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석유 정제 산업의 산업보건
■ 산업분류 체계
23 코크스, 석유정제품 및 핵연료 제조업
232 석유정제품 제조업
2321 원유정제 처리업
Ⅰ. 서 론
석유정제 산업이란 다양한 탄화수소의 혼합물인 원유를 정제하여 가정 및 각종 산업현장에서 필요로 하는 수백가지의 석유관련 제품을 만드는 산업을 말한다.
석유를 정제하는 공정은 크게 두가지로 나눌 수 있다. 하나는 순수하게 원유를 구성하는 물질의 물리 화학적 특성을 이용하여 추출, 흡수 등의 방법을 통해 필요한 것만 분리해내는 방법이고 다른 하나는 촉매, 중합 반응 등의 화학적 변화를 통해 원유를 구성하는 기본 구조인 탄화수소의 구조를 변화시켜 다른 물질로 전환하는 방법인 데 흔히 말하는 복잡한 석유정제공정은 바로 후자를 두고 하는 말이다.
석유를 정제하는 공정, 이른바 정유공장은 대부분이 대규모의 장치산업으로 공장 및 설비 규모에 비해 작업자들이 상대적으로 적어 자동차나 조선 산업처럼 노동집약적인 특성과는 대조를 이룬다. 이는 거의 모든 작업이 원격조정(remote control)에 의해 이루어지고 실제 작업자는 조정실에서 복잡한 설비들을 조정하는 일을 주로 하며 경우에 따라 설비를 점검하는 일 등을 하는 작업특성을 가지고 있다.
따라서 매우 복잡한 작업공정을 가지고 있고, 또한 사용되는 화학물질도 다양하고, 발생되는 화학물질도 여러가지 발암물질을 함유 하는 등 산업보건학적인 측면에서 보면 매우 복잡하고 열악할 것으로 여겨지지만 실제로는 위험요인에 노출될 기회가 그리 많지 않다. 다만 설비를 점검한다거나 고장난 장치를 수리하거나 공장을 세워놓고 대수리를 하는 등의 작업상황에서는 순간적인 고농도에 노출될 위험성이 있고 발생되는 유해가스가 제대로 회수되지 않고 굴뚝을 통해 대기중으로 발산되는 문제가 더 중요할 수도 있다.
우리나라 노동통계에 의하면 '98년 6월 현재 코크스, 석유정제, 핵연료 산업의 경우 전국 10인 이상 사업장에 근무하는 작업자는 총 14,573명이며 이중 남자는 13,690명, 여자는 883명, 그리고 생산직은 6,720명, 사무직은 7,853명인 것으로 조사되었다(노동부, 1998). 물론 이러한 고용 통계는 코크스 생산공정과 핵연료 산업 부분까지 모두 포함되었기 때문에 순수한 석유정제 산업에 종사하는 작업자라고 할 수는 없으나 실제 이 부분에 대한 고용인력은 거의 없는 것을 감안하면 대부분의 작업자들이 석유정제 산업과 관련 작업자라고 할 수 있을 것이다.
현재 국내의 정유업체로는 SK 정유, LG 정유, 환화에너지, 현대정유, 쌍용정유 등 총 5개 정유회사가 있으며 이들 공장에서 생산되는 주요 석유 제품으로는 휘발유, 등유, 경유, 벙커시유, 나프타, 항공유, 프로판, 부탄 등이다.
2. 주요 작업공정과 유해인자
석유정제공정은 매우 복잡하고 다양하지만 마치 물 흐르듯이 일관라인으로 되어 있어 뚜렷하게 단위 공정을 구분하기가 어렵다는 특성을 가지고 있다.
가장 기본적인 작업단위를 중심으로 개괄적으로 살펴 보면 [그림 1]과 같다.
1) 원유 입고 및 저장
원유를 실은 수송선이 항구에 입항하면 수송 파이프를 통해 저장고로 입고되게 된다. 통상적으로 원유회사는 원유가의 국재 가격 변동에 대비하여 몇 달 이상의 원유를 계속해서 확보해 논 상태에서 작업을 하게 된다고 한다.
저장탱크에 정장된 원유는 수송 파이프를 타고 원유의 가공 첫 단계인 분류 공정으로 이동하게 된다.
윤활유 생산공정
* 용제 추출공정
↑ 원유입고 및 저장
→
원유분류
→
옥탄가 증가
→
분해증류
→
제품(연료)생산
- 프로판 - 촉매반응 - 촉매 분해증류
- 부탄 - 알킬화반응 - 수소 분해증류
- 휘발유 - 중합반응 - 코킹(coking)
- 나프타
- 항공유
- 등유
- 경유
- 벙커C유
[그림 1] 정유 공장의 개괄적인 작업단계
프로판
LPG 분리공정
부 탄
휘발유제조공정 휘발유
상 압
원 유 증 류 나프타
공 정
항공유
중질유 탈황공정
등 유
경유
잔사유(벙커C유)
진공증류공정 윤활기유
왁 스
아스팔트제거공정 아스팔트
[그림 2] 원유정제 공정 흐름도
2) 원유 분류단계(Crude Fractionation)
이 공정에서는 분류탑을 통해 원유에 존재하는 수분과 유기염 등의 불순물을 제거하고 1차적인 석유제품을 분류해 내는 공정이다.
원유를 상압상태에서 증류를 하면 원유속에 함유되어 있는 각종 유기물들이 물리화학적인 특성에 따라 분륜된다. 맨 먼저 LPG 분류 공정을 거쳐 프로판 가스와 부탄 가스가 분류되고 두번째로 휘발유 제조공정을 거쳐 휘발유가 정제되고 기타 나프타, 항공유, 등유, 경유 등이 순서되고 정제되고 맨 마지막에는 이른바 잔사유라고 일컬어지는 벙커C유만 남게 된다(그림 2).
상압증류 과정에서 잔유물로 남은 벙커C유는 또 다른 증류공정을 거쳐 수소첨가와 왁스 등을 제거한 후 윤활유로 만들어지고 아스팔트 제거공정을 거치게 되면 이른바 아스팔트가 만들어져 도로 포장 등에 쓰이게 된다.
일반적으로 원유를 100이라 할 때 이중 벙커C유가 45, 연료유가 20, 기유(base oil)가 10 정도의 비율이라고 한다.
이 공정에서는 주로 황산화물에 의한 대기오염을 줄이고 부식을 방지하기 위하여 원유에 함유되어 있는 황을 추출하는 이른바 탈황 작업이 이루어지며 이 과정에서 황화수소가 발생되고 기타 추출용매로 페놀, 아민 등의 각종 용제가 사용된다.
원유를 정제하는 과정에서는 수 많은 유기화합물들이 발생하게 되는 데 이중에서 산어보건학적으로 가장 중요한 유해인자는 여러가지 발암물질로 구성되어 있는 다핵방향족탄화수소(Polynuclear aromatic hydrocarbons, PAHs)다. 이 물질 속에는 특히 발암물질로 알려진 크라이센(chrysen), 벤조(c)페난스렌(benzo(c)phenanthrene), 벤조(a)피렌(benzo(a)pyrene), 디벤조(a,j)안트라센(dibenzo(a,j)anthracene), 디벤조(a,h)안트라센(dibenzo(a,h)anthracene) 등의 많은 종류의 발암물질이 포함되어 있다(Greenberg 등, 1997).
[표 1] 석유 정제 공정의 주요 작업 및 유해인자 ( John E.M., 1984) 주요공정 단계
주요 작업내용
유 해 인 자
원유분류 공정
원유에 존재하는 수분과 유기염들을 제거하고 나프타, 파라핀 등이 정제된다.
1)방향족, 나프탄, 오레핀, 파라핀 계통의 탄화수소 물질, 2)다핵방향족탄화수소, 각종 부식방지제, 각종 유화제, 황화수소, 규조토(유리규산), 고열, 소음
옥탄가 증가 공정
연료의 옥탄가를 증가시키기 위해 촉매, 알킬화, 중합 반응 등의 화학적인 처리를 한다
방향족, 지방족, 나프탄, 오레핀, 파라핀 계통의 탄화수소 물질, 다핵방향족탄화수소, 황산, 염산, 불산, 포스겐, 황화수소, 일산화탄소, 삼염화안티몬, 염소가스, 기타 촉매제의 분진, 고열, 소음
분해증류 공정
고온, 고압 상태에서 촉매제를 이용하여 탄화수소의 분자 크기를 줄여 자동차 연료를 생산하기 위한 단계다.
방향족, 나프탄, 오레핀, 파라핀 계통의 탄화수소 물질, 다핵방향족탄화수소, 안티몬 화합물, 황화수소, 일산화탄소, 코크분진, 촉매제 분진, 고열, 소음
자동차 연료 생산 공정
분해증류된 제품에 녹킹방지, 부식방지, 탈황 등을 목적으로 각종 물질들을 첨가하는 공정
방향족, 나프탄, 오레핀, 파라핀 계통의 탄화수소 물질, 산화방지제, 녹킹방지제, 염료, 염화구리, 납
특정제품 생산
공정
특정한 목적에 맞는 윤활유나 구리스 등을 생산하는 공정
방향족 탄화수소, 케톤, 페놀, 리듐화합물, 바륨화합물, 알루미늄화합물, 납화합물
1) 방향족탄화수소 : 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등
2) 다핵방향족탄화수소 : 크라이센(chrysen), 벤조(c)페난스렌(benzo(c)phenanthrene), 벤조(a)피렌(benzo(a)pyrene), 디벤조(a,j)안트라센(dibenzo(a,j)anthracene), 디벤조(a,h)안트라센(dibenzo(a,h)anthracene)
기타 탈황과정에 발생되는 황화수소와 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 유기용제, 나프탄, 오레핀, 파라핀 계통의 탄화수소 물질, 각종 부식방지제, 각종 유화제와 촉매제로 쓰이는 규조토(유리규산)등이 문제되고 증류과정에서의 고열과 소음 등이 문제되고 있다(표 1).
3) 옥탄가 증가 단계
이 공정단계에서는 증류 단계에서 생산된 각종 제품의 효율을 높이는 단계로 자동차 연료의 옥탄가를 증가시키기 위한 각종 화학적인 처리 단계로 보통 다음과 같이 3가지 방법이 이용된다(John E. Mutchler, 1984).
① 촉매반응
보통 나프텐, 파라핀 계통의 물질을 고온, 고압하에서 몰리브덴, 크롬, 알루미늄, 플라티움, 레니움 등의 촉매제를 첨가하여 반응시키면 방향족계통의 탄화수소로 변화하여 옥탄가가 증가하게 된다.
② 알킬화반응
알칼화 반응을 통해 물질의 이성체로 변화시키는 공정이다.
부탄, 펜탄, 헥산 등의 유기물에 촉매제로 몰리브덴, 니켈, 염산, 황산, 불산 등을 첨가하여 탄화수소의 고리가 좀더 복잡한 이성체로 변화시킨다.
③ 중합반응
오레핀 계통의 물질을 황산, 인산, 기타 규조토 등을 촉매제로 이용하여 고분자 물질로 변화시켜 옥탄가를 증가시키는 단계다.
이와 같이 보통 3가지 화학반응을 통해 옥탄가를 증가시키는 이 공정에서는 벤젠, 톨루엔 등의 방향족탄화수소와 크롬, 니켈 등의 촉매제, 염산, 불산, 항산, 인산 등의 산성가스, 기타 일산화탄소와 포스겐, 삼염화안티몬, 황화수소, 염소가스, 그리고 고열과 소음이 주요 유해인자다.
4) 분해 증류단계
고온, 고압 상태에서 여러 가지 촉매제와 수소를 이용하여 탄화수소의 분자 크기를 줄여 자동차 연료와 윤활유, 왁스, 아스팔트 등을 생산하기 위한 단계로 이른바 원유를 정제하는 마지막 공정이다.
주로 수소첨가를 통해 분해가 이루어지고 이 단계에서는 텅스텐, 철, 니켈, 파라디움 등의 촉매제가 첨가되며 맨 마지막으로는 저분자화합물을 제거하여 최종적으로 아스팔트와 중질유를 생산한다.
이 단계에서는 방향족, 나프탄, 오레핀, 파라핀 계통의 탄화수소 물질, 다핵방향족탄화수소, 안티몬 화합물, 황화수소, 일산화탄소, 코크분진, 촉매제 분진(텅스텐, 철, 니켈, 파라디움), 고열, 소음 등이 주로 문제된다.
5) 자동차 연료생산단계
분해증류된 제품에 녹킹방지, 부식방지, 탈황, 부동(anti-icing) 등을 목적으로 각종 물질들을 첨가하는 공정이다. 주로 녹킹방지제로는 할로겐 화합물에 유기납(알킬연)을 이용하며 무연(unlead)일 경우에는 유기마그네슘 화합물을 사용한다.
이 공정 단계에서는 방향족, 나프탄, 오레핀, 파라핀 계통의 탄화수소 물질, 산화방지제, 녹킹방지제, 염료, 염화구리, 납 등이 주로 문제된다.
6) 특정제품 생산공정
기타 특정한 목적에 맞는 윤활유나 구리스 등을 생산하는 공정이 있는 데 이 과정에서도 방향족 탄화수소, 케톤, 페놀, 리듐화합물, 바륨화합물, 알루미늄화합물, 납화합물 등이 문제되고 있다.
경우에 따라서는 수 많은 용제를 추출하는 석유화학공정이 연결되는 경우도 있는 데 주로 프로판, 페놀, N-메칠피리리돈, 메칠에칠케톤, 메칠이소부칠케톤, 벤젠, 톨루엔, 기타 염화탄화수소 계통의 물질을 추출하게 된다.
3. 건강장해 및 예방관리
석유정제과정에서 문제되는 유해요인 중 가장 중요한 것은 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 나프탈렌, 안트라센 등과 같은 다양한 방향족탄화수소들이며 이 중에는 특히 발암물질로 알려진 크라이센(chrysen), 벤조(c)페난스렌(benzo(c)phenanthrene), 벤조(a)피렌(benzo(a)pyrene), 디벤조(a,j)안트라센(dibenzo(a,j)anthracene), 디벤조(a,h)안트라센(dibenzo(a,h)anthracene) 등의 많은 종류의 발암물질이 포함되어 있는 다핵방향족탄화수소다(Greenberg 등, 1997).
[표 2] 석유정제 공장의 주요 건강장해 주요공정 및 관련작업
관련 직업병
각종 설비점검 및 관리자, 실험실 작업자,
대수리 작업자, 공무작업자
폐암, 피부암, 방광암, 백혈병, 피부염, 호흡기질환, 기타 유기용제 급. 만성중독
이와 같은 다핵방향족탄화수소는 폐암과 백혈병 등의 암을 일으키는 것으로 알려져 있다. 그러나 앞에서도 설명했듯이 석유 정제공정의 특징이 온라인화 된 자동화설비이기 때문에 작업자들이 실제 유해인자에 노출될 위험성은 그리 크지 않다. 하지만 각종 설비를 점검하거나 돌발 사태시의 비상조치, 실험실에서의 품질관리를 위한 각종 시료채취, 각종 수리 작업 등을 하는 경우에는 순식간에 고농도에 노출될 수 있기 때문에 항상 급성 중독에 주의해야 한다.
따라서 정유공장의 작업환경 측정에서는 이러한 작업자를 중심으로 이루어져야 하며 측정방법도 단시간노출평가(STEL)를 중심으로 할 필요가 있다.
설비를 점검하는 작업자들은 항상 고효율 방독마스크를 착용해야 한다.
다핵방향족탄화수소(PAH)의 경우 피부, 폐, 간장, 신장 등에서 산화되면서 다양한 대사산물을 생성하는 것으로 알려져 있다 따라서 작업자들에 대한 주기적인 대사산물을 모니터링 하는 것도 필요하다. 연구에 의하면 체내에 PHA가 들어오면 DNA와 결합하여 DNA-PAH adduct를 형성하는 것으로 알려져 백혈구내에서의 DNA-PAH adduct 혹은 혈장내에서의 PAH-albumin adduct를 대사산물로 분석하는 방법이 추천되고 있다(Greenberg 등, 1997).
정유공장에서 작업환경 관리의 기본 원리는 밀폐다. 모든 설비들이 자동화되어 있기 때문에 밀폐설비에 대한 철저한 점검이 가장 중요하다. 만약 어느 한 곳이라도 누설된다면(특히, 각종 용제 이송설비 중 어느 한 곳이라도) 작업자 뿐만 아니라 지역 주민들까지 영향을 미치는 대형 사고로 발전하기 때문에 대단히 주의해야 한다.
작업자들이 가장 많은 시간을 보내는 기기 조정실의 환기 관리도 대단히 중요하다
■ 산업분류 체계
23 코크스, 석유정제품 및 핵연료 제조업
232 석유정제품 제조업
2321 원유정제 처리업
Ⅰ. 서 론
석유정제 산업이란 다양한 탄화수소의 혼합물인 원유를 정제하여 가정 및 각종 산업현장에서 필요로 하는 수백가지의 석유관련 제품을 만드는 산업을 말한다.
석유를 정제하는 공정은 크게 두가지로 나눌 수 있다. 하나는 순수하게 원유를 구성하는 물질의 물리 화학적 특성을 이용하여 추출, 흡수 등의 방법을 통해 필요한 것만 분리해내는 방법이고 다른 하나는 촉매, 중합 반응 등의 화학적 변화를 통해 원유를 구성하는 기본 구조인 탄화수소의 구조를 변화시켜 다른 물질로 전환하는 방법인 데 흔히 말하는 복잡한 석유정제공정은 바로 후자를 두고 하는 말이다.
석유를 정제하는 공정, 이른바 정유공장은 대부분이 대규모의 장치산업으로 공장 및 설비 규모에 비해 작업자들이 상대적으로 적어 자동차나 조선 산업처럼 노동집약적인 특성과는 대조를 이룬다. 이는 거의 모든 작업이 원격조정(remote control)에 의해 이루어지고 실제 작업자는 조정실에서 복잡한 설비들을 조정하는 일을 주로 하며 경우에 따라 설비를 점검하는 일 등을 하는 작업특성을 가지고 있다.
따라서 매우 복잡한 작업공정을 가지고 있고, 또한 사용되는 화학물질도 다양하고, 발생되는 화학물질도 여러가지 발암물질을 함유 하는 등 산업보건학적인 측면에서 보면 매우 복잡하고 열악할 것으로 여겨지지만 실제로는 위험요인에 노출될 기회가 그리 많지 않다. 다만 설비를 점검한다거나 고장난 장치를 수리하거나 공장을 세워놓고 대수리를 하는 등의 작업상황에서는 순간적인 고농도에 노출될 위험성이 있고 발생되는 유해가스가 제대로 회수되지 않고 굴뚝을 통해 대기중으로 발산되는 문제가 더 중요할 수도 있다.
우리나라 노동통계에 의하면 '98년 6월 현재 코크스, 석유정제, 핵연료 산업의 경우 전국 10인 이상 사업장에 근무하는 작업자는 총 14,573명이며 이중 남자는 13,690명, 여자는 883명, 그리고 생산직은 6,720명, 사무직은 7,853명인 것으로 조사되었다(노동부, 1998). 물론 이러한 고용 통계는 코크스 생산공정과 핵연료 산업 부분까지 모두 포함되었기 때문에 순수한 석유정제 산업에 종사하는 작업자라고 할 수는 없으나 실제 이 부분에 대한 고용인력은 거의 없는 것을 감안하면 대부분의 작업자들이 석유정제 산업과 관련 작업자라고 할 수 있을 것이다.
현재 국내의 정유업체로는 SK 정유, LG 정유, 환화에너지, 현대정유, 쌍용정유 등 총 5개 정유회사가 있으며 이들 공장에서 생산되는 주요 석유 제품으로는 휘발유, 등유, 경유, 벙커시유, 나프타, 항공유, 프로판, 부탄 등이다.
2. 주요 작업공정과 유해인자
석유정제공정은 매우 복잡하고 다양하지만 마치 물 흐르듯이 일관라인으로 되어 있어 뚜렷하게 단위 공정을 구분하기가 어렵다는 특성을 가지고 있다.
가장 기본적인 작업단위를 중심으로 개괄적으로 살펴 보면 [그림 1]과 같다.
1) 원유 입고 및 저장
원유를 실은 수송선이 항구에 입항하면 수송 파이프를 통해 저장고로 입고되게 된다. 통상적으로 원유회사는 원유가의 국재 가격 변동에 대비하여 몇 달 이상의 원유를 계속해서 확보해 논 상태에서 작업을 하게 된다고 한다.
저장탱크에 정장된 원유는 수송 파이프를 타고 원유의 가공 첫 단계인 분류 공정으로 이동하게 된다.
윤활유 생산공정
* 용제 추출공정
↑ 원유입고 및 저장
→
원유분류
→
옥탄가 증가
→
분해증류
→
제품(연료)생산
- 프로판 - 촉매반응 - 촉매 분해증류
- 부탄 - 알킬화반응 - 수소 분해증류
- 휘발유 - 중합반응 - 코킹(coking)
- 나프타
- 항공유
- 등유
- 경유
- 벙커C유
[그림 1] 정유 공장의 개괄적인 작업단계
프로판
LPG 분리공정
부 탄
휘발유제조공정 휘발유
상 압
원 유 증 류 나프타
공 정
항공유
중질유 탈황공정
등 유
경유
잔사유(벙커C유)
진공증류공정 윤활기유
왁 스
아스팔트제거공정 아스팔트
[그림 2] 원유정제 공정 흐름도
2) 원유 분류단계(Crude Fractionation)
이 공정에서는 분류탑을 통해 원유에 존재하는 수분과 유기염 등의 불순물을 제거하고 1차적인 석유제품을 분류해 내는 공정이다.
원유를 상압상태에서 증류를 하면 원유속에 함유되어 있는 각종 유기물들이 물리화학적인 특성에 따라 분륜된다. 맨 먼저 LPG 분류 공정을 거쳐 프로판 가스와 부탄 가스가 분류되고 두번째로 휘발유 제조공정을 거쳐 휘발유가 정제되고 기타 나프타, 항공유, 등유, 경유 등이 순서되고 정제되고 맨 마지막에는 이른바 잔사유라고 일컬어지는 벙커C유만 남게 된다(그림 2).
상압증류 과정에서 잔유물로 남은 벙커C유는 또 다른 증류공정을 거쳐 수소첨가와 왁스 등을 제거한 후 윤활유로 만들어지고 아스팔트 제거공정을 거치게 되면 이른바 아스팔트가 만들어져 도로 포장 등에 쓰이게 된다.
일반적으로 원유를 100이라 할 때 이중 벙커C유가 45, 연료유가 20, 기유(base oil)가 10 정도의 비율이라고 한다.
이 공정에서는 주로 황산화물에 의한 대기오염을 줄이고 부식을 방지하기 위하여 원유에 함유되어 있는 황을 추출하는 이른바 탈황 작업이 이루어지며 이 과정에서 황화수소가 발생되고 기타 추출용매로 페놀, 아민 등의 각종 용제가 사용된다.
원유를 정제하는 과정에서는 수 많은 유기화합물들이 발생하게 되는 데 이중에서 산어보건학적으로 가장 중요한 유해인자는 여러가지 발암물질로 구성되어 있는 다핵방향족탄화수소(Polynuclear aromatic hydrocarbons, PAHs)다. 이 물질 속에는 특히 발암물질로 알려진 크라이센(chrysen), 벤조(c)페난스렌(benzo(c)phenanthrene), 벤조(a)피렌(benzo(a)pyrene), 디벤조(a,j)안트라센(dibenzo(a,j)anthracene), 디벤조(a,h)안트라센(dibenzo(a,h)anthracene) 등의 많은 종류의 발암물질이 포함되어 있다(Greenberg 등, 1997).
[표 1] 석유 정제 공정의 주요 작업 및 유해인자 ( John E.M., 1984) 주요공정 단계
주요 작업내용
유 해 인 자
원유분류 공정
원유에 존재하는 수분과 유기염들을 제거하고 나프타, 파라핀 등이 정제된다.
1)방향족, 나프탄, 오레핀, 파라핀 계통의 탄화수소 물질, 2)다핵방향족탄화수소, 각종 부식방지제, 각종 유화제, 황화수소, 규조토(유리규산), 고열, 소음
옥탄가 증가 공정
연료의 옥탄가를 증가시키기 위해 촉매, 알킬화, 중합 반응 등의 화학적인 처리를 한다
방향족, 지방족, 나프탄, 오레핀, 파라핀 계통의 탄화수소 물질, 다핵방향족탄화수소, 황산, 염산, 불산, 포스겐, 황화수소, 일산화탄소, 삼염화안티몬, 염소가스, 기타 촉매제의 분진, 고열, 소음
분해증류 공정
고온, 고압 상태에서 촉매제를 이용하여 탄화수소의 분자 크기를 줄여 자동차 연료를 생산하기 위한 단계다.
방향족, 나프탄, 오레핀, 파라핀 계통의 탄화수소 물질, 다핵방향족탄화수소, 안티몬 화합물, 황화수소, 일산화탄소, 코크분진, 촉매제 분진, 고열, 소음
자동차 연료 생산 공정
분해증류된 제품에 녹킹방지, 부식방지, 탈황 등을 목적으로 각종 물질들을 첨가하는 공정
방향족, 나프탄, 오레핀, 파라핀 계통의 탄화수소 물질, 산화방지제, 녹킹방지제, 염료, 염화구리, 납
특정제품 생산
공정
특정한 목적에 맞는 윤활유나 구리스 등을 생산하는 공정
방향족 탄화수소, 케톤, 페놀, 리듐화합물, 바륨화합물, 알루미늄화합물, 납화합물
1) 방향족탄화수소 : 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등
2) 다핵방향족탄화수소 : 크라이센(chrysen), 벤조(c)페난스렌(benzo(c)phenanthrene), 벤조(a)피렌(benzo(a)pyrene), 디벤조(a,j)안트라센(dibenzo(a,j)anthracene), 디벤조(a,h)안트라센(dibenzo(a,h)anthracene)
기타 탈황과정에 발생되는 황화수소와 벤젠, 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 유기용제, 나프탄, 오레핀, 파라핀 계통의 탄화수소 물질, 각종 부식방지제, 각종 유화제와 촉매제로 쓰이는 규조토(유리규산)등이 문제되고 증류과정에서의 고열과 소음 등이 문제되고 있다(표 1).
3) 옥탄가 증가 단계
이 공정단계에서는 증류 단계에서 생산된 각종 제품의 효율을 높이는 단계로 자동차 연료의 옥탄가를 증가시키기 위한 각종 화학적인 처리 단계로 보통 다음과 같이 3가지 방법이 이용된다(John E. Mutchler, 1984).
① 촉매반응
보통 나프텐, 파라핀 계통의 물질을 고온, 고압하에서 몰리브덴, 크롬, 알루미늄, 플라티움, 레니움 등의 촉매제를 첨가하여 반응시키면 방향족계통의 탄화수소로 변화하여 옥탄가가 증가하게 된다.
② 알킬화반응
알칼화 반응을 통해 물질의 이성체로 변화시키는 공정이다.
부탄, 펜탄, 헥산 등의 유기물에 촉매제로 몰리브덴, 니켈, 염산, 황산, 불산 등을 첨가하여 탄화수소의 고리가 좀더 복잡한 이성체로 변화시킨다.
③ 중합반응
오레핀 계통의 물질을 황산, 인산, 기타 규조토 등을 촉매제로 이용하여 고분자 물질로 변화시켜 옥탄가를 증가시키는 단계다.
이와 같이 보통 3가지 화학반응을 통해 옥탄가를 증가시키는 이 공정에서는 벤젠, 톨루엔 등의 방향족탄화수소와 크롬, 니켈 등의 촉매제, 염산, 불산, 항산, 인산 등의 산성가스, 기타 일산화탄소와 포스겐, 삼염화안티몬, 황화수소, 염소가스, 그리고 고열과 소음이 주요 유해인자다.
4) 분해 증류단계
고온, 고압 상태에서 여러 가지 촉매제와 수소를 이용하여 탄화수소의 분자 크기를 줄여 자동차 연료와 윤활유, 왁스, 아스팔트 등을 생산하기 위한 단계로 이른바 원유를 정제하는 마지막 공정이다.
주로 수소첨가를 통해 분해가 이루어지고 이 단계에서는 텅스텐, 철, 니켈, 파라디움 등의 촉매제가 첨가되며 맨 마지막으로는 저분자화합물을 제거하여 최종적으로 아스팔트와 중질유를 생산한다.
이 단계에서는 방향족, 나프탄, 오레핀, 파라핀 계통의 탄화수소 물질, 다핵방향족탄화수소, 안티몬 화합물, 황화수소, 일산화탄소, 코크분진, 촉매제 분진(텅스텐, 철, 니켈, 파라디움), 고열, 소음 등이 주로 문제된다.
5) 자동차 연료생산단계
분해증류된 제품에 녹킹방지, 부식방지, 탈황, 부동(anti-icing) 등을 목적으로 각종 물질들을 첨가하는 공정이다. 주로 녹킹방지제로는 할로겐 화합물에 유기납(알킬연)을 이용하며 무연(unlead)일 경우에는 유기마그네슘 화합물을 사용한다.
이 공정 단계에서는 방향족, 나프탄, 오레핀, 파라핀 계통의 탄화수소 물질, 산화방지제, 녹킹방지제, 염료, 염화구리, 납 등이 주로 문제된다.
6) 특정제품 생산공정
기타 특정한 목적에 맞는 윤활유나 구리스 등을 생산하는 공정이 있는 데 이 과정에서도 방향족 탄화수소, 케톤, 페놀, 리듐화합물, 바륨화합물, 알루미늄화합물, 납화합물 등이 문제되고 있다.
경우에 따라서는 수 많은 용제를 추출하는 석유화학공정이 연결되는 경우도 있는 데 주로 프로판, 페놀, N-메칠피리리돈, 메칠에칠케톤, 메칠이소부칠케톤, 벤젠, 톨루엔, 기타 염화탄화수소 계통의 물질을 추출하게 된다.
3. 건강장해 및 예방관리
석유정제과정에서 문제되는 유해요인 중 가장 중요한 것은 벤젠, 톨루엔, 크실렌, 나프탈렌, 안트라센 등과 같은 다양한 방향족탄화수소들이며 이 중에는 특히 발암물질로 알려진 크라이센(chrysen), 벤조(c)페난스렌(benzo(c)phenanthrene), 벤조(a)피렌(benzo(a)pyrene), 디벤조(a,j)안트라센(dibenzo(a,j)anthracene), 디벤조(a,h)안트라센(dibenzo(a,h)anthracene) 등의 많은 종류의 발암물질이 포함되어 있는 다핵방향족탄화수소다(Greenberg 등, 1997).
[표 2] 석유정제 공장의 주요 건강장해 주요공정 및 관련작업
관련 직업병
각종 설비점검 및 관리자, 실험실 작업자,
대수리 작업자, 공무작업자
폐암, 피부암, 방광암, 백혈병, 피부염, 호흡기질환, 기타 유기용제 급. 만성중독
이와 같은 다핵방향족탄화수소는 폐암과 백혈병 등의 암을 일으키는 것으로 알려져 있다. 그러나 앞에서도 설명했듯이 석유 정제공정의 특징이 온라인화 된 자동화설비이기 때문에 작업자들이 실제 유해인자에 노출될 위험성은 그리 크지 않다. 하지만 각종 설비를 점검하거나 돌발 사태시의 비상조치, 실험실에서의 품질관리를 위한 각종 시료채취, 각종 수리 작업 등을 하는 경우에는 순식간에 고농도에 노출될 수 있기 때문에 항상 급성 중독에 주의해야 한다.
따라서 정유공장의 작업환경 측정에서는 이러한 작업자를 중심으로 이루어져야 하며 측정방법도 단시간노출평가(STEL)를 중심으로 할 필요가 있다.
설비를 점검하는 작업자들은 항상 고효율 방독마스크를 착용해야 한다.
다핵방향족탄화수소(PAH)의 경우 피부, 폐, 간장, 신장 등에서 산화되면서 다양한 대사산물을 생성하는 것으로 알려져 있다 따라서 작업자들에 대한 주기적인 대사산물을 모니터링 하는 것도 필요하다. 연구에 의하면 체내에 PHA가 들어오면 DNA와 결합하여 DNA-PAH adduct를 형성하는 것으로 알려져 백혈구내에서의 DNA-PAH adduct 혹은 혈장내에서의 PAH-albumin adduct를 대사산물로 분석하는 방법이 추천되고 있다(Greenberg 등, 1997).
정유공장에서 작업환경 관리의 기본 원리는 밀폐다. 모든 설비들이 자동화되어 있기 때문에 밀폐설비에 대한 철저한 점검이 가장 중요하다. 만약 어느 한 곳이라도 누설된다면(특히, 각종 용제 이송설비 중 어느 한 곳이라도) 작업자 뿐만 아니라 지역 주민들까지 영향을 미치는 대형 사고로 발전하기 때문에 대단히 주의해야 한다.
작업자들이 가장 많은 시간을 보내는 기기 조정실의 환기 관리도 대단히 중요하다