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연구 보고서
중장기적인 정책연구과제와 대안을 포괄적인 시각에서 이론적 · 실중적 분석을 통해 제시함으로써 연구원의 설립목표를 가장 잘 실행하고있는 보고서입니다.
반응위험성 평가를 위한 이론과 실험법의 비교 연구
- 연구책임자
- 이근원 외 2명
- 수 행 연 도
- 2016년
- 핵 심 단 어
- 주 요 내 용
- , 1. 연구 필요성 및 목적 화학반응과 화학물질의 구조변환에 대한 화학물질 특성을 파악하는 것이 화학공정산업의 안전성을 확보하는 주요한 인자이다. 화학반응은 화학물질을 활용한 제품에 대한 다양성을 제공한다. 그러나 화학반응에 대한 적절한 이해와 제어가 이루어지지 않으면 화학반응은 중대한 위험성을 나타낼 수 있다. 화학반응성은 반드시 화학물질의 고유 특성이라고 할 수 없다. 반응위험성은 운전온도, 운전압력, 농도, 촉매효과가 있는 불순물의 존재, 취급량 등과 같은 화학 공정변수와 관련이 있다. 본 연구에서는 반응위험성 평가에 대한 이론적 고찰과 화학물질의 반응 위험성 평가 프로그램인 CHETAH(CHEmical Thermodynamic And Hazard evaluation), CRW(Chemical Reactivity Worksheet) 및 RMT(Reactivity Management Tool)을 비교·고찰을 실시하였다. 또한 화학물질의 반응위험성 평가에 대한 실험적 방법과 사용 프로그램을 활용한 방법을 적용하여 사례연구를 실시한 후 중소규모 화학공정에서 반응위험성 평가 프로그램에 대한 현장 적용성을 평가하여 화학사고 예방에 기여하고자 하였다. 2. 연구 내용 및 방법 1) 국내외 관련문헌 조사 및 고찰 ○ 화학물질의 반응 위험성평가에 대한 이론적 고찰 ○ 화학물질의 반응 위험성평가 실험법 고찰 ○ 프로그램을 활용한 화학물질의 반응 위험성평가 문헌 고찰 2) 반응위험성 평가 프로그램의 비교？분석 및 고찰 ○ CHETHA(CHEmical Thermodynamic And Hazard evaluation) 프로그램 ○ CRW(Chemical Reactivity Worksheet) 프로그램 ○ RMT(Reactivity Management Tool) 프로그램 3) 사례연구 대상 화학반응공정 선정 및 반응위험성 평가 실시 ○ 사례연구 화학반응공정 선정 : n-butyl propionate 합성반응공정 ○ 실험적 방법을 활용한 폭주반응 등의 반응위험성 평가 실시 ○ 프로그램을 활용한 폭주반응 등의 반응위험성 평가 실시 ○ 실험적 방법과 프로그램을 활용한 반응위험성 평가의 비교 4) 중소규모 화학공장에서 프로그램을 활용한 반응위험성 평가 현장 적용성 평가 3. 연구결과 1) 반응위험성 평가에 대한 이론적 고찰을 통해 반응위험성의 정의와 종류에 대한 소개, 화학반응공정에서 냉각실패 등에 의한 반응위험성 평가 절차와 기준 제시, 반응위험성 평가 실험법에 대해 소개할 수 있었다. 실험적 방법을 활용한 반응위험성 평가는 반응위험성 이론에 대한 충분한 이해가 수반되어야 가능하였다. 2) 반응위험성 평가 프로그램인 CHETAH, CRW, RMT 프로그램을 고찰한 결과는 다음과 같았다. ○ CHETAH 프로그램은 에너지방출평가 등의 열역학적 데이터로부터 단일물질 또는 순수물질에 대한 위험성을 평가하는데 유용한 프로그램이었다. ○ CRW 프로그램은 다양한 화학물질들 간의 정성적인 혼합위험성 평가에 매우 유용한 프로그램이었으며, 화학물질의 저장, 혼합, 폐기 공정 등에서 실용적으로 사용이 가능할 것으로 판단되었다. ○ RMT 프로그램은 화학반응공정의 사고 시나리오 분류에 따른 폭주반응 등의 반응위험성 평가에 활용이 가능한 프로그램이며, RMT 프로그램을 활용하기 위해서는 해당 화학반응의 반응열과 비열 등에 대한 정보가 필요하였다. 3) 사례연구로 실시된 실험적 방법을 활용한 화학반응공정의 반응위험성 평가는 위험성 등급 결정 등 정량적인 반응위험성 평가가 가능하였다. 평가자료는 공정설계 및 공정운전조건 최적화 설정에 사용이 가능하였으나 많은 시간과 비용 및 실험결과 해석에 필요한 전문지식이 필요하였다. 4) 사례연구로 실시된 프로그램을 활용한 화학반응공정의 반응위험성 평가는 정성적이고 개략적인 반응위험성 평가를 수행할 수 있고, 비용과 시간적인 측면에서 제한이 없어 중소규모 화학공장의 반응위험성 평가 Screening Tool로 활용이 가능할 수 있을 것으로 판단되었다. 5) 효과적인 반응위험성 평가는 표준반응조건에서 열적거동 등의 기본적인 실험자료 확보를 위한 실험적 방법과 프로그램을 활용한 방법을 상호 보완적으로 사용하는 것이라고 할 수 있다. 4. 활용 및 기대효과 ○ 안전관련 학회(화공학회, 안전학회, 가스학회 등)에 연구결과 발표 등으로 관련분야 전문가의 기술 및 연구 자료로 활용 ○ 화학물질 사용？취급 근로자에게 반응위험성 평가 정보제공 및 관련 사업장의 안전교육 자료로 활용 ○ 실험적 방법 및 프로그램을 활용한 반응위험성 평가 도구 제공 5. 중심어 반응위험성, 폭주반응, 혼합위험성, CHETAH, CRW, RMT 6. 참고문헌 및 연락처 - 참고문헌 ○ 이근원, “화학물질 혼합위험성 결정을 위한 반응성 매트릭스 개발(Ⅰ)”, 2014- 연구원-598, 한국산업안전공단 산업안전보건연구원 (2014). ○ 이근원, “화학물질 혼합위험성 결정을 위한 반응성 매트릭스 개발(Ⅱ)”, 2015- 연구원-1094, 한국산업안전공단 산업안전보건연구원 (2015). ○ Bernard Martel, "Chemical Risk Analysis : A Practical Risk Anaysis", Paperback Edition, Kogan Page Science, (2004). ○ S.R. Saraf et al., " Predition of Reactive Hazards Based on Molecular Structure", J. of Hazardous Materials, pp.15-29, (2003). ○ D.A. Crowl and T.I. Elwell, " Idenfifying Criteria to Classify Chemical Mixtures as ？Highly Hazardous？due to Chemical Reactivity", J. of Loss Prevention in the Process Industries 17, pp.279-289, (2004) - 연락처 ▶ 연구책임자：산업안전보건연구원 화학물질독성연구실 이근원 소장 ▶ 연구원 담당자：산업안전보건연구원 화학물질독성연구실 이근원 소장
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