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PSA(압력 순환 흡착) 기술을 사용하여 질소 생성

Compressed Air Wiki Nitrogen Industrial Gases

질소를 자체적으로 생성할 수 있다는 것은 N2 공급을 완벽하게 제어할 수 있다는 것을 의미합니다. 그러면 매일 질소가 필요한 많은 기업에 유용합니다. 귀사에는 어떤 의미가 있나요? 사내에서 질소를 생성할 수 있다면 다른 업체에 공급을 의존할 필요가 없으므로 처리, 리필, 배송 등에 비용이 들지 않습니다. 질소를 생성하는 한 가지 방법으로 압력 순환 흡착 방식이 있습니다.

압력 순환 흡착 방식은 어떻게 수행됩니까?

질소를 자체적으로 생산할 경우 원하는 순도를 파악하고 이해해야 합니다. 타이어 공기 주입, 화재 예방 등과 같은 일부 응용 분야에서는 낮은 순도(90~99%)가 요구되는 반면에, 식음료 산업, 플라스틱 성형 등과 같은 응용 분야에서는 높은 순도(97~99.999%)가 요구됩니다. 이러한 경우 PSA 기술을 사용하는 것이 가장 적합하고 간편한 방법입니다.

볼질적으로 질소 발생기는 압축공기 내의 산소 분자에서 질소 분자를 분리하여 작동합니다. 압력 순환 흡착 방식에서는 흡착을 통해 압축공기에서 산소를 추출하여 작업합니다. 흡착은 분자가 흡착제에 결합되어 수행됩니다. 이 경우 산소 분자가 CMS(탄소 분자체)에 결합됩니다. 각각 CMS로 채워진 두 개의 개별 압력 탱크에서 분리 공정과 재생 공정이 번갈아 수행됩니다. 이 두 탱크를 타워 A 및 타워 B라고 하겠습니다.

먼저, 깨끗하고 건조한 압축공기가 타워 A로 유입됩니다. 산소 분자는 질소 분자보다 작기 때문에 탄소 분자체 기공으로 유입되지만, 탄소 분자는 유입될 수 없으므로 탄소 분자체를 우회하게 됩니다. 그 결과 원하는 순도의 질소를 얻게 됩니다. 이 단계를 흡착 또는 분리 단계라고 합니다.

하지만 여기서 끝이 아닙니다. 타워 A에서 생성되는 대부분의 질소는 시스템에서 빠져나가고(직접 사용 또는 보관 가능), 생성된 질소의 일부가 반대 방향으로 타워 B로 흘러갑니다(위에서 아래로). 이 과정에서 타워 B의 이전 흡착 단계에서 포집된 산소를 밀어냅니다. 타워 B에서 압력이 완화되어 질소 분자체가 산소 분자를 보유할 수 없게 됩니다. 그러면 분자체에서 분리되어 타워 A에 유입되는 작은 질소 유량에 밀려서 배출됩니다. 그러면 새 산소 분자가 다음 흡착 단계에서 분자체에 결합될 수 있는 여유 공간이 시스템에 마련됩니다. 이 '정리' 공정을 산소 흡착 타워 재생이라고 합니다.

질소 생성 공정을 보여주는 그래픽입니다. 먼저, 탱크 A는 흡착 단계에 있고 탱크 B는 재생성 단계에 있습니다. 두 번째 단계에서는 탱크 B에서 질소를 생성하고 탱크 A에서 재생을 시작한 이후에 두 탱크의 압력이 동일해집니다.

먼저, 탱크 A는 흡착 단계에 있고 탱크 B는 재생성 단계에 있습니다. 두 번째 단계에서는 두 탱크의 압력이 동일해지고 전환 가능한 상태가 됩니다. 전환 후에는 탱크 B에서 질소를 생성하고 탱크 A에서 재생을 시작합니다.

이 지점에서 두 타워의 압력이 같아지고 흡착 단계에서 재생 단계로 재생 단계에서 흡착 단계로 변경됩니다. 타워 A의 CMS가 흡착되고 타워 B에서는 감압으로 인해 흡착 공정을 다시 시작할 수 있습니다. 이 공정을 ‘압력의 순환’이라고도 하며, 더 높은 압력에서 특정 가스를 포집하여 낮은 압력에서 배출할 수 있습니다. 두 타워 PSA 시스템에서 원하는 순도의 질소를 지속적으로 생성할 수 있습니다.

흡입 공기에 대한 요구 사항 및 질소 순도

원하는 용도의 질소를 자체적으로 생성하려면 각 응용 분야에 필요한 순도를 이해해야 합니다. 그럼에도 불구하고 흡입 공기에 관한 몇 가지 일반적인 요구 사항이 있습니다. 압축공기는 질소 발생기에 유입되기 이전에 깨끗하고 건조한 상태여야 합니다. 그러면 질소의 품질에 긍정적인 영향을 주고 수분으로 인해 CMS가 손상되는 것을 방지할 수 있습니다. 또한 흡입 온도와 압력이 섭씨 10~25도 사이에서 제어되고 압력이 4~13bar 사이에서 유지되어야 합니다. 공기를 적절히 처리하려면 공기압축기와 발생기 사이에 드라이어가 있어야 합니다. 흡입 공기가 급유식 공기압축기에서 생성되는 경우 오일 제거 탄소 필터를 설치하여 압축공기가 질소 발생기에 도달하기 전에 불순물을 제거해야 합니다. 대부분의 발생기에는 압력, 온도 및 압력 이슬점 센서가 고장 안전 장치로 설치되어 오염된 공기가 PSA 시스템으로 유입되어 부품을 손상시키지 못하도록 차단합니다.


일반적인 설치: 공기압축기, 드라이어, 필터, 공기 리시버, 질소 발생기, 질소 리시버. 질소를 발생기에서 직접 소비하거나 추가 버퍼 탱크(그림에 없음)를 통해 소비할 수 있습니다.

PSA 질소 생성의 다른 중요한 측면은 공기 계수입니다. 공기 계수는 특정 질소 유량을 얻는 데 필요한 압축공기를 정의하므로 질소 발생기 시스템에서 가장 중요한 매개변수 중 하나입니다. 따라서 공기 계수는 발생기의 효율을 나타냅니다. 즉, 공기 계수가 낮을수록 효율은 높고 전체 운전 비용은 낮습니다.

PSA 및 멤브레인 발생기 선택

 

PSA

멤브레인

달성 가능한 순도

최대 99.999%

최대 99.9%

효율성

더 높음

성능 및 온도 비교

고온에서 더 낮음

고온에서 더 높음

시스템 복잡성

서비스 강도

매우 낮음

압력 안정성

흡입/배출 변동

안정적

유량 안정성

흡입/배출 변동

안정적

시동 속도

분/시

수분(수증기) 민감도

PDP 최대 8°C

액상 수분 없음

오일 민감도

허용되지 않음(< 0,01mg/m³)

허용되지 않음(< 0,01mg/m³)

소음도

높음(배출 피크)

매우 낮음

무게

관련 문서