는데 사용된다.

1998년 서유럽의 방향족 화합물 제조업계의 생산 실적은 1천만 톤(23억 달러 상당)을 초과했다. 방향족 화합물 거래 시장은 저마다 다른 공정 및 공급 재료로 생산되는 6개 제품과 관련해 복잡하면서 변동이 많다. 방향족 화합물 제품의 시장가격은 서로 관계가 있으며 원유 원가, 나프타 가격 및 환율에 따라 달라지기도 한다. 또한 2000년 1월 1일에 발효된 유럽연합(EU) 자동차 연료품질 규제지침은 휘발유 내 벤젠 함량을 1% 미만으로 규제하고 있으며 상류 공급재료에서의 후속적인 벤젠 회수 요구로 인해 EU 지역의 벤젠 생산량은 증가하고 있다.

적용된 공정: BTX 방향족 화합물은 3가지 공급재료 즉, 정제 개질유, 증기 분해기 열분해 휘발유(열분해 가스(pygas)) 및 콜타르 처리 후 생성된 벤졸을 토대로 생산된다. 공급 재료는 화학제품 시장에서 분리 및 정제해야 할 여러 방향족 화합물의 혼합물에 해당된다.

Ÿ 벤젠: 유럽에서 생산되는 벤젠의 55%는 열분해 가스(pygas)에서 생성되고 20%는 개질유에서 생성되며 나머지는 콜타르나 기타 방향족 화합물의 화학 처리 후 잔류물에서 생성된

다. 유럽 내 57개 벤젠 생산 시설의 연간 생산능력은 총 8,100kt에 이른다.Ÿ 톨루엔: 유럽에서 열분해 가스와 개질유 공급재료는 각각 톨루엔 생산량의 50%를 차지한

다. 28개 톨루엔 생산 시설의 연간 생산능력은 총 2,760kt에 이른다.Ÿ 크실렌: 개질유는 크실렌의 주요 원료에 속한다. 크실렌 생산은 보통 파라-크실렌에 중점

을 두지만 대부분의 생산업체들은 오르토-크실렌 및 메타-크실렌도 추출한다. 유럽 내 11개 크실렌 생산 시설의 연간 생산능력은 총 1,850kt에 이른다.

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대형 유기화학 공업 xiii

생산 공정의 선택은 공급재료의 가용성 및 비용 그리고 방향족 화합물 제품의 수요에 따른

전략적인 결정이다. 공급재료 및 원하는 제품은 변동하기 때문에 방향족 화합물 생산 설비는 거의 고유한 형태로 구성된다. 그러나 석유화학 공급재료를 이용한 방향족 화합물 생산은 아래의 절차들을 포함하는 일련의 긴밀한 연계 통합 단위 공정 중 일부 또는 전부를 활용한다.

Ÿ 정교한 물리적 분리 공정(예: 공비 증류, 추출 증류, 액-액 추출, 동결 결정화, 흡착, BF3/HF를 이용한 착화 등)을 이용한 방향족 화합물의 (비 방향족 화합물과) 분리 및 순 생성물의 분리. 가장 널리 쓰이는 방법으로는 용제 추출 후 증류를 들 수 있다.

Ÿ 다음의 기술을 이용하여 보다 유익한 생성물로 화학적 변환 -- 수소화 탈알킬화(THD 또는 HDA)를 통해 톨루엔을 벤젠으로 변환- 톨루엔 불균등화(TDP)를 통해 톨루엔을 벤젠 및 크실렌으로 변환- 이성니트로화를 통해 크실렌 또는 메타-크실렌을 파라-크실렌으로 변환

방향족 화합물 생산 시설의 물리적 소재지는 정유 또는 석유화학 단지에 위치할 수 있으며, 공정 통합은 부대시설, 부산물 처리 설비 및 공용 설비(연소(flare) 시스템 및 폐수처리장 등)의 일반적인 사용을 허용한다. 방향족 화합물 생산 공정은 대부분 국제 기술 제공업체에서 구성 및 설계한다. 현재 70여 개의 공정 라이센스와 20여 라이센스 사용권자들이 있으며 이들은 저마다 지역 조건에 맞는 상이한 공급재료 및 공정 특성들을 갖추고 있다.

소모량/배출량: 에너지 사용량은 공급재료의 방향족 화합물 함량, 열병합의 범위 및 기술에 따라 달라진다. 방향족 화합물의 생산 공정은 발열 공정(예: 수소 처리) 또는 에너지 집약 공정(예: 증류)으로 진행될 수 있으며, 열 회수율 및 사용률을 최적화할 기회가 많다.

방향족 화합물 생산 설비의 배출물은 주로 분리 공정에 필요한 에너지(예: 열, 전력, 증기, 냉수 등)의 사용으로 인해 발생한다. 공정 설계는 대체로 대기로의 배출을 포함하지 않으며 핵심 공정의 몇몇 배출물은 불순물 제거 작업, 처리 과정에서 발생하는 본래 폐기물 및 장비에서의 배출로 인해 발생한다.

최적실용가능기술(BAT): 공정 선택은 사용 가능한 공급 재료 및 원하는 제품에 따라 좌우되기 때문에 BAT 공정을 식별할 수는 없다.

대기로 배출: BAT는 무엇보다도 아래에 열거한 기술들의 적절한 선택 내지 조합을 의미한다.Ÿ 방향족 화합물 생산 설비 및 주변 시설 내 에너지 병합 최적화

Ÿ 신설 소각로의 경우 초저 NOx 버너(ULNB)를 설치하며, 규모가 큰 소각로의 경우, 촉매 De-NOx 장치(SCR)를 설치한다. 기존 소각로에서의 설치는 설비 설계, 크기 및 배치에 따라 달라진다.

Ÿ 단순 반복 공정 배출구 및 안전 밸브 배출부의 경로를 가스 회수 시스템 또는 연소 장치(flare)까지 연결

Ÿ 운영자의 노출을 최소화하고 표본 추출 전 정화 단계에서 배출물을 최소화하기 위해 폐순환 표본 시스템 사용

Ÿ 설비에 이상이 있을 때 배출을 최소화하기 위해 열 투입을 중지하고 설비 가동을 신속하고 안전하게 중단하기 위해 ‘열 차단(heat-off)’ 제어 시스템 사용

Ÿ 특히 벤젠 농도가 1wt%를 넘거나 방향족 화합물 농도가 25wt%를 넘을 경우, 유지관리 전 탄화수소를 함유한 장비의 배출 및 통풍을 위해 폐쇄형 배관 시스템을 사용

Ÿ 공정 내 벤젠 함량이 1wt%를 넘거나 총 방향족 화합물 함량이 25wt%를 넘는 시스템에서 가스 정화 또는 이중 기계식 씰 또는 자기구동식 펌프와 함께 밀폐형 펌프 또는 단일 씰

사용

Ÿ 스템(stem) 상승식 수동 밸브 또는 조절 밸브의 경우, 비산 배출물이 직업적 노출에 영향을 미칠 때 송풍기(bellows) 및 패킹 상자(stuffing box)를 부착하거나 높은 무결성 패킹 재료(예: 탄소 섬유) 사용

Ÿ 이중 기계식 씰 또는 공정에 적합한 밀폐 용액 또는 가스 씰 내지 씰 없는 기종과 함께 컴프레서 사용

Ÿ 열 회수 설비를 갖춘 소각로 내에서 수소화 반응의 배가스 연소

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대형 유기화학 공업xiv

Ÿ (벤젠 등 위험한 방향족 화합물을 제외한 용도의) 이중 씰 부유식 지붕 탱크[EC DGXI, 1990 #16] 또는 높은 무결성 씰을 갖춘 내부 부유식 지붕을 포함하는 고정식 지붕 탱크 또는 서로 연결된 증기 공간 및 단일 배출구에서 증기를 회수 또는 흡수하는 고정식 지붕

에서 방향족 화합물의 대량 저장소 제공

Ÿ 폐쇄형 배출(vent) 시스템을 이용해 방향족 화합물이 유입 또는 배출, 하단 유입 및 발생한 증기는 증기 회수 장치, 버너 또는 연소 장치(flare) 시스템에 전달

수계 배출: BAT는 무엇보다도 아래에 열거한 제반 기술의 적절한 선택 내지 조합을 의미한다.Ÿ 폐수 발생량을 최소화하고 폐수 재사용률을 극대화

Ÿ (증기 탈기를 이용해) 탄화수소를 회수하고 탄화수소를 연료 또는 기타 회수 시스템으로 재활용하며 수성 성분을 생물학적으로 처리(기름 분리 후).

폐기물: BAT는 무엇보다도 아래에 열거한 기술들의 적절한 선택 내지 조합을 의미한다.Ÿ 사용되었던 촉매 및 매립 촉매 지지물 내 귀금속 함량분의 회수 및 재사용

Ÿ 유성 슬러지를 소각하고 그 열을 회수

Ÿ 사용되었던 점토질 흡착제를 매립 또는 소각

예시 공정: 산화 에틸렌/에틸렌 글리콜(9장 참조)

일반 정보: 산화 에틸렌(EO)은 여러 주요 제품의 제조 시 화학적인 주요 중간 생성물로 쓰인다. 주요 물질은 에틸렌 글리콜(EG)이며 그 외의 중요한 물질로는 에톡실레이트, 글리콜 에테르 및 에탄올 아민이 있다.

EU 지역의 총 EO(예전 반응기(ex-reactor)) 생산능력은 연간 2,500kt에 달하며 14곳의 제조 시설에서 EO를 생산하고 있다. EU 지역에서 이러한 EO의 약 40%는 글리콜로 변환된다(전세계를 통틀어 약 70%). 유럽 지역의 생산 시설들은 대체로 EO 및 EG 생산 설비를 통합하고 있다. EO 및 MEG는 사용 시 성능보다는 화학 규격을 기준으로 판매되기 때문에 주로 가격에 근거한 경쟁이 이루어진다.

산화 에틸렌은 독성이 있으며 인체발암물질에 속한다. EO 가스는 공기와 혼합되지 않은 상태에서도 가연성이 있으며 자동 분해와 함께 폭발을 동반할 수 있다. 에틸렌 글리콜은 안정적인 비 부식성 액체로서 경미한 눈 염증 또는 (반복 접촉 시) 피부 염증을 일으킬 수 있다.

적용된 공정: 산화 에틸렌은 은(silver) 촉매에 대한 기체상 반응 시 에틸렌 및 산소(또는 공기)로부터 발생한다. 촉매는 100% 선택적인 것은 아니며 에틸렌 공급분의 일부는 CO2 및 물로 변환된다. EO 반응기에서 방출된 반응열은 설비 내 가열 목적으로 사용되는 증기를 생성함으로써 회수할 수 있다. EO는 수중 흡수 후 탈기 설비에서 농축되어 기체 반응기 유출물로부터 회수된다. 산소 공정 중 EO 흡수기에서 발생하는 재활용 가스의 일부는 칼럼을 통과하는데 이 과정에서 이산화탄소는 (고온의 탄산칼륨 용액 내에서) 흡수를 통해 제거되며 이후에는 탈기 설비 내 탄산염 용액으로부터 제거된다.

에틸렌 글리콜은 온도가 상승한 조건에서(보통 150~250°C) EO와 물의 반응을 통해 생성된다. 주요 생성물은 모노에틸렌 글리콜(MEG)이지만, 중요한 부산물로는 디에틸렌 글리콜(DEG)과 트리에틸렌 글리콜(TEG)이 있다. MEG는 주로 폴리에스테르 섬유 및 폴리에틸렌 테레프탈염산(PET)의 제조에 사용된다.

소모량/배출량: EO 촉매의 선택은 원재료 소모량 및 에너지 사용량에 큰 영향을 미칠 수 있으며 기체 및 액체 유출물, 부산물 및 폐기물의 생성에 큰 영향을 미칠 수 있다. EO/EG 공정의 주요 유출물을 열거하면 다음과 같다.

Ÿ CO2 배출구(CO2 vent)는 EO 반응기에서 형성된 CO2(및 미량의 에틸렌과 메탄)를 정화한다. CO2는 판매를 위해 회수되거나 열/촉매를 통해 산화된다.

Ÿ 불활성 가스 배출구(inerts vent)는 에틸렌 및 산소 공급재료에 존재하는 불활성 가스를 정화한다. 배출구는 주로 탄화수소를 포함하며 이는 대체로 연료 가스로 사용된다.

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대형 유기화학 공업 xv

Ÿ 중질 글리콜 부산물은 여러 고객에게 판매되는 경우가 많다.Ÿ 유출수는 총 EO/EG 장치의 복합 배출수로서 소량의 수용성 탄화수소(대부분 글리콜)를

분해하는 생물학적 처리장치로 전달된다.Ÿ 고형 폐기물은 주로 (활성 및 선택도가 저하될 때 주기적으로 교체되는) 사용되었던 EO

촉매에서 발생한다. 사용되었던 EO 촉매는 은 회수용 외부 재생장치로 전달되며 불활성 담체는 폐기된다.

최적실용가능기술(BAT):공정 경로: 산화 에틸렌의 BAT 공정 경로는 (에틸렌 소모량 감소 및 배출 가스 생성량 감소로 인한) 순 산소에 의한 에틸렌의 직접 산화이다. 에틸렌 글리콜에 대한 BAT 공정 경로는 (원하는 글리콜의 생성량을 극대화하고 에너지 사용량을 최소화하는 반응 조건에서) EO(산화 에틸렌)의 가수분해를 기준으로 한다.

대기로 배출: EO 격납용기의 손실을 방지하여 EO에 대한 직업적 노출을 막기 위한 기술도 환경 보호를 위한 BAT에 해당된다.

제품으로 판매할 CO2를 회수하는 것은 CO2 배출에 관한 BAT에 해당된다. 이것이 불가능할 경우, BAT는 보다 효율적인 산화 촉매를 사용하고 CO2 탈기(stripping) 전 메탄 및 에틸렌 농도를 저감하며 CO2 배출 경로를 열/촉매 산화 장치로 연결함으로써 CO2, 메탄 및 에틸렌 배출량을 최소화하는데 그 목적이 있다.

불활성 가스 배출(inerts vent)에 관한 BAT는 에너지 회수 또는 플레어링을 위해 연료 가스 시스템에 불활성 가스를 전달한다(EO 배출 농도를 보통 시간당 평균 1mg EO/Nm3 미만으로 저감). 순수한 산소가 아닌 공기를 이용해 EO 반응이 이루어질 경우, BAT는 2차 산화 반응기에 잉여 불활성 가스를 전달해 잔류 에틸렌을 대부분 EO로 변환하게 된다.

EO를 함유한 배출 가스의 처리에 관한 BAT는 다음과 같다.Ÿ (시간당 평균) 5mg EO/Nm3 미만으로 물 세정을 실시하고 대기로 배출(메탄 및 에틸렌 함

량이 낮은 상태에서 배출 시)Ÿ 물 세정 및 공정에 재활용(메탄 및 에틸렌 함량이 현저한 상태의 배출 시)Ÿ 최소화 기술(예: 압력 균형 조절 및 저장/유입 시 증기 반송)

수계 배출: 수계 배출량 저감을 위한 BAT는 고농도 유기성 부분(판매 또는 소각용)을 회수하면서 부분적으로 기여하는 흐름을 농축시키고 나머지 유출수는 생물학적 처리 장치로 연결하

는데 그 목적이 있다. BAT를 적용하면 구 반응기(ex-reactor)에서 EO 1톤당 10~15g TOC의 배출 농도를 얻을 수 있다.

부산물 및 폐기물:Ÿ 중질 글리콜에 대한 BAT는 (소각에 의한) 폐기를 최소화하기 위해 공정 내 중질 글리콜

형성을 최소화하고 매출을 극대화하는데 그 목적이 있다.Ÿ 사용되었던 EO 촉매에 적용되는 BAT는 적절한 폐기(예: 매립)에 앞서 촉매 수명을 최적

화하고 은 함량분을 회수하는 것이다.

예시 공정: 포름알데히드(10장 참조)

일반 정보: 포름알데히드는 포름알데히드의 100% 중합체 또는 다른 화학물질과의 반응 생성물로서 수많은 제품(예: 수지, 페인트 등)의 제조에 널리 쓰인다. 유럽 내 13개국에 분포한 포름알데히드 생산 시설 68곳의 연간 총 생산능력은 3,100kt에 이른다. 포름알데히드는 고농도에서 독성 및 발암성을 띠며 이 성분의 강력한 자극성은 고농도 상태에서의 인체 노출 자체

가 제한되어 있음을 의미한다. 또한 작업자의 직업적 노출을 제한하기 위해 엄격한 운영 기준이 마련되고 있다.

적용된 공정: 포름알데히드는 공기 결핍(‘은염 공정(silver process)’) 또는 공기 과잉(‘산화물 공정’) 상태에서 촉매 산화를 통해 메탄올로부터 생성된다. 그 외에도 완전/일부 메탄올 변환을 위한 은염 공정을 설계하는 방법으로는 여러 가지가 있다. 공정 경로는 저마다 장단점이

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대형 유기화학 공업xvi

있으며 유럽의 포름알데히드 생산능력은 은염 경로와 산화물 경로 사이에 거의 동일하게 분

할된다.

소모량/배출량: 전기 및 증기는 2가지 주요 에너지에 속하며 그 소모량은 공정의 선택성과 직접적인 관계가 있다. 또한 공정 선택성은 반응기 내 (CO 및 CO2로 존재하는) 탄소의 손실량과 상관관계가 있다. 탄소 손실량이 감소할수록 선택성은 증가한다. 그러나 전체 탄소 산화 작용은 (포름알데히드 생성 반응에 비해) 매우 발열적이기 때문에 탄소 손실량이 클수록 증기 발생량은 증가한다. 따라서 질이 나쁜 촉매는 다량의 증기를 생성하며 메탄올 소모량에 악영향을 미친다.

대기로 배출: 은염 공정 및 산화물 공정의 경우, 포름알데히드 흡수탑에서 발생하는 배출 가스는 단지 연속적인 폐가스에 불과하다. 주요 오염물질로는 포름알데히드, 메탄올, CO 및 디메틸 에테르가 있다. 추가 배출물은 저장 흡입 및 비산으로 인해 발생할 수 있다.

수계 배출: 단순 반복 가동 조건에서 은염 공정 및 산화물 공정은 연속적인 액체 폐기물을 생성하지 않는다. 간헐적 부산물 중 상당수는 포름알데히드 생성물을 희석하기 위해 공정 내에서 재가공할 수 있다.

폐기물: 정상적인 가동 조건에서 고형 폐기물은 거의 형성되지 않으며, 다만 사용되었던 촉매, 고형 파라-포름알데히드의 형성 및 사용되었던 필터가 존재한다.

최적실용가능기술(BAT): BAT 생산 경로는 산화물 또는 은염 공정일 수 있다. 공정 선택은 메탄올 소모량 및 가격, 공정 생산능력, 물리적 설비 규모, 전력 사용률, 증기 생산량 및 촉매 가격/수명에 따라 좌우된다. BAT는 주변 현장을 고려하면서 에너지 균형을 최적화하는데 그 목적이 있다.

대기로 배출:Ÿ 흡수장치, 저장 및 적재/하역 시스템으로부터의 배출에 적용되는 BAT의 예로는 (일평균)

5mg/Nm3 미만의 포름알데히드 배출량을 실현하기 위한 전용 또는 중앙 연소 장치 내 회수(예: 응축, 수세정기 등을 이용) 및 처리가 있다.

Ÿ 아래와 같은 각 성분의 배출을 위한 모터 엔진 또는 열 산화기에서의 에너지 회수는 은염 공정 내 흡수 장치 배출 가스 처리에 관한 BAT에 속한다.- 일평균 50mg/Nm3의 일산화탄소(100% 포름알데히드 1톤당 0.1kg)- 일평균 150mg/Nm3의 질소산화물(NO2)(100% 포름알데히드 1톤당 0.3kg)

Ÿ 다음과 같은 각 성분의 배출을 위한 촉매 산화는 산화 공정에서 발생하는 반응 배출 가스의 처리에 관한 BAT에 속한다: 일평균 20mg/Nm3 미만의 일산화탄소(100% 포름알데히드 1톤당 0.05kg) 및 일평균 10mg/Nm3 미만의 질소산화물(NO2)

Ÿ 메탄올 저장 탱크의 설계에 관한 BAT는 적재/하역 중 역배출 같은 기술을 이용해 배출을 저감하는데 그 목적이 있다.

Ÿ 메탄올 및 포름알데히드 저장 용기에서의 배출에 관한 BAT는 열/촉매 산화, 활성탄을 이용한 흡착, 수중 흡수, 공정 내 재활용 및 공정 송풍기의 흡입관과의 연결을 포함한다.

폐수에 관한 BAT는 폐수를 생성된 포름알데히드 용액의 희석수로 최대한 재사용하거나 (재사용이 불가능할 경우) 이를 최대한 생물학적으로 처리하는 것이다.

촉매 폐기물에 관한 BAT는 먼저 반응 조건을 최적화해 촉매 수명을 최대한 연장한 후, 사용되었던 촉매의 금속 함량분을 재생하는 것이다.

고형 파라-포름알데히드의 형성에 관한 BAT는 가열, 단열 및 흐름 순환을 최적화해 공정 장비 내에 형성되는 것을 막는 한편, 불가피한 부산물을 재사용하는 것이다.

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대형 유기화학 공업 xvii

예시 공정: 아크릴로니트릴(11장 참조)

일반 정보: 아크릴로니트릴은 전세계에 걸쳐 여러 가지 용도로 쓰이는 중간 단량체에 속한다. 유럽에서 아크릴로니트릴은 대부분 아크릴 섬유 생산에 사용되며 그 다음으로 ABS의 생산에 사용된다. EU 지역에서 가동 중인 아크릴로니트릴 생산 시설 7곳의 연간 공칭 생산능력은 1,165kt에 달한다.

적용된 공정: BP/SOHIO 공정은 전세계 아크릴로니트릴 생산량의 95%를 차지하며 EU 지역 내 모든 설비에서 사용된다. 이 공정은 공기 유동 촉매층의 존재 하에서 잉여 암모니아를 사용하여 프로필렌을 증기상 발열반응인 가암모니아 산화 반응시키는 것이다. 몇몇 2차 반응들이 발생하며 아래와 같은 3가지 주요 부산물이 생성된다.

Ÿ 시안화수소: 이 성분은 현장의 기타 생성물로 변형되거나 제품(사용 가능할 경우)으로 판매되며 혹은 소각을 통해 폐기된다(3가지 처리의 병합 가능)

Ÿ 아세토니트릴: 이 성분은 정제되어 제품으로 판매되거나 소각 폐기된다.Ÿ 황산암모늄: 이 성분은 제품(예: 비료)으로 회수되거나 생산 현장의 다른 곳에서 폐기된다.

원재료 소모량 및 아크릴로니트릴 공정 내 에너지는 촉매 선택, 생산량 및 회수 설비 구성 등의 요인에 의해 영향을 받는다. 프로필렌 및 암모니아는 주요 원재료에 속하며 다만 ‘보충’ 촉매도 다량 소모된다.

프로필렌 가암모니아 산화(ammoxidation)는 매우 발열적인 반응에 속한다. 아크릴로니트릴 설비는 대체로 순 에너지 수출 설비에 속하는데 그 이유는 공기 압축기를 구동하고 하류 분리/정제 장치에 에너지를 전달하는데 종종 사용되는 고압 증기를 생성하는데 반응열이 사용되기

때문이다. 에너지 수출량은 아크릴로니트릴 1톤 당 340~5,700MJ에 달하며 생산 현장의 에너지 관리가 중요한 관건이 된다.

물은 반응 단계에서 생성되며 공정수의 제거는 공정 설계의 중요한 부분에 속한다. 현재 여러 가지 상이한 기술이 사용되고 있으며 널리 사용되는 한 기술의 핵심 단계는 증발을 통해

수중 오염물질을 농축시키는 과정을 포함한다. 농축 및 오염된 흐름은 판매 가능한 제품의 회수율을 극대화하기 위해 (오염된 흐름을 연소하기 전에) 나머지 공정 부분에 재활용되거나 연소될 수 있다. 농축 공정에서 회수된 ‘깨끗한’ 물은 보통 생물학적 폐수처리장에서 추가로 처리된다.

공정 흡수 장치에서 발생하는 반응 배출 가스는 비응축물(예. 질소, 산소, 일산화탄소, 이산화탄소, 프로필렌, 프로판 등)은 물론, 수증기와 미량의 유기 오염물질을 함유하고 있다. 열 산화 또는 촉매 산화는 이러한 흐름을 처리하는데 활용할 수 있다.

아크릴로니트릴 설비는 공정 잔류물을 소각하고 시안화수소를 연소하는 설비를 포함할 수 있

다. 배가스의 양과 조성은 외부 설비의 사용 및 시안화수소 소비자의 존재 여부에 따라 달라진다. 배가스는 대체로 특별히 처리되지 않는다(열 회수 공정의 경우는 제외).

아크릴로니트릴과 시안화수소의 유해성 때문에 이들 성분의 저장 및 취급 시 안전성 고려는

매우 중요한 비중을 차지한다.

최적실용가능기술(BAT): BAT 공정은 유동층 반응기 내 프로필렌의 가암모니아 산화 반응을 기반으로 하며 아크릴로니트릴도 후속으로 회수된다. 판매를 목적으로 한 주요 부산물(시안화수소, 아세토니트릴 및 황산암모늄)의 회수는 지역 여건에 따라 달라지는 BAT일 수 있으며, 예비 회수/분해 설비는 어떤 경우든지 필요하다.

흡수 장치 배출 가스 처리에 관한 BAT는 보다 효율적인 촉매 반응 및 최적 반응/가동 조건을 개발해 배출량을 저감하는데 그 목적이 있다. 그런 다음 BAT는 전용 열/촉매 산화기 또는 범용 소각로 또는 보일러 설비 내에서 유기물을 분해(0.5mg/Nm3 미만의 시간당 평균 목표 아크릴로니트릴 농도에 이를 때까지 분해)하는 것이다. 어떤 경우든지 BAT는 열 회수를 포함한다(대체로 증기를 생성).

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대형 유기화학 공업xviii

기타 배출 흐름에 관한 BAT는 유기물의 완전한 분해를 위한 흡수 장치 배출 가스 처리 시스템 또는 범용 연소장치(flare) 시스템 내에서 처리하는 것이다. 그 밖의 배출 흐름은 (시간당 평균 5mg/Nm3 미만의 목표 아크릴로니트릴 농도에 이를 때까지) 세정하여 회수된 성분은 재활용된다.

오염된 액체 유출 흐름은 급냉 구간(황산암모늄 포함) 유출물, 탈기 설비 하단 흐름 및 불연속 흐름을 포함한다. BAT는 비료로 판매할 황산암모늄의 결정화를 포함한다.

물 처리에 관한 BAT는 저급 탄화수소 함량을 저감하고 고급 탄화수소를 농축 또는 분리하는 증류에 의한 전처리로서 최종 처리에 앞서 유기물 부하를 저감하는데 그 목적이 있다. 회수된 저급 및 고급 탄화수소에 관한 BAT로는 에너지 회수를 겸한 연소에 앞서 유용한 성분(예: 아세토니트릴)을 회수하기 위한 추가 처리가 있다.

폐수 처리에 관한 BAT는 전용, 중앙 또는 외부 폐수처리장 내에서 오염된 유출수를 처리(생물학적 처리를 포함)하고 유기성 오염물질의 높은 생분해성을 이용하는 것이다. BAT 이용 시의 배출 수준은 아크릴로니트릴 1톤당 총 유기탄소 0.4kg TOC이다.

예시 공정: EDC/VCM(12장 참조)

일반 정보: EDC(1,2 ethylene dichloride)는 주로 VCM(Vinyl Chloride Monomer)의 생산에 사용되며 VCM은 거의 PVC(Polyvinyl Chloride) 제조에만 사용된다. 염화물 운송 문제가 존재하며 EDC/VCM/PVC 연쇄반응이 가장 큰 유일한 염화물 소비처(consumer)이기 때문에, EDC/VCM 공정은 염화물 생산 현장과 통합될 때가 많다. EU 지역 내 EDC/VCM 생산 시설 30곳의 연간 총 VCM 생산 능력은 5,610kt에 이른다.

적용된 공정: 에틸렌 기반의 공정에서 EDC는 (고온 또는 저온 직접 염소 처리를 통한) 에틸렌의 염화 혹은 HCl과 산소를 병용한 에틸렌의 염화(옥시염소화)에 의해 합성된다. 미처리된 EDC 생성물은 세척, 건조 및 정제되며 배출 가스는 촉매 산화 또는 열 산화 공정을 거친다. 순수한 건조 EDC는 소각로 내에서 열분해되어 VCM 및 HCl을 생성하며 VCM은 증류를 통해 정제된다(HCl 및 미변환된 EDC 제거).

EDC 분해 시 생성된 HCl이 모두 옥시염소화 구간에서 재사용되며 EDC 또는 HCI이 유입 또는 유출되지 않을 경우, VCM 장치를 일컬어 ‘균형 장치(balanced unit)’라 한다. EDC를 생산하기 위해 직접 염소화와 옥시염소화를 활용함으로써 균형 장치는 높은 수준의 부산물 활용

률을 실현한다. 고발열성 반응(직접 염소화 및 옥시염소화)과 에너지 사용(EDC 분해, EDC 및 VCM 분리)을 병행하기 때문에 에너지를 회수하고 재사용할 기회는 많다.

소모량/배출량: 주요 원재료는 에틸렌, 염소, 산소(공기) 및 에너지(공정 구성에 따름)가 있다.

발암물질에 속하는 VCM은 가장 큰 문제가 되고 있는 대기 오염물질이며 그 밖의 잠재 오염물질로는 EDC 및 염화탄화수소(예: 사염화탄소)가 있다.

주요 수질 오염물질로는 휘발성/비휘발성 염화 유기화합물(예: EDC), 유기화합물 및 구리 촉매가 있다.

보고서 요약

대형 유기화학 공업 xix

EDC 증류 공정은 중질 성분(예: 촉매로부터 부유성 철염이 생성되는 다이옥신 관련 성분(주로 옥시염소화 반응에서 발생하는 옥토클로로디벤조푸란 동종체)을 포함한 염화 고리/방향족 화합물)과 경질 성분의 혼합물(C1 및 C2 염화탄화수소)을 포함하는 액체 잔류물을 생성한다.

주요 고형 폐기물로는 사용되었던 옥시염소화(oxichlorination) 촉매, 직접 염화 잔류물, 열분해 후 코크스 잔류물 및 사용되었던 석회(일부 설비에서 VCM 중성화에 사용)가 있다.

최적실용가능기술(BAT): 공정 선택과 관련된 BAT 해당 요소들은 다음과 같다.

Ÿ 전체 EDC/VCM 생산 시 BAT로는 에틸렌의 염소화가 있다.Ÿ 에틸렌 염소화의 경우, BAT는 직접 염소화 또는 옥시염소화 중 하나일 수 있다.Ÿ 직접 염소화의 경우, BAT는 저온 또는 고온 변형 중 하나일 수 있다.Ÿ 에틸렌 옥시염소화의 경우, 산화제(산소는 신규 설비에서 BAT이며 기존의 공기 기반 설

비에서도 BAT일 수 있다)와 반응기 종류(고정 및 유동층은 모두 BAT)는 다양하다.Ÿ 공정의 재활용률을 극대화하고 완전한 공정 균형을 꾀하기 위해 공정 균형(EDC/HCl의 배

출원 및 침강) 최적화

대기 오염물질: 주요 공정 배출에 관한 BAT의 목적은 다음과 같다.Ÿ 직접 재활용, 냉각/응축, 용제 내 흡수 또는 고형물을 통한 흡착에 의해 에틸렌, EDC,

VCM 및 기타 염화 유기화합물 회수Ÿ EDC + VCM < 1mg/Nm3, 다이옥신 < 0.1ng iTEQ/Nm3 및 HCl < 10mg/Nm3의 배출 가스

농도(일평균)에 도달하기 위해 열 산화 또는 촉매 산화 이용Ÿ 염화 유기화합물의 연소 후 발생하는 에너지 및 HCl 회수Ÿ O2 및 CO의 굴뚝 배출량과 C2H4, VCM, EDC, Cl2, HCl 및 다이옥신의 주기적인 표본 추

출을 온라인으로 연속 모니터링

비산 물질에 대한 BAT는 휘발성 염화탄화수소 배출량을 5kg/h 미만으로, 대기 중 EDC 농도를 2ppm 미만 및 대기중 VCM 농도를 1ppm 미만으로 달성하는 기술을 사용하는 것이다.

수질 오염물질: 배출물 전처리에 관한 BAT를 열거하면 다음과 같다.Ÿ 증기 또는 열기를 이용해 염화 유기화합물의 농도를 1mg/L 미만으로 탈기(배출 가스는 응

축 및 회수 또는 소각 과정을 거친다)Ÿ 입자성 물질에 흡착된 반 휘발성 또는 비 휘발성 염화 유기화합물의 응집, 침강 및 여과Ÿ 구리 농도가 1mg/L 미만이 될 때까지 알칼리 침전 및 침강(또는 전기분해)

배출물의 최종 처리에 관한 BAT로는 총 염화탄화수소 농도 1 mg/l, 총 구리 농도 1 mg/l, COD 125mg/L(이중 질산화-탈질 시 50~100mg/L), 다이옥신 농도 0.1ng iTEQ/L, 헥사클로로벤젠 + 펜타클로로벤젠 농도 1µg/L, 헥사클로로부타디엔 농도 1µg/L을 얻기 위한 생물학적 처리가 있다.

부산물(잔류물) 처리에 관한 BAT는 촉매 및 가동 조건의 선택을 통해 부산물의 형성을 최소화하고 부산물을 최대한 공급재료로서 재사용하는 것이다.

폐기물 처리에 관한 BAT로는 폐기물 최소화 및 공정 내 재활용이 있다. 폐수처리 공정에서 발생한 슬러지와 EDC 분해에서 생성된 코크스에 적용되는 BAT로는 전용 또는 다목적 유해 폐기물 소각로에서의 소각이 있다.

예시 공정: 톨루엔 디이소시안산염(13장 참조)

일반 정보: 이소시안산염과 특히 톨루엔 이소시안산염(TDI)은 폴리우레탄(예: 가구, 자동차 및 소비자 제품용 탄성 폼, 플라스틱 및 페인트)의 생산 시 상업적으로 중요한 물질이다. 1991년 당시 전세계 TDI 생산능력은 연간 약 940kt였다. 2001년 현재 벨기에, 독일, 프랑스 및 이탈리아의 생산 설비를 포함한 유럽의 TDI 생산능력은 연간 540kt에 달한다.

보고서 요약

대형 유기화학 공업xx

적용된 공정: TDI 제조 공정 단계로는 톨루엔 니트로화 처리, 디니트로톨루엔(DNT) 수소화 처리 및 그에 따른 톨루엔 아민(TDA)의 용제 내 포스겐화 처리가 있다. 포스겐화 단계에서는 이소시안산염의 반응성과 부가반응 발생 가능성 때문에 반응 조건의 선택이 중요하다.

소모량/배출량: 주요 투입 물질로는 톨루엔 및 니트로산(중간 DNT 생산용), 수소(DNT를 TDA로 수소화 처리 시 사용) 및 포스겐(TDA를 TDI로 포스겐화 처리 시 사용)이 있다. 여러 공정 용제와 촉매는 주로 재사용된다. 주요 대기 오염물질로는 유기화합물(예: 톨루엔, TDA, 용제 등), NOx 및 HCl이 있다. 주요 수질 오염물질로는 유기화합물(예: 니트로 방향족 화합물) 및 황산염이 있다. 수소화 처리 공정에서는 증류 잔류물과 사용되었던 촉매가 생성된다. 포스겐화 처리 시설에서 생성되는 증류 잔류물, 오염된 용제 및 활성탄은 소각을 통해 폐기된다.

최적실용가능기술(BAT): BAT 공정 설계는 톨루엔의 포스겐화를 기반으로 한다.

소비 및 재사용을 위한 BAT는 다음과 같다.Ÿ 염화수소 및 황산의 재사용률 최적화(DNT 제조)Ÿ 발열 반응(수율 최적화를 그대로 유지) 및 폐가스 소각(예: 열회수식 소각로)의 에너지 재

사용률 최적화

폐가스 처리에 관한 BAT로는 세정기(특히 포스겐, 염화수소 및 VOC 제거용)를 이용한 처리 또는 유기화합물 및 질소산화물의 열 소각이 있다. 저농도 유기물은 활성탄 등 그 밖의 방법으로 처리할 수 있다. 질소산화물 역시 부분 산화를 통해 최소화할 수 있다. 또한 BAT는 처리법의 상응하는 모든 조합에 해당된다. 이러한 처리 방법과 관련된 (시간당 평균) 배출 농도는 포스겐 0.5mg/m³ 미만, 염화수소 10mg/m³ 미만 및 소각 시 총 탄소 20mg/m³ 미만이다.

니트로화(nitration) 처리 후 발생하는 폐수에 대한 BAT는 다음과 같다.Ÿ DNT 공정 최적화(폐수 발생량은 1m3/t 미만)를 통해 폐수 및 질산염/아질산염 배출량 저

감

Ÿ 공정수 재사용률 극대화

Ÿ 유기 부하를 저감(1kg TOC /t DNT 이하로)하고 생분해성을 보장(Zahn-Wellens 시험을 통해 80% 이상 제거)하기 위해 니트로 방향족 화합물(DNT, Di/Tri-Nitrocresol)을 제거. COD/TOC 및 질산염을 제거하기 위한 최종 생물학적 처리

Ÿ 소각(폐수 전처리 및 생물학적 처리를 대체)

수소화 처리 후 발생하는 폐수에 대한 BAT는 다음과 같다.Ÿ 유출물의 탈기, 증류 및 추출을 통한 니트로 방향족 화합물 제거Ÿ 전처리된 공정수의 재사용. 폐수 발생량은 TDA 1톤당 1m3 미만Ÿ 소각(폐수 전처리 및 생물학적 처리를 대체)

포스겐화 처리 후 발생하는 폐수에 대한 BAT는 다음과 같다.Ÿ 생물학적 처리 전 TOC 부하를 0.5kg/t TDI 미만으로 저감하도록 공정을 최적화

설비 안전을 위한 BAT로는 포스겐화 공정 중 가장 유해한 성분의 분리 보관 또는 우발적인 포스겐 방출 시 경감 조치(예: 증기/암모니아 커튼)를 들 수 있다.

BREF의 결론(14장 참조)에서는 LVOC 정보 교환이 대체로 매우 성공적이었다는 판단을 내리고 있다. 높은 수준의 합의가 도출되었으며 본 문서에서는 이견이 없다. 많은 양의 정보가 제공되었으며 업계 및 회원국의 참여도는 높은 것으로 나타났다. LVOC 공정의 다양성 때문에 BREF는 전체 LVOC 부문을 그다지 세부적으로 검토하지 않고 있으며 다만 선택된 예시 공정에 대해 BAT를 일반적으로 정의하는 초기의 모범적인 시도를 하고 있다.

보고서 요약

대형 유기화학 공업 xxi

정보 교환의 주요 계기는 1997년 ‘파리 워크숍(Paris Workshop)’, 1999년 4월 1차 TWG 착수회의 및 2001년 5월 2차 TWG 회의에서 마련되었다. TWG 회원들이 겪은 데이터 수집 및 기고 보고서 작성 지연으로 인해 BREF의 초안 완성은 예상보다 많은 시간을 소요했다. 1차 초안은 2000년 7월에 발표되었으며 약 8백 건의 TWG 의견을 모두 전자 양식으로 수렴했다. 그 덕분에 제반 의견은 훨씬 수월하게 처리되었으며 EIPPCB 결정에 대한 후속 주석 당시 1차 초안은 제반 의견의 이행 방법 및 이유를 투명하게 수록하였다. BREF의 2차 초안은 2000년 12월에 발표됐으며 700건의 의견을 수렴했다.

모든 LVOC 공정을 포괄할 수 있을 정도로 충분히 유연하며 허가 발급 목적상 충분히 명확한 내용의 대기/수질 오염물질에 대한 일반 BAT의 합의는 가장 중요한 논점에 속했다. 배출/비용 데이터의 부족 및 여러 공통 BREF(특히 ‘화학산업공정의 폐수 및 폐가스 관리’에 관한 BREF)의 동시 초안 작성은 이러한 합의에 있어 걸림돌로 작용했다.

정보 교환을 위해 150개 이상의 기술 자료들이 제출되었으며 LVOC 산업 부문에서는 대체로 정보들이 고르게 전파되었다. BREF의 예시 공정을 설명한 장들은 CEFIC이 제출한 보고서와 유럽 지역의 공정 검토를 (종종 처음부터) 조정하기 위해 기울인 상당한 노력의 결과이다. 기타 주요 기고문들은 중요