직접 질소를
생산하는 방법
멤브레인 질소발생기의 원리는 생각보다 간단합니다.
이 질소발생기 내의 주요 부품은 빨대처럼 속이 빈 미세한 고분자 섬유가 채워진 멤브레인 모듈(직경 +-10cm)입니다.
멤브레인 모듈에 건조하고 깨끗한 압축 공기가 들어오면, 섬유의 구조로 인해 압축 공기의 여러 구성 성분이 섬유의 외벽을 투과하여 흘러 나갑니다.
이 과정에서 물과 산소는 멤브레인 섬유 외벽을 통해 빨리 빠져나가는 반면, 질소는 멤브레인 섬유 외벽을 통해 천천히 빠져나가기 때문에 시간이 지나면 많은 양의 질소가 남습니다.
즉, 공기를 구성하는 여러 분자가 서로 다른 속도로 투과시켜, 질소를 발생하는 원리입니다.
멤브레인 섬유의 외벽을 투과하기 때문에 멤브레인 모듈 하우징 내 압력이 상승하게 되고 그로 인해 투과 효율이 크게 감소됩니다.
이를 방지하기 위해 하우징에 투과된 물과 산소 등이 외부로 배출될 수 있도록 배출 구멍이 있어 지속적인 투과 과정이 이루어집니다.
멤브레인 섬유는 좁기 때문에 압축 공기가 유입되기 전, 공기를 건조하고 깨끗한 상태로 유지하는 것이 중요합니다.
그렇지 않으면 멤브레인 섬유가 빠르게 막히기 때문에, 공정에 지장이 갈 수 있습니다. 이를 방지하기 위해서는 압축 공기를 고품질로 유지하기 위한 압축 공기 처리 장치인 드라이어, 라인 필터 등을 설치해야 합니다.
일부 모델의 경우 멤브레인 타입 질소 발생기 내부에 콜레싱, 유증기등을 제거하는 필터가 설치되어 있어, 컴프레셔와 질소 발생기 사이에 추가적인 필터 설치가 필요 없는 경우도 있습니다. 멤브레인은 산소 뿐 아니라 수분도 제거하여 멤브레인 모듈을 거친 질소의 PDP는 매우 낮게 형성됩니다.
하지만 이미 수분이 함유된 압축공기가 멤브레인에 유입되면 질소 발생기의 수명과 효율에 나쁜 영향을 주기 때문에, 안정적으로 수분을 제거하는 냉동식 드라이어와 수분 분리기를 함께 사용하는 것이 좋습니다.
흡착은 특정 물질(압축 공기)의 원자, 이온 또는 분자가 흡착제의 표면에 달라붙는 과정입니다.
PSA 타입 질소 발생기는 압축공기 산소를 흡착하는 CMS(Carbon Molecular Sieve)를 이용하여 압축공기에서 산소를 흡착 및 제거하고, 높은 순도의 질소를 생성합니다.
PSA 타입 질소 발생기는 비교적 사용이 쉬우며, 원하는 순도의 질소를 효과적으로 생산할 수 있습니다. PSA 질소 발생기는 PSA 드라이어와 구조, 운전 원리가 비슷합니다.
A와 B, 두 개의 타워로 이루어져 있으며, 두개의 타워에서 흡착과 재생을 통해 건조한 공기(드라이어) 혹은 질소(질소 발생기)를 생산합니다.
타워에 들어가는 입자가 수분을 흡착하면 건조한 공기가 생산되며, 산소를 흡착하는 CMS가 들어가면 질소를 생산하게 됩니다. 하나의 타워가(예를 들어 A 타워) 더 이상 흡착할 수 없을 정도가 되면, 타워가 변경되며 B 타워가 산소를 흡착하게 됩니다.
B 타워를 거친 질소의 일부가 산소가 가득한 A 타워로 유입되어 CMS가 흡착한 산소를 밀어내어 질소와 산소가 같이 외부로 배출되며 이 과정을 통해 A 타워는 다시 산소를 흡착할 수 있는 상태로 재생됩니다.
이 과정에서 A, B 타워가 교대로 이루어지면서 지속적으로 원하는 순도의 질소를 생산하게 됩니다. PSA 타입의 질소 발생기 또한 CMS로 유입되는 압축공기의 품질이 중요합니다. 깨끗하고 건조한 압축 공기는 고품질의 질소를 만들며, CMS가 수분으로 인해 손상되는 것을 방지하기 때문입니다.
CMS는 응축된 물에 취약하기 때문에 CMS로 유입되는 압축공기는 안정적으로 수분을 제거하는 냉동식 드라이어와 수분 분리기를 거쳐야 합니다. 또한 급유식 컴프레셔를 사용하는 경우, 오일/유분을 제거하는 콜레싱 필터와 활성탄 필터가 설치가 되어야 합니다.
PSA 타입의 질소 발생기에 탑재되어 있는 압력, 온도 그리고 압력하 노점(PDP) 센서는 오염된 공기가 질소 발생기 내로 유입되는 것을 방지하고, 질소 발생기의 성능을 유지할 수 있도록 합니다.
아트라스콥코의 NGP+ 질소 발생기는 낮은 에어팩터(질소를 생산하는데 필요한 압축공기의 양)와 질소의 순도를 설정할 수 있으며, 안정적이고 지속적으로 질소를 생산할 수 있는 장점이 있습니다.
질소의 순도
최대 99.999%
최대 99.5%
효율
더 높음
높음
성능 VS. 온도
고온에서 낮은 성능
고온에서 높은 성능
시스템의 복잡성
중간
낮음
유지보수 난이도
매우 낮음
압력의 안정성
추가 탱크가 있으면 안정적
추가 탱크 없이도 안정적
흐름의 안정성
셧다운 후 시동 속도
빠름
유분 민감도
허용되지 않음(<0.01mg/m3)
소음
무게
