질소 발생기의 작동 방식과 종류는?

우리가 호흡하는 공기 중 약 78%를 차지하고 있는 질소는 다양한 산업 분야에서 사용되고 있습니다. 그리고 대부분의 공정에서 질소를 구매하여 사용하고 있습니다. 하지만 보다 더 효율적인 방법은 질소 발생기로 직접 질소를 생산하는 것입니다. 아트라스콥코에서 질소 발생기의 작동 원리와 방법에 대해 알려드립니다.

질소 발생기 기능: 질소 발생기 의 주요 기능은 필요한 순도 수준에 맞춰 지속적이고 신뢰할 수 있으며 수요에 따른 질소 공급원을 제공하는 것입니다. 따라서 다음과 같이 산화를 제어하거나 방지해야 하는 산업에 필수적입니다.

• 전자 제조: 회로 기판의 부 식 방지.
• 식품 및 음료 산업: 산소 노출을 줄여 보관 수명 연장.
• 자동차 및 타이어 공기 주입: 안정성 및 안전성 향상.
• 화학 처리: 원치 않는 반응을 방지하기 위해 불활성 대기를 제공합니다.

자체적으로 질소를 생성함으로써 기업은 고압 가스 실린더의 정기적인 배송 및 취급을 피하면서 더 많은 독립성과 유연성을 얻을 수 있습니다.

질소 발생기는 압축 공기의 산소 및 기타 기체에서 질소 분자를 분리하여 제어된 질소 가스흐름을 생성합니다. 이 공정은 질소 가스 생산 으로 알려져 있으며 다양한 질소 생산 방법을통해 달성할 수 있습니다.

공기에서 질소를 생성하기 위해 발생기는 먼저 깨끗하고 건조한 압축 공기의 흐름을 받습니다. 장치 내부에서 분리 기술이 질소 분자를 분리하는 동시에 산소, 이산화탄소 및 수증기가 제거됩니다. 그 결과 정제된 질소 출력을 즉시 사용하거나 나중에 사용할 수 있도록 저장할 수 있습니다.

현대 식 질소 발생 시스템에는 두 가지 주요 기술이 사용됩니다.

1. 멤브레인 질소 발생기 - 반투과성 섬유를 사용하여 가스를 분리하는 소형 장치.

2. 압력 변동 흡착(PSA)식 질소 발생기 - 탄소 분자 체를 사용하여 매우 높은 질소 순도를 달성하는 시스템.

이들 중에서 선택하는 것은 필요한 질소 품질과 응용 분야에 따라 달라집니다. 예를 들어 타이어를 팽창시키거나 화재를 진압하기 위해서는 멤브레인 장치로 충분한 90-99%의 순도만 필요할 수 있습니다. 반면에 식품 포장 또는 플라스틱과 같은 산업에서는 종종 최대 99.999%의 순도가 필요하며, 이는 PSA 기술로만 달성할 수 있습니다.

질소 발생 시스템은 현장에서 질소를 생산, 저장 및 분배하는 데 필요한 완벽한 설치입니다. 발생기는 핵심 구성품이지만, 안정적인 작동과 가스 품질을 보장하기 위해 여러 다른 요소가 함께 작동합니다.

일반적으로 질소 발생기는 압축 공기 내 산소와 질소 분자를 분리하여 정제된 질소를 공급하는 원리로 작동합니다. 질소 발생기는 기술에 따라 크게 멤브레인 타입과 PSA(압력 변동 흡착)타입으로 나눌 수 있습니다.  그렇다면 어떤 질소 발생기를 선택해야 할까요?

질소 발생기의 타입은 압축공기 시스템에 필요한 질소의 품질에 따라 결정됩니다. 예를 들어, 타이어에 공기를 주입하거나 화재를 방지/진압하기 위해 사용되는 질소의 경우에는 질소 순도가 90-99%로 낮기 때문에 멤브레인 질소 발생기로 충분합니다. 하지만 식음료 산업이나 플라스틱 성형에서는 99.999% 또는 10ppm 이상의 고순도 질소가 필요하기 때문에,  PSA 질소 발생기가 필요합니다.

공정에서 질소를 직접 생산하면 질소의 양과 압력, 그리고 순도를 조절할 수 있습니다. 하지만 이 외에도 다양한 이점이 있습니다. 바로 가스 시장의 가격 변동의 영향을 받지 않는다는 점입니다. 질소가스의 가격이 올라가면, 공급업체 또한 질소의 가격을 향상시킬 수 밖에 없기 때문입니다.

고압의 질소 실린더에 담긴 액화질소는 위험이 따릅니다. 무거운 기체가 압력이 높은 금속 용기에 담겨 있어 에너지가 높아지기 때문입니다. 하여,  가스통을 다룰 때는 각별한 주의가 필요합니다. 하지만 질소 발생기를 사용하는 공정에서는 안전하게 질소를 생산할 뿐 아니라, 증발 손실로 인한 낭비가 없으며, 고압 용기를 반환할 필요가 없습니다. 이처럼 질소 발생기를 구매하는 것은 운영비용과 효율 측면에서 질소 구매와 비교하여 대폭 비용을 절감할 수 있습니다.

흡착은 물질(이 경우 압축 공기)의 원자, 이온 또는 분자가 흡착제 표면에 부착되는 공정입니다.

PSA 발생기는 질소를 분리하고 압축 공기 흐름의 다른 가스(산소, CO₂ 및 수증기)를 흡수하여 본질적으로 순수한 질소를 남깁니다.

PSA는 분자가 탄소 분자체에 결합할 때 압축 공기 흐름에서 산소를 포획합니다. 이는 분리 공정과 재생 공정 간에 전환되는 탄소 분자 체로 채워진 두 개의 별도의 압력 용기(타워 A 및 타워 B)에서 발생합니다.

깨끗하고 건조한 압축 공기는 타워 A로 들어갑니다. 산소 분자는 질소 분자보다 작기 때문에 거름망의 구멍을 통과합니다. 질소 분자는 구멍을 통과할 수 없으므로 거름망을 우회하여 원하는 순도의 질소를 만들 수 있습니다. 이 단계를 흡착 또는 분리 단계라고 합니다. 타워 A에서 생성된 질소는 대부분의 시스템에서 배출되어 직접 사용하거나 보관할 수 있습니다.

그런 다음, 생성된 질소 중 소량이 반대 방향으로 타워 B로 유입됩니다. 이 흐름은 타워 B의 이전 흡착 단계에서 포착된 산소를 밀어냅니다. 타워 B의 압력을 방출함으로써 산소흡착제는 산소 분자를 고정하는 능력을 잃게 됩니다. 거름망에서 분리되고 타워 A에서 나오는 작은 질소 흐름에 의해 운반됩니다. 이 ‘세정’ 과정을 통해 새로운 산소 분자가 다음 흡착 단계에서 거름망에 부착될 수 있는 공간을 만듭니다.

PSA 기술 은 최대 99.999%의 순도 수준으로 까다로운 응용 분야에서 지속적인 고용량 질소 흐름을 가능하게 합니다. PSA 발생기는 멤브레인 발생기보다 초기 투자 비용이 높지만 일부 산업 및 응용 분야에서 요구하는 높은 유량과 높은 순도 수준의 이점을 제공합니다.

PSA 장치는 초고순도를 제공하지만 더 복잡하며 멤브레인 시스템은 더 단순하고 견고합니다. 두 경우 모두 질소 발생기 유지보수는 일관된 성능을 위해 필수적입니다.

멤브레인 시스템은 일반적으로 움직이는 부품이 없고 민감한 구성품이 적기 때문에 유지보수가 적게 필요하므로 가동 중단 시간을 피해야 하는 환경에 적합합니다.

PSA 시스템은 흡입 공기 품질, 필터 및 흡착 매체에 더 많은 주의를 기울여야 하지만 구조화된 질소 발생기 유지보수 일정과 결합하면 까다로운 응용 분야에 최고의 순도와 성능을 제공합니다.

질소는 불활성이며 무취이며 산화를 방지하기 때문에 산업에서 널리 사용됩니다. 현장 발생기는 올바른 순도와 유량의 질소를 공급하여 안정적인 가스 공급을 보장하면서 병에 담긴 배송에 대한 의존도를 줄입니다.

주요 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 화학 처리: 질소는 폭발 또는 원치 않는 반응을 방지하는 불활성 조건을 만드는 데 사용됩니다. 화학 산업의 질소 발생기를 사용하면 작업자가 가스 조달 비용을 절감하면서 안전을 유지할 수 있습니다.
• 식품 및 음료 생산: 제어 된 대기는 유통 기한을 연장하고 맛을 보존하는 데 도움이 됩니다. 포장 라인에서 식품 산업용 질소 발생기는 포장에서 산소를 제거하는 반면, 음료 공장에서는 질소가 병입 및 보관 중 액체를 보호합니다.
• 자동차 부문: 질소로 채워진 타이어는 압력을 더 오래 유지하고 고무의 산화를 줄입니다. 타이어용 질소 발생기를 사용하면 서비스 센터와 플리트 운영자에게 안정적인 공급이 보장됩니다.

간단히 말해, "질소 발생기는 어떤 용도로 사용됩니까?"실험실 및 플라스틱에서 수산화 및 제약에 이르기까지 무산소 또는 저산소 환경이 필요한 모든 곳에서 광범위한 스펙트럼을 다룹니다.

자체적으로 질소를 생산하면 생산량, 순도 및 압력을 직접 제어할 수 있습니다. 유연성 외에도 외부 공급업체에 의존하는 것에 비해 상당한 운영 및 재정적 이점이 있습니다.

주요 장점은 다음과 같습니다.

• 비용 안정성: 병 또는 벌크 질소 의 시장 가격 변동에 대한 독립성.
• 물류 비용 절감: 운송비, 배송 일정 또는 실린더 반품 처리가 필요 없습니다.
• 안전성 개선: 고압 병 보관 및 취급 위험을 제거합니다.
• 폐기물 없음: 액 체 탱크의 끓는 손실과 실린더의 미사용 잔류 가스를 방지합니다.
• 신뢰성: 연중무휴 연 속 공급이 가능하여 생산 중단 시간의 위험을 줄입니다.
• 장기적인 절감: 장비에 대한 초기 투자가 필요하지만 시간이 지남에 따라 운영 비용이 크게 낮아집니다.

이러한 요소로 인해 현장 질소 발생은 기술적 솔루션일 뿐만 아니라 일상 작업에서 안전성, 효율성 및 비용 관리를 개선하는 방법이 됩니다. 현 장 질소 발생의 이점에 대해 자세히 알아보십시오.

모든 응용 분야에는 질소 유량, 순도 및 작동 조건과 관련하여 서로 다른 요구사항이 있습니다. 올바른 시스템은 효율성, 안전성 및 장기적인 비용 절감을 보장합니다. 일부 산업에서는 컴팩트한 멤브레인 발생기가 충분할 수 있는 반면, 다른 산업에서는 PSA 기술로 제공되는 초고순도가 필요합니다.

선택은 기술적 요인과 경제적 요인에 따라 달라지기 때문에 종종 시스템과 공정을 일치시킬 수 있는 전문가와 요건을 검토하는 것이 가장 좋습니다.

공기 시스템 전문가에게 사내 질소 발생에 가장 적합한 솔루션에 대해 문의하십시오.