머리말 : 산업 현장의 빈틈에서 출발한 문제의식

석유화학 단지의 정기보수 현장은 긴장과 불확실성으로 가득 차 있다. 수십만 리터의 화학물질이 저장된 대형 탱크가 열리고, 수 킬로미터에 걸쳐 연결된 배관이 블로 다운(Blow down)되는 순간, 특유의 자극적인 냄새와 함께 휘발성유기화합물(VOCs)이 대기 중으로 퍼져 나간다. 이 과정은 단지 내부 종사자들만의 문제가 아니라, 인근 지역 사회 전체에 파급되는 환경 이슈로 확대된다.

정기보수 기간 발생하는 VOCs 배출은 단순히 몇 분, 몇 시간의 문제로 보일 수 있다. 그러나 실제로는 짧은 순간의 방출이 대기 중 농도를 급격히 높여 악취 민원을 촉발하고, 주민 건강 우려를 불러일으킨다. 주민들은 창문을 닫고 외출을 자제하며, 농민들은 작물이 피해를 볼까 불안해한다. 일부는 지방자치단체와 환경청에 민원을 제기하고, 일부는 언론에 제보하며 갈등은 증폭된다.
문제는 여기서 끝나지 않는다. 반복되는 민원과 언론 노출은 기업의 사회적 신뢰를 손상하고, ESG 경영 시대에 투자자와 이해관계자의 우려로 이어진다. 더 나아가 규제 기관의 집중 점검과 행정처분으로 연결될 수 있다. 즉, 정기보수 시의 VOCs 누출 문제는 단순히 환경 문제가 아니라 기업 경영과 직결되는 구조적 리스크이다.

그런데도 현장의 대응 방식은 너무도 제한적이다. 고정식 방지 설비는 정기보수 상황에서는 대부분 가동이 중단된다. RTO(재생식 열산화장치)나 VCU(연소식 휘발성유기화합물 처리기)와 같은 연소 기반 기술은 기동과 안정화에 시간이 필요하여 즉각 대응이 어렵다. VRU(증기 회수 장치)는 고정식 설비로 현장 이동이 불가능하다. 결국 현장 관리자들이 선택할 수 있는 수단은 간이 덮개, 송풍기, 포집 천막 같은 임시 대응책뿐이다. 하지만 이러한 방식은 구조적으로 VOCs 배출을 막을 수 없으며, 그저 피해를 줄이는 수준에 머물러 있다.

이러한 배경 속에서 새로운 기술적 해법 요구가 분명하게 드러났다. 현장에서 즉시 투입 가능하고, 이동이 용이하며, 무엇보다도 VOCs를 실질적으로 처리할 수 있는 장치가 필요하다. 이러한 필요성에 의해 티이씨의 『50CMM급 모듈형 이동식 VOCs 처리 시스템』이 개발됐다.

정책적 맥락과 과제의 출발

1) 한국의 탄소중립과 VOCs 관리 강화
대한민국은 2020년 말 2050년 탄소중립을 선언하였고, 2030년까지 국가 온실가스 감축목표(ND C)를 달성하겠다는 구체적인 로드맵을 제시했다. VOCs는 온실가스 목록에 직접 포함되지 않지만, 대기 중에서 광화학 반응을 통해 오존과 2차 미세먼지를 생성한다는 점에서 매우 중요하게 다뤄진다. 특히 환경부가 수립한 **「제3차 대기환경개선 종합계획(2023~2032)」**은 VOCs 관리의 정책적 전환점을 보여준다. 이 계획은 2032년까지 2020년 대비 VOCs 배출량을 12.1% 감축하겠다는 목표를 명시하고 있으며, 정유·석유화학 산업단지를 핵심 관리 대상으로 지목했다. 즉, VOCs 관리가 단순한 공해 방지 차원을 넘어 국가의 기후·환경 전략의 일부로 편입된 것이다.

2) 기존 연소 기반 기술의 한계
전통적으로 VOCs 처리는 연소 기반 기술에 의존해 왔다. RTO나 VCU와 같은 장치는 대량 배출원 관리에는 효과적이지만, 이산화탄소와 질소산화물을 다량 배출한다는 근본적 한계를 가진다. 탄소중립과 대기질 개선이라는 이중 목표를 동시에 추구하는 현시점에서는 연소 기반 처리 기술만으로는 충분하지 않다. 또 정기보수나 긴급 상황에서는 고정식 장치가 작동하지 않거나 기동 지연으로 제 역할을 하지 못한다. 즉 ‘가장 필요할 때 가장 무용지물’이 되는 상황이 반복되고 있다.

3) 국제적 규제 동향
VOCs 규제 강화는 세계적인 흐름이다.
•유럽연합(EU) : Solvent Emissions Directive (SED)를 통해 용제 사용 산업을 엄격히 규제하며, BAT(최적가용기법) 기준을 권고한다.
•미국(EPA) : MACT(Maximum Achievable Control Technology) 기준을 적용하여 정유·석유화학 공정의 VOCs 배출을 관리한다. 위반 시 막대한 벌금과 운영 제한 조치가 뒤따른다.
•일본 : METI와 환경성이 공동으로 VOCs 저감 자발적 프로그램을 운영하고, 산업계가 스스로 목표를 설정하고 성과를 공개하도록 한다.
이러한 국제 흐름은 한국 산업계에도 직접적인 영향을 준다. 수출 의존도가 높은 국내 정유·석유화학 산업에서 VOCs 관리 수준은 곧 국제 경쟁력과 직결된다.

4) ESG와 녹색금융의 압력
ESG 경영이 글로벌 표준으로 자리 잡으면서, VOCs 관리 수준은 규제 대응을 넘어 기업 평판과 투자 유치에 직결된다. 녹색채권 발행이나 탄소 크레딧 확보를 위해서는 정량적 VOCs 저감 데이터가 필수적이다. “얼마나 줄였는가, 어떤 방식으로 줄였는가?”를 명확히 제시할 수 있는 기술이 요구되는 것이다. 정책·산업적 맥락 속에서 티이씨의 과제는 단순한 기술 개발이 아니라 ‘산업 현장·정책 목표·국제 규제·ESG 경영을 동시에 만족시킬 수 있는 솔루션’으로 자리매김했다.

전처리 : K.O. 드럼과
열교환 프리필터의 상호 보완

현장으로 유입되는 가스는 절대 깨끗하지 않다. 수많은 VOC 분자와 함께 액적, 미스트, 수분, 미세 입자가 뒤섞여 들어온다. 이를 정제하지 않고 곧바로 응축기나 흡착탑에 투입하면, 장치 성능은 급격히 떨어지고 수명도 단축된다.

이를 해결하기 위한 첫 번째 장치가 **K.O. 드럼(Knock Out Drum)**이다. K.O. 드럼은 원심력과 중력 침강을 활용하여 ‘큰 액적과 미세 입자’를 효과적으로 제거한다. 드럼 하부에는 드레인이 설치되어 있어 포집된 액적은 안정적으로 배출된다. 이 과정을 통해 뒤단 응축기 열교환 면의 오염을 줄이고, 흡착탑 활성탄의 수명을 연장할 수 있다.

두 번째 단계는 ‘열교환 프리필터’다. 프리필터는 단순한 여과기가 아니라 ‘유입 가스를 냉각시키며, 일부 VOC를 응축시키는 열교환 장치’이다. 여기서 가스 온도가 낮아지면, 끓는점이 상대적으로 높은 VOC는 액화되어 제거된다. 동시에 낮아진 온도는 뒤따르는 흡착 공정의 효율을 크게 향상한다. 온도가 낮을수록 활성탄 표면에 붙을 수 있는 VOC의 양이 많아지기 때문이다. 또 프리필터에서 제거된 응축액은 드레인을 통해 배출되며, 미스트 엘리미네이터가 재비산을 차단한다. 이러한 다중적 기능 덕분에 초저온 응축과 흡착 공정은 안정적이고 효율적인 조건에서 운전된다.

마지막으로 전처리 구간에는 ‘VOC 센서와 THC 분석기’가 설치되어 유입 농도를 실시간으로 모니터링한다. 이 데이터는 처리 효율을 계산하는 기준점이자, ESG 보고서와 규제 대응 자료로도 활용된다.

결국 전처리 단계는 K.O. 드럼과 열교환 프리필터라는 두 축으로 구성된다.
•K.O. 드럼은 ‘물리적 입자·액적 제거’를 담당하고,
•열교환 프리필터는 ‘온도 저하·부분 응축 ·흡착 효율 향상’을 담당한다.

이 두 장치가 상호 보완적으로 작동함으로써, 전처리는 전체 시스템 성능을 지탱하는 ‘첫 번째 방어선’이자 ‘기초 체력’으로 기능한다.

초저온 응축
: –196℃ LN2 냉열의 절대적 힘

응축은 VOCs 처리를 위한 핵심 공정이다. 기체를 끓는점 이하로 충분히 냉각시키면 액화가 일어나고, 제거로 이어진다. 문제는 산업 현장에서 발생하는 VOCs의 종류가 다양하고, 끓는점이 제각각이라는 것이다. 어떤 물질은 상온에서도 휘발하지만, 또 다른 물질은 높은 끓는점을 가져 단순 냉각만으로는 처리하기 어렵다.
여기서 ‘LN₂(액체질소)의 –196℃라는 초저온 냉열’은 절대적인 장점으로 작용한다. 대부분의 VOC는 극저온 조건에서 확실하게 응축·액화된다. 따라서, 혼합 VOC가 유입되더라도 고비점·저비점 성분을 가리지 않고 안정적으로 포집할 수 있다.

실제 시스템은 ‘다단 냉각 구조’를 취한다.
1. ‘프리쿨러’에서 1차 냉각을 통해 열부하를 줄이고,
2. ‘본 응축기’에서 LN₂를 이용해 –196℃까지 냉각을 진행하며,
3. ‘리시버’에서 액화된 VOC를 안정적으로 모아 회수한다.

응축된 VOC는 단순히 폐기되는 것이 아니라 재활용이 가능하다. 원료로 재사용되거나 별도 정제를 거쳐 판매할 수도 있다. 이는 단순한 오염물질 제거를 넘어 자원 선순환의 가치를 실현하는 과정이다. 또한 LN₂는 냉각제일 뿐만 아니라 ‘안전 가스’로서도 기능한다. 기화된 질소는 퍼지 가스로 활용되어 장치 내부를 불활성화하고, 폭발 위험을 줄여준다. 즉, 초저온 응축은 “처리 효율 + 안전성 + 자원 회수”라는 세 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있는 기술이다.

활성탄 흡착·탈착
: 진공과 스팀을 병행한 재생 기술

1) 흡착의 기본 원리
휘발성유기화합물(VOCs)을 완전히 제거하기 위해서는 응축 이후에도 잔여 가스를 처리할 수 있는 보완 장치가 필요하다. 여기서 중요한 역할을 하는 것이 바로 ‘활성탄 흡착탑’이다. 활성탄은 평균적으로 1g당 수백 제곱미터에 달하는 표면적을 가진 다공성 물질이다. 이 미세공 구조는 기체 분자를 물리적 힘(반데르발스 힘)으로 붙잡는다. 흡착 과정은 크게 두 가지 특징으로 설명할 수 있다.
•온도의 영향 : 낮은 온도일수록 흡착 능력은 향상된다. 이는 전처리와 초저온 응축 단계에서 유입 기체를 충분히 냉각시키는 이유이기도 하다.
•분압의 영향 : 유입 기체의 농도가 높을수록 더 많은 VOC 분자가 흡착된다. 그러나 포화가 되면 더 이상 흡착할 수 없으며, Breakthrough가 발생한다.
즉 활성탄은 VOCs 처리에서 마지막 ‘안전망’ 역할을 하며, 응축 단계에서 처리되지 못한 저농도 잔여분을 완벽히 잡아내는 기능을 한다.

2) Breakthrough 곡선과 운전 관리
흡착층의 성능은 ‘Breakthrough 곡선’으로 평가된다. 유입 농도와 배출 농도를 시간 축에 따라 그리면 초기에는 배출 농도가 0에 가깝지만, 시간이 지나면서 점차 상승한다. 일정 지점에서 급격히 농도가 증가하는 순간이 Breakthrough이며, 이는 곧 흡착층이 포화 상태에 이르렀음을 의미한다. Breakthrough 시점을 예측하고, 적절히 탈착·재생을 실행하는 것이 장치의 안정적 운영에 필수적이다. 따라서 본 시스템은 PLC 제어를 통해 유입 농도와 배출 농도를 지속적으로 모니터링하고, Breakthrough 신호가 감지되면 즉시 흡착탑을 전환하도록 설계됐다.

3) 진공 재생 방식
포화한 활성탄을 다시 사용할 수 있도록 만드는 방법의 하나는 ‘진공 재생’이다. 건식 진공펌프를 가동해 흡착탑 내부 압력을 수십 Torr 수준까지 낮추면, 활성탄 표면에 붙어 있던 VOC 분자가 쉽게 떨어져 나온다.
진공 재생의 장점은 다음과 같다.
•폐수 발생이 없음 : 수분을 사용하지 않기 때문에 추가적인 폐수 처리 공정이 필요 없다.
•재생 속도가 빠름 : 압력 강하만으로도 탈착이 일어나므로 짧은 시간에 재생이 가능하다.
•비극성 VOC에 유리함 : 물과 친화성이 낮은 비극성 물질의 경우 진공 재생에서 효율이 특히 높다.
이 방식은 장치의 단순성과 유지관리 편의성을 동시에 제공한다.

4) 스팀 재생 방식
진공 재생이 모든 상황에서 충분한 해결책이 될 수 없다. 다양한 물질이 혼합된 VOC 유입 조건에서는 활성탄 표면에 불균일하게 분포된 잔류 물질이 고르게 제거되지 않을 수 있다. 이때 효과적인 방법이 ‘스팀 재생’이다. 스팀 재생은 일정 온도의 포화 수증기를 흡착층에 주입하는 방식으로, 스팀이 활성탄 입자 사이를 통과하면서 열과 수분이 동시에 공급된다. 이 과정은 흡착층 전체에 고르게 영향을 미치며, 표면에 남아 있는 VOC를 균일하게 탈착시킨다.
스팀 재생의 장점은 다음과 같다.
•혼합 VOC 조건에 강함 : 물성과 끓는점이 제각각인 VOC가 혼합된 경우에도 전체적으로 균일한 세정 효과를 발휘한다.
•장기 운전에 안정적임 : 반복 운전 과정에서 특정 구간의 잔류물이 쌓이는 현상을 방지한다.
•흡착층 수명 연장 : 주기적인 스팀 세정은 활성탄의 표면을 깨끗하게 유지해 장기간 성능을 유지할 수 있다.
물론 스팀 재생은 응축수 처리가 필요하고, 에너지를 소비한다는 단점이 있지만, 장치 신뢰성과 장기적 안정성을 고려하면 충분히 타당한 선택이다.

5) 병행 운용의 의미
티이씨의 50CMM급 모듈형 이동식 VOCs 처리 시스템은 진공 재생과 스팀 재생을 모두 제공한다. 이는 곧 현장 상황에 따라 최적의 방식을 선택할 수 있다는 뜻이다. 예를 들어, 단일 성분 VOC가 다량 배출되는 정제 공정에서는 진공 재생만으로도 충분히 효율적이다. 반면, 정기보수 시처럼 다양한 성분이 섞여 불규칙하게 배출되는 상황에서는 스팀 재생이 유리하다. 두 가지 방식을 병행 운용할 수 있다는 점은 장치의 ‘범용성’과 ‘신뢰성’을 동시에 높여준다. 현장 조건은 예측하기 어렵고, 하루하루 배출 성분이 달라질 수 있다. 따라서, 복수의 재생 옵션을 갖추는 것은 이동식 장치의 본질적 요구와 잘 부합한다.

제어와 안전
: PLC 기반의 직관성과 신뢰성

1) 제어 시스템의 필요성
이동식 VOCs 처리 시스템의 본질적 가치는 ‘즉시 대응성과 안정적 운전’에 있다. 하지만 현장의 실제 운용자는 제어 전문가가 아닐 가능성이 크다. 장비를 설치하고 기동하는 주체는 정비 기사나 현장 관리자일 수 있으며, 때로는 외부 협력업체 직원일 수도 있다. 따라서 제어 시스템은 ‘누구라도 쉽게 사용할 수 있을 만큼 직관적’이어야 하고, 동시에 장치와 사람 모두를 보호할 만큼 ‘신뢰성’을 확보해야 한다. 기존의 고정식 방지 설비는 복잡한 패널, 다수의 밸브 조작 그리고 긴 기동 절차 때문에 ‘전문 운전원’이 상주하지 않으면 제대로 가동하기 어렵다. 그러나 이동식 시스템은 현장에 설치되자마자 가동해야 하므로 제어 철학 자체가 달라야 한다. ‘최소한의 입력, 최대한의 자동화’가 곧 신뢰성으로 이어진다.

2) 센서와 계측의 역할
VOCs 처리 시스템의 성능과 안전은 결국 계측 데이터의 정확성에 달려 있다. 본 시스템은 주요 위치에 신뢰성 높은 센서를 배치해 운전 상태를 실시간으로 모니터링한다.
•온도 센서 : 프리쿨러, 본 응축기, 흡착탑 등 각 지점의 온도를 정밀 측정하여 냉각 및 흡착 효율을 관리한다.
•압력 센서 : 진공 재생 시 흡착탑 내부 압력을 모니터링하고, 과압 발생 시 인터록을 통해 장치를 보호한다.
•유량 센서 : 시스템의 처리량을 확인하여 목표 용량(50CMM)이 안정적으로 유지되는지를 감시한다.
•VOC 센서 및 THC 분석기 : 유입 및 배출 농도를 실시간으로 비교해 처리 효율을 수치화한다. 이 데이터는 단순 운전 지표를 넘어, 규제 대응 및 ESG 보고서에도 활용된다.
이러한 계측 체계는 운전자가 복잡한 해석 없이도 보는 즉시 이해할 수 있는 데이터를 제공한다.

3) 인터록과 비상 정지
제어 시스템의 두 번째 핵심은 ‘안전 보장’이다. 본 시스템은 예상치 못한 상황에서도 장치를 보호하고, 작업자를 안전하게 지키기 위해 다층적인 인터록을 갖추었다.
•과압 인터록 : 압력이 허용 범위를 초과하면 즉시 차단 밸브를 닫고, 안전 배출 라인을 통해 내부 압력을 해소한다.
•과온 인터록 : 냉각 온도가 제어 범위를 벗어나면 LN₂ 공급을 조정하거나 운전을 자동 정지 한다.
•Breakthrough 인터록 : 흡착탑 출구 농도가 급격히 상승하면 자동으로 다른 흡착탑(吸着塔)으로 전환해 배출을 막는다.
다중 인터록 구조는 단순한 ‘장치 보호’ 수준을 넘어 ‘현장의 안전 문화’를 뒷받침하는 장치적 기반이 된다.

4) HMI와 운전자의 편의성
현장에서 장치 운용자는 매번 복잡한 매뉴얼을 참고할 시간이 없었다. 따라서, HMI(Human Machine Interface)는 ‘직관적이고 시각화된 화면’으로 제공된다. 주요 상태(예: 응축, 흡착, 재생, 정지)는 색상과 아이콘으로 표시되어, 운전자가 한눈에 현재 상황을 파악할 수 있다. 또한 모든 운전 데이터는 자동으로 기록된다. 처리 효율·응축 회수율·흡착탑 전환 시점·인터록 발생 기록 등이 모두 저장되며, 필요시 외부 저장장치로 백업할 수 있다. 이는 단순히 운전자의 편의를 넘어, 규제 대응과 경영 보고에 활용되는 중요한 자산이다.

5) 국제 안전 규격의 반영
이동식 VOCs 처리 장치는 다양한 산업 현장, 때로는 위험 구역에도 투입된다. 따라서, 설계 단계에서부터 국제 안전 규격이 반영됐다.
•방폭 설계 : 전기 장치와 제어·계측기는 Zone 1, Zone 2 환경에서도 사용할 수 있도록 Ex d, Ex e 등 방폭 사양을 적용했다.
•HAZOP 분석 : 설계 과정에서 잠재적 위험 요소를 체계적으로 식별하고, 대응책을 반영했다.
이러한 절차와 결과는 인증 획득을 위한 형식이 아니라, 실제 현장에서의 ‘운전 신뢰성’을 담보하는 기초 체계이다.

6) 제어와 안전의 결론
결국 제어와 안전은 기술의 성능을 현실로 만들어주는 보이지 않는 기반이다.
•직관적 HMI는 운전자의 부담을 덜고,
•다중 센서와 인터록은 시스템의 이상 상황을 사전에 차단하며,
•국제 규격을 충족한 설계는 현장 적용성을 보장한다.
이 모든 요소가 결합하고, 이동식 VOCs 처리 시스템은 “누구나 쉽게, 언제나 안전하게” 운전할 수 있는 장치로 완성된다. 이는 현장에서 신뢰받는 기술로 자리매김하기 위한 최소한의 조건이자, 차별화된 경쟁력이다.

맺음말
: 산업과 환경의 균형을 향해

50CMM급 모듈형 이동식 VOCs 처리 시스템은 ‘초저온 응축’과 ‘활성탄 흡착·탈착’ 기술을 결합하여 환경성과 안전성 그리고 현장 적용성을 동시에 확보한 장치다. 이 시스템은 단순히 특정 상황에서 오염 배출량을 줄이는 보조 장치가 아니라, 정유·석유화학·탱크터미널·2차전지·제약 등 다양한 산업 현장에서 ‘표준적 해법’으로 자리 잡을 수 있는 잠재력을 보여준다.

주목할 점은, 본 기술이 ‘본사 시험과 실제 산업 현장에서의 실증 성능 시험을 통해 과제 목표를 초과 달성했다는 사실’이다. TEC 본사에서의 통제된 조건 시험뿐 아니라, 석유화학 단지의 실제 배출 환경에서 진행된 현장 실증 시험 모두에서 VOC ‘제거 효율이 99% 이상’으로 확인됐다. 단순한 연구개발 성과를 넘어 ‘현장에서 즉시 적용 가능하고, 신뢰성과 안정성’을 입증한 결과라 할 수 있다.

또한 본 시스템은 오염물질을 줄이는 기능을 넘어 ‘데이터 기반 ESG 경영을 뒷받침하는 장치’로 기능한다. 운전 과정에서 수집되는 유입 농도·처리 효율·흡착탑 전환 기록·알람 이력 등 모든 데이터가 자동으로 기록·저장되어, 규제 대응 자료와 지속가능경영 보고서에 직접 활용될 수 있다. 이는 기업이 환경 규제를 충족하는 것을 넘어, 사회적 책임을 다하고 이해관계자와의 신뢰를 구축하는 핵심 근거로 작동한다.

앞으로 이 기술은 정기보수와 같은 비정상 운전 상황에서 발생하는 대기오염 문제를 근본적으로 해결하는 동시에, 자원 효율과 온실가스 감축이라는 두 가지 목표를 동시에 달성할 것이다. 나아가 한국형 환경 기술로서 해외 시장에서도 경쟁력을 확보하며, ‘산업과 환경이 조화를 이루는 새로운 패러다임’을 제시할 것이다.

zeros727@naver.com