스티렌 모노머 저장 탱크 내 중합 현상 원인 분석

Abstract

스티렌 모노머(Styrene Monomer, SM)는 빛과 열, 이물질 등에 의해 자기 중합(Self-polymerization)이 가능하며, 이 중합 반응은 발열 반응이기 때문에 급격한 온도 상승으로 인한 폭주반응(Runaway Reaction)으로 이어져 심각한 누출, 폭발 사고 발생 가능성을 내포한다. 또한 스티렌 모노머 저장 탱크에서 의도치 않게 중합 반응이 일어나면 제품이 오염되어 품질 규격을 벗어나 경제적 손실을 야기 시킨다.

본 연구는 국내 석유 화학사에서 발생한 품질 사고의 원인을 찾기 위해 사고 당시의 데이터 취합 및 분석을 진행하였고, 해당 사고와 관련된 스티렌 모노머의 특성을 각종 문헌을 참고하여 파악하였다. 이 과정에서 온도 및 중합방지제(TBC, 4-tert-Butylcatechol)등 중점관리 항목에 대해 연구함과 동시에 사고 원인과 관련된 설비나 불합리한 운전 방법을 지속해서 개선하였으며, 장기적으로 보완이 필요한 부분들에 대해서는 별도 계획을 수립하였다.

해당 과정에서 실시한 중합체 시료 분석 및 관련 자료 검토 결과를 기반으로, 탱크 내부 기화된 스티렌 모노머의 응축과정에서 발생한 중합체가 해당 품질 사고의 원인이라는 가정을 도출하였다. 이를 정량적으로 분석하기 위한 시뮬레이션 및 실험을 수행하여 사고 원인을 보다 객관적이고 논리적으로 파악해 향후 다시 발생할 수 있는 품질 사고를 예방하는 데 초점을 두었다.

본 연구 결과를 통해 스티렌 모노머 운전 주요 관리 지표들의 중요성을 상기시킴과 동시에 스티렌 모노머 저장 탱크의 냉동 설비 투자에 대한 타당성을 부여하고자 한다. 또한 사고 발생 원인과 밀접한 관련이 있지만 즉시 개선이 어려운 스티렌 모노머 저장 탱크의 구조에 대해서는 석유 화학사에서 신규 설비 도입 시 올바르게 설계하도록 권고하고자 한다.

Styrene Monomer can self-polymerize by light, heat, foreign substances, etc., and since this polymerization reaction is an exothermic reaction, it leads to a runaway reaction by a rapid temperature increase, which has the possibility of serious leakage and explosion accidents. In addition, if a polymerization reaction occurs unintentionally in a Styrene Monomer storage tank, the product is contaminated beyond quality standards, resulting in economic loss.

In this research, data at the time of the accident was collected and analyzed to find the cause of the quality accident that occurred at a domestic petrochemical company, and the characteristics of the Styrene Monomer related to the accident were identified by referring to various documents. In this process, important control points such as temperature and polymerization inhibitor(TBC, 4-tert-Butylcatechol) were studied, facilities related to the cause of accidents and irrational operation methods were continuously improved, and a comprehensive plan for facilities requiring long-term supplementation was established.

Based on the results of polymer sample analysis and related data review, the assumption was derived that the polymer generated during the condensation of the Styrene Monomer vapor in the tank was the main cause of the quality accident. This study focused on preventing quality accidents that may occur again in the future by conducting simulations and experiments that quantitatively analyze them in order to determine the cause of the accident more objectively and logically.

Through the results of this study, it is intended to remind the importance of the key management indicators related to the operation of Styrene Monomer and to provide a validity for investment in the refrigeration facility of the Styrene Monomer storage tank. In addition, the structure of the Styrene Monomer storage tank, which is closely related to the cause of the accident, but is difficult to improve immediately, is recommended to be designed correctly when a new facility is introduced by a petrochemical company.