톨루엔 증기를 세정기에서 흡수처리가 가능한지에 대하여 설명하시오.

2020년 120회 4교시 3번문제이다. 120회 문제가 개인적으로는 가장 공정설계적인 문제가 많이 배출된 회차가 아닌가 싶다. 공정설계의 백그라운드가 없으면 풀기가 까다로운 문제가 다수 출제된것으로 판단된다.

화공안전기술사 2020년 120회 4교시 3번

3. A 기업은 제품생산과정에 용매로 톨루엔을 대량 사용한다. 옥외에는 톨루엔 저장탱크 6기가 설치되어 있고, 환경관련법에 따라 저장탱크에서 발생하는 증기와 생산과정에서 발생하는 증기를 대기로 적절한 처리 없이 내보낼 수 없다. 소각처리를 하기 위하여 RTO나 RCO를 설치하는 것은 좋은 방법이나 중소규모의 업체에서는 쉽지 않은 방법이다. 경제성 등을 포함하여 검토한 결과 세정기(Scrubber)를 설치하고, 톨루엔 증기를 세정기에서 흡수처리하기로 하였다. 톨루엔 증기를 세정기에서 흡수처리가 가능한지에 대하여 설명하시오.

관련 참고 자료는 폐가스처리설비(스크러버) 화재 폭발 예방 매뉴얼이며, 하기에서 다운로드가 가능하다

폐가스 처리 매뉴얼.pdf

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1) 개요

세정기(Scrubber)는 위험물을 처리하는데 기체와 액체를 향류 또는 병류로 접촉시켜 폐가스로부터 특정성분을 흡수액에 흡수시키는 기기이다.

톨루엔의 겨우 증기 성분을 구성하는 극자가 무극성이므로 물을 사용하여 흡수처리는 불가능하다.
다만 무극성일 경우에는 무극성 용매를 사용하여 처리가 가능하다. 다만 세정기를 설치할 경우 예상되는 위험성에 대해서 철저히 사전에 고려하며, 설비관리, 보전활동등의 관리를 철저히 수행해야 한다.
물을 흡수액으로 사용하는 스크러버의 일반적인 구조도는 아래와 같다.

2) 위험성

2-1 .불용성 탄화수소(톨루엔) 미 제거 시 대기 중 폭발분위기 형성
흡수탑에서 불용성인 탄화수소(톨루엔 등)을 포함한 폐가스를 흡수처리 할 경우, 물에 용해되지 않은 톨루엔 증기가 흡수탑을 그대로 통과, 대기 중 폭발분위기 형성위험

2-2. 순환펌프 정지로 인한 유해위험물질 대기배출
정전, 펌프 고장 등의 사유로 흡수액 순환펌프가 작동하지 않을 경우 안전밸브 등에서 토출된 다량의 위험물질을 처리하지 못하고 대기로 방출되어 근로자 폭로 위험이 있음.

2-3 .흡수탑 내부의 편류(channeling) 및 충진제 막힘
흡수탑 내부 편류 또는 충진제 막힘 등으로 기체-액체 접촉이 불량하여 흡수가 정상적으로 이루어지지 않아 독성물질 등의 대기 방출로 주변 근로자 폭로 위험이 있음.

2-4. 공정 내로 재유입되어 위험분위기 형성
안전밸브 등에서 토출된 배출물질이 흡수탑으로 연결된 배관을 통과하다가 흡수탑으로 연결된 또 다른 포집설비의 배관을 통해 공정 내로 재유입되어 화재, 폭발 및 독성물질 누출 위험이 있음.

3) 안전대책

3-1. 적절한 흡수액의 사용
처리하고자 하는 증기 또는 가스성분을 구성하는 분자가 극성(Polarity)인지 아니면 무극성(Non -Polarity)인지를 구분하고 극성일 경우에는 물을 사용하여 흡수하고 무 극성일 경우에는 무극성 용매를 사용하여 처리해야 함. 톨루액의 경우 무극성 용매를 사용하여 처리가 필요하다.

3-2. 순환펌프 관련 조치사항
순환펌프가 작동되지 않을 경우를 대비하여 비상용 순환펌프를 비치하여, 순환펌프 작동 중지시 비상용 순환펌프가 자동으로 작동될 수 있도록 제어시스템을 구성
순환펌프는 전원이 차단될 경우에도 계속적으로 작동될 수 있도록 비상전원에 연결 되어야 하고, 순환펌프 작동여부를 조정실에서 확인 할 수 있어야 함

3-3. 흡수탑 관련 조치사항
충진제 상부에 존재하는 분배기가 운전도중 막히지 않도록 관리하고, 2단 이상의 충 진층을 둘 경우에는 충진층 내부에서 편류(Channeling)가 발생하지 않도록 충진층 각 단 사이에 재분배기를 설치
점검 및 유지관리가 가능하도록 흡수설비 상부와 전면에 충분한 공간확보
대기배출 Vent에는 화염방지기등

4) 결론

톨루엔 증기를 세정기를 통하여 처리가 가능하며, 상기에서 정리한 위험성을 고려하여 적절한 안전대책 및 작업 및 보전이 필요하다.