정유·화학 공장의 HCN은 어떻게 줄이나?
발생 원인부터 국내 기준, 처리 방식별 온도와 부산물까지
코크를 태워 촉매를 되살리며, 이때 HCN이 생깁니다.
설치된 경우 CO와 환원성 물질을 태웁니다.
배출 기준을 확인하는 지점입니다.
그림 1. FCC 재생기에서 여과집진기까지 배가스가 지나가는 순서(개념도)
자료: ㈜마이크로원 자체 기술자료 기반 · AI 활용 개념도 · 실제 형상·치수와 다름
01 · SOURCES
정유·화학 공장에서 HCN은 어디서 생기나?
정유·화학 공장의 HCN은 주로 FCC 재생기와 아크릴로니트릴 제조 공정에서 나옵니다. 시안화수소(HCN)는 질소를 포함한 코크나 폐가스가 탈 때 생길 수 있는 독성 가스이며, 국내에서는 대기환경보전법 시행규칙 별표 8에서 ppm 단위로 관리합니다.[1]
FCC 재생기: 코크 속 질소가 먼저 HCN이 된다
FCC 재생기는 촉매에 쌓인 코크를 태워 촉매를 되살리는 설비입니다. 코크 속 질소가 탈 때 상당 부분이 먼저 HCN이 되고, 일부는 수증기와 반응해 NH₃가 되거나 산화되어 N₂·NO가 됩니다.[2] 산소가 충분한 완전 연소에서는 주로 N₂와 NO가 나오고, 산소가 모자란 부분 연소에서는 NH₃·HCN 같은 환원성 질소 화합물이 재생기 출구에 훨씬 많습니다.[2] 뒤에 CO 보일러가 있으면 가스가 한 번 더 산화되어 굴뚝에는 주로 SOx와 NOx가 남고, 없으면 CO와 NH₃·HCN이 그대로 배출됩니다.[2]
배출 범위: 설비마다 크게 다르다
TRC Solutions의 2016년 발표에 따르면 EPA가 검토한 FCC 보고서 22건 중 사용 가능한 자료는 9건(8기)이었고, 배출량은 원료 1배럴당 0.001~0.022 lb HCN이었습니다.[3] Concawe는 코크 1톤당 배출계수를 완전 연소 설비 0.58 kg, 부분 연소 설비 0.042 kg으로 제시했습니다.[4] 두 수치는 기준 단위가 달라 서로 환산하거나 비교하지 않습니다. 또 CO 보일러 사용 여부 같은 운전 요소가 HCN 배출에 영향을 주므로,[3] 계수 차이를 설비의 우열로 읽지 않습니다.
아크릴로니트릴: 분리 공정에서 조 HCN이 나온다
아크릴로니트릴은 프로필렌에 암모니아와 산소(공기)를 반응시키는 암모산화(400~510°C)로 만들고, 흡수 용액을 분리하는 공정에서 조 시안화수소가 나옵니다.[5] 흡수탑을 거친 배가스는 그대로 배출하거나 소각로로 보냅니다.[5]
| 발생원 | 생기는 이유 | 문헌에 적힌 조건·수치 | 굴뚝 전 설비 |
|---|---|---|---|
| FCC 완전 연소 | 코크 속 질소가 타면서 일부가 HCN이 됩니다.[2] | 산소가 충분하면 질소는 주로 N₂·NO로 나옵니다.[2] 코크 1톤당 계수 0.58 kg[4] | 공장별로 확인 |
| FCC 부분 연소 + CO 보일러 | 산소가 모자라 환원성 질소(NH₃·HCN)가 재생기 출구에 많습니다.[2] | CO 보일러에서 한 번 더 산화되며 굴뚝에는 주로 SOx·NOx가 남습니다.[2] 코크 1톤당 계수 0.042 kg[4] | CO 보일러(없으면 CO·NH₃·HCN이 그대로 배출)[2] |
| 아크릴로니트릴 폐가스 소각 | 암모산화 뒤 분리 공정에서 조 HCN이 나옵니다.[5] | 반응기 400~510°C. 흡수탑 배가스는 직배출 또는 소각[5] | 폐가스 소각시설 |
02 · REGULATION
HCN 배출 기준은 몇 ppm인가?
국내 일반 기준은 4 ppm 이하입니다. 대기환경보전법 시행규칙 별표 8은 2020년 1월 1일부터 시안화수소를 아크릴로니트릴 제조시설의 폐가스 소각시설 8 ppm 이하, 그 밖의 배출시설 4 ppm 이하로 정하고 있습니다.[1]
단일 특정대기유해물질을 연간 10톤 이상 배출하는 사업장은 각각 6 ppm 이하와 2 ppm 이하입니다. 2019년까지는 10 ppm 이하와 5 ppm 이하(연 10톤 이상 사업장은 10 ppm 이하와 3 ppm 이하)였습니다.[1] 내 설비가 어느 구분에 해당하는지는 별표 8에서 직접 확인해야 합니다.
미국 EPA는 2015년 정유 시설 MACT(Refinery MACT 2) 개정에서 FCC 설비에 HCN 배출 시험을 한 번 하도록 요구했고, 기한은 2017년 8월 1일까지였습니다.[6] 이 글은 이를 한도가 아닌 일회성 시험 의무로 소개합니다.
| 구분 | 대상 | 기준 | 근거 |
|---|---|---|---|
| 국내 일반(2020. 1. 1.부터) | 아크릴로니트릴 제조시설 폐가스 소각시설 / 그 밖의 배출시설 | 8 ppm 이하 / 4 ppm 이하 | 대기환경보전법 시행규칙 별표 8[1] |
| 국내 연 10톤 이상 | 단일 특정대기유해물질 연 10톤 이상 배출 사업장(위와 같은 두 구분) | 6 ppm 이하 / 2 ppm 이하 | 별표 8[1] |
| 국내 2019년까지 | 아크릴로니트릴 제조시설 폐가스 소각시설 / 그 밖의 배출시설(연 10톤 이상 사업장은 10 / 3 ppm) | 10 ppm 이하 / 5 ppm 이하 | 별표 8[1] |
| 미국 FCC | FCC 설비 | HCN 배출 1회 시험(2017. 8. 1.까지) | 80 FR 75178(2015)[6] |
03 · OPTIONS
HCN 처리 방식에는 어떤 것이 있나?
이 글에서는 처리 방식을 연소, 촉매 가수분해, 촉매 산화, 흡착(+촉매), 알칼리 세정, 촉매필터백의 여섯 가지로 나눠 봅니다. Concawe는 기존 배가스 처리 기술이 HCN 배출 제어를 위해 따로 설계된 것이 아니라고 적었으므로,[4] 방식마다 온도 범위와 남는 부산물을 먼저 확인해야 합니다.
CO 보일러·소각시설에서 태웁니다.
덕트 중간에 고정층 촉매를 둡니다.
알칼리 용액으로 배가스를 씻습니다.
여과집진기 내부의 필터백 자리에서 처리합니다.
그림 2. HCN 처리 방식별 설치 위치(개념도)
자료: ㈜마이크로원 자체 기술자료 기반 · AI 활용 개념도 · 실제 형상·치수와 다름
연소(CO 보일러·소각): HCN이 NOx로 바뀐다
연소는 환원성 질소 물질을 산화합니다. 다만 CO 보일러를 거친 FCC 굴뚝에는 주로 SOx와 NOx가 남고,[2] HCN이 NOx로 바뀐다는 설명도 있습니다.[3][7] 연소는 HCN을 줄이지만 NOx 관리가 뒤따릅니다.
촉매 가수분해: HCN이 NH₃와 CO로 바뀐다
HCN이 수증기와 반응해 NH₃와 CO가 됩니다(HCN + H₂O → NH₃ + CO).[8] TiO₂(아나타제)는 Al₂O₃보다 약 2배 높은 활성을 보였습니다.[8] Cu–Ni/γ-Al₂O₃ 촉매는 100~500°C 시험에서 저자들이 400°C를 최적 온도로 봤고, H₂O/HCN 부피비 150 조건에서 제거율은 99%에 가까운 최대치를 보였습니다.[9] 산소가 있으면 HCN 제거율과 NOx 생성은 늘고 NH₃ 생성은 줄었습니다.[9] 모두 실험실 결과이며 상용 성능이 아닙니다.
촉매 산화: 250°C 이상에서 높은 전환, 부산물은 N₂O·NOx
0.5% Pt/Al₂O₃ 촉매는 250°C 이상에서 HCN 전환율이 95%에 이르렀고, 생성물로 N₂O·NO·NO₂가 관찰됐습니다.[10] Pt·Pd 계열은 약 250~300°C 이상에서 높은 활성을 보이지만 N₂O와 NOx가 부산물로 생기고, Cu-ZSM-5 등은 비슷한 전환율에 N₂ 선택성이 더 좋았다는 보고가 있습니다.[8]
흡착(+촉매): 구리 담지 활성탄 촉매는 200~350°C
구리를 담지한 활성탄(AC-Cu)은 200~350°C에서 HCN 전환율이 96%를 넘었고, 부산물로 N₂O와 NOx가 생겼습니다(양은 조건에 따라 다름).[11] (저자들은 이를 촉매 가수분해·산화로 설명합니다)
알칼리 세정: 약품 소비와 폐수가 따른다
특허 배경 설명에는 강알칼리 세정이 HCN을 완전히 제거하는 한 방법이지만 CO₂까지 흡수해 약품 소비가 커진다고 적혀 있습니다.[7] 모든 세정 공정에 일반화할 수는 없고, 세정액으로 시안 성분이 옮겨 가므로 폐수 처리 설비를 함께 봅니다.
촉매필터백: 여과집진기 안에서 먼지와 HCN을 함께
㈜마이크로원은 촉매필터백을, 여과집진기가 있고 배출가스 온도가 맞으면, 필터백 교체를 중심으로 먼지와 HCN을 한 설비에서 함께 처리하는 방식으로 설명합니다. CataFill®의 적용 온도는 배출가스 120~200°C이며, 구조는 기술연구소 촉매필터에서 볼 수 있습니다.
04 · COMPARISON
처리 방식은 무엇을 기준으로 고르나?
방식은 배가스 온도로 범위를 좁히고, 부산물 처리 가능 여부와 설치 공간으로 거릅니다.
- 온도: 표 3의 문헌 온도를 배가스 온도와 맞춰 봅니다.
- 산소·수분: 가수분해는 수증기가 반응물이고, 산소가 있으면 NOx가 늘 수 있습니다.[9]
- NOx: NOx가 있으면 HCN에서 생긴 NH₃가 SCR 반응으로 N₂가 될 수 있습니다.[8]
- 먼지·피독: 먼지와 촉매를 피독시킬 수 있는 성분이 있는지 확인합니다.
- 공간: 반응기·흡착탑·세정탑을 둘 자리가 있는지 봅니다.
| 방식 | 온도(문헌 시험 조건 / 제품 적용 범위) | 주요 부산물 | 추가 공간 | 기존 설비 개조 |
|---|---|---|---|---|
| 연소 | 설비별 | NOx | 설비별(기존 CO 보일러·소각시설 활용 여부에 따라 다름) | 신설 성격 |
| 촉매 가수분해 | 100~500°C 시험, 400°C 최적[9] | NH₃ | 반응기 | 덕트 개조 |
| 촉매 산화 | 250°C 이상[10] | N₂O·NOx | 반응기 | 덕트 개조 |
| 흡착(+촉매) | 200~350°C[11] | N₂O·NOx | 흡착탑 | 덕트 개조 |
| 알칼리 세정 | 습식 | 시안 폐수 | 세정탑·폐수 설비 | 신설 성격 |
| 촉매필터백 | CataFill® 적용 온도 120~200°C | 촉매 구성에 따름 | 여과집진기 안에서 처리 | 필터백 교체 중심(여과집진기가 있는 경우, 케이지·차압 확인) |
촉매필터백이 맞지 않는 경우
- 여과집진기가 없는 공정: 필터백을 바꿀 자리가 없어 고정층 촉매나 연소를 봅니다.
- 배출가스가 120~200°C 범위 밖인 공정: 다른 방식과 비교합니다.
- 부산물 처리 계획이 없는 경우: 촉매 구성에 따라 NH₃나 NOx가 남을 수 있어 처리 방법을 함께 정합니다.
교체 가능 여부는 칼럼 「기존 백필터를 촉매필터백으로 바꿀 수 있나?」에서, 먼지와 NOx를 함께 처리하는 원리는 칼럼 「촉매필터는 먼지와 NOx를 어떻게 한 번에 처리하는가?」에서 다룹니다. 점검 항목은 엔지니어링 가이드에 정리돼 있습니다.
고르기 전에 확인할 것: 측정부터
- 같이 재기: HCN·NOx·NH₃·O₂·H₂O·온도를 함께 잽니다. 산소가 늘면 HCN은 줄어도 NOx가 늘 수 있습니다.[9]
- 간섭 알기: 알칼리 흡수법(OTM-29)은 CO₂와 황화물이, FTIR은 수분과 시료 배관 냉점이 오차를 만들어 경험 있는 기관이 필요합니다.[3]
- 전후 비교: 연소 방식이나 CO 보일러 유무가 HCN을 바꾸므로, 운전 변경 전후에 같은 방법으로 비교 측정합니다.[4][3]
- 결과로 정하기: 기준을 넘으면 표 3에서 온도에 맞는 방식부터 비교하고, 남는 부산물을 처리할 설비를 함께 검토합니다. 기준값과 판단은 현장별로 담당자가 정합니다.
촉매 부직포 위에 평평하게 붙은 얇은 막입니다.
촉매를 담지한 PTFE 부직포입니다.
배가스에 들어 있는 HCN입니다.
가수분해 방식 촉매에서 생길 수 있는 부산물이며, 촉매 구성에 따라 다릅니다.
그림 3. 촉매필터백 벽면 단면 개념도
자료: ㈜마이크로원 자체 기술자료 기반 · AI 활용 개념도 · 실제 형상·치수와 다름
05 · FIELD CASE
국내 공장에는 어떻게 적용됐나?
2026년 국내 주요 기업의 정유·화학 공장에 CataFill®-DHX 840기를 납품했고, 배출되던 HCN을 90% 이상 저감했습니다. 촉매는 DeNOx와 DeHCN을 상업 공급하며, CO 등은 맞춤 설계로 검토합니다. 이 실적은 해당 현장의 결과이므로, 적용 전에는 배가스 온도, 산소·수분, NOx, 여과집진기 구성을 먼저 확인합니다.
FAQ
자주 묻는 질문
굴뚝 HCN은 어떻게 측정하나요?
알칼리 흡수법(OTM-29)이나 FTIR로 측정합니다. 두 방법 모두 CO₂·황화물, 수분, 시료 배관 냉점 같은 간섭이 있어 경험 있는 기관이 필요합니다.
CO 보일러가 있으면 HCN도 줄어드나요?
줄어들 수 있습니다. 다만 CO 보일러에서는 HCN 일부가 NOx로 바뀔 수 있으므로 NOx 관리를 함께 봐야 합니다.
가수분해에서 생긴 NH₃는 어떻게 되나요?
NH₃는 배가스에 남을 수 있고, 산소가 있으면 일부가 산화되어 NOx가 늘 수 있습니다. NOx가 함께 있으면 SCR 반응으로 N₂가 될 수 있습니다.
연 10톤 이상 배출 사업장 기준은 더 엄격한가요?
네. 일반 기준 4 ppm(소각시설 8 ppm) 대신 2 ppm(6 ppm)이 적용됩니다. 적용 구분은 별표 8에서 확인합니다.
- 국가법령정보센터, 「대기환경보전법 시행규칙」 별표 8 대기오염물질의 배출허용기준(2026. 11. 4. 개정, 기후에너지환경부령 제67호). 링크
- Johnson Matthey, 「HCN and NOx control strategies in the FCC」, Digital Refining. 「제조사 자료」(HCN 발생 원리 설명에만 사용) 링크
- TRC Solutions, 「Measurement of Hydrogen Cyanide Air Emissions in Refinery Operations」, IPEC 2016. 링크
- Concawe, 「An overview of HCN emissions from FCCUs and their potential impacts on human health」, Report 1/19, 2019. 링크
- European Environment Agency, 「EMEP/CORINAIR Emission Inventory Guidebook, B4520 Acrylonitrile」, 2006. 링크
- U.S. EPA, 「Petroleum Refinery Sector Risk and Technology Review and New Source Performance Standards」, 80 Federal Register 75178, 2015. 링크
- Degussa GmbH, 「Process for the separation of hydrogen cyanide from gases and waste gases」, US 5,200,161, 1993. 링크
- Kröcher, O., Elsener, M., 「Hydrolysis and oxidation of gaseous HCN over heterogeneous catalysts」, Applied Catalysis B: Environmental 92, 75–89, 2009. 링크
- Yan, L. 외, 「Catalytic hydrolysis of gaseous HCN over Cu–Ni/γ-Al2O3 catalyst: parameters and conditions」, Frontiers of Environmental Science and Engineering 10(6), 2016. 링크
- 「Catalytic oxidation of HCN over a 0.5% Pt/Al2O3 catalyst」, Applied Catalysis B: Environmental 65, 282–290, 2006. 링크
- 「Coupling catalytic hydrolysis and oxidation on metal-modified activated carbon for HCN removal」, RSC Advances 6, 57108–57116, 2016. 링크