질소 발생기의 작동 방식과 종류는?

질소는 우리가 살아가는 지구에서 생명을 유지할 수 있게 해주는 중요한 요소 중 하나입니다. 하지만 산업 분야에서 단순히 '생명 유지'의 기능을 넘어서, 훨씬 많은 역할을 합니다.

질소의 중요한 특징 중 하나는 불활성 가스라는 점입니다. 즉, 다른 물질에 반응하는 속도가 느리다는 것을 의미합니다. 따라서 느린 산화(예: 전자 산업의 회로 기판 부식) 또는 빠른 산화(예: 폭발 또는 화재)를 방지하는 모든 분야에 적합합니다. 또한 무색무취이기 때문에 식음료 산업에서는 유통 기한 연장을 위해 사용되기도 합니다. 이처럼 다양한 특성을 지닌 질소는 자동차 및 화학 산업부터 양식업 및 사출 성형에 이르기까지 많은 분야에서 지속적으로 사용되고 있습니다.

다행스럽게도 질소는 공기 중 약 78%를 차지하고 있는 만큼 양이 많습니다. 하지만, 질소를 얻는 방법은 한정적입니다. 크게 세 가지 방법으로 질소를 사용할 수 있습니다. 질소 탱크를 임대하거나 액체질소를 구매하거나, 자체 생산하는 방법입니다.

질소를 임대하거나 구매하는 것은 타 공급업체에 의존해야하기 때문에 불편하고 비효율적입니다. 그리고 장기적으로 많은 비용이 듭니다. 하지만 질소를 자체 생산하면, 질소의 양부터 순도, 그리고 압력까지 모든 것을 공정에 맞춰 제어할 수 있으며, 24시간 무제한으로 질소를 공급할 수도 있습니다.

이처럼 질소를 자체 생산하면 생산을 유연하게 관리할 수 있습니다. 타 공급업체가 개입하지 않기 때문에 지속적인 주문 처리, 배송 비용을 줄일 수 있다는 장점이 있습니다. 더 나아가, 필요한 공간과 시간을 확보할 수 있습니다.

멤브레인 질소 발생기의 내부에는 개별 중공 섬유 번들로 구성된 반투과성 멤브레인이 있습니다. 이 멤브레인을 통해 압축 공기를 통과시켜 공기를 여러 성분의 가스로 분리하는 원리로 작동합니다. 압축공기는 각 섬유의 좁은 통로를 통해 흐르며,산소, 수증기, 기타 가스가 멤브레인 섬유를 통해 배출됩니다. 그리고 질소는 멤브레인 내에 남아, 출구 포트를 통해 흐릅니다. 멤브레인을 통해 수증기가 침투하기 때문에 질소 가스 흐름은 매우 건조하며 이슬점은 -50°C(-58°F)까지 낮아집니다.

멤브레인 기술은 간단하고 효율적이며, 유지보수가 거의 필요 없고 운영 비용이 전혀 들지 않습니다. 필요한 질소 유량이 상대적으로 낮고 순도가 99%를 초과하지 않는 분야에 적합합니다. 멤브레인 기술은 압력 변동 흡착(PSA)과 같은 높은 유속/고순도 기술보다 초기 투자 비용이 낮습니다.

PSA 질소 발생기의 원리는 압축공기의 분자가 흡착제 표면에 달라붙으며 질소를 분리하는 방식입니다. 그리고 이 과정에서 압축 공기의 다른 가스(산소, CO₂ 및 수증기)는 흡수되어 순수한 질소만을 생산해냅니다. PSA는 분자가 산소흡착제(CMS)에 결합될 때 압축 공기 흐름에서 산소를 포획합니다. 이는 분리 과정과 재생 과정 사이를 전환하는 산소흡착제(CMS)으로 채워진 두 개의 개별 압력 용기(타워 A 및 타워 B)에서 발생합니다.

PSA 기술은 주로 질소 순도가 최대 99.999% 이상 필요한 까다로운 산업 분야에서 사용됩니다. 멤브레인 발생기에 비해 초기 투자 비용이 높지만, 일부 산업 및 응용 분야에서 요구하는 높은 효율과 고순도를 제공합니다.

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