PSA 기술을 활용한 질소 생성 원리와 과정
질소를 자체적으로 생산하면 N₂ 공급을 완벽하게 제어할 수 있습니다. 자체 생산이 가능하면 외부 공급업체에 의존할 필요가 없어 처리, 리필, 배송 비용을 절감할 수 있습니다.
질소 생성 방법 중 하나로 압력 순환 흡착(PSA) 방식이 있습니다. 이 기술을 활용하면 안정적으로 질소를 확보할 수 있어 비용 절감과 운영 효율성을 높이는 데 도움이 됩니다.
압력 순환 흡착(PSA) 방식이란?
압력 순환 흡착(PSA) 방식은 압력을 조절해 공기에서 질소를 분리하는 기술입니다. 제올라이트 같은 흡착제를 사용해 산소를 제거하고 순도 높은 질소만 추출합니다. 이 방식은 외부 공급 없이도 필요한 순간에 질소를 생산할 수 있어 비용 절감과 효율적인 운영이 가능합니다. 산업용, 식품 포장, 전자 제조 등 다양한 분야에서 활용됩니다.
압력 순환 흡착(PSA) 방식의 작동 원리
질소를 자체적으로 생산하려면 필요한 순도 범위를 먼저 파악해야 합니다. 예를 들어, 타이어 공기 주입이나 화재 예방 용도로는 의 낮은 순도가 적합하지만, 식음료 산업이나 플라스틱 성형과 같은 응용 분야에서는 99.999%의 높은 순도가 필요합니다. 이 경우 PSA(압력 순환 흡착) 방식이 가장 효율적이고 적합한 질소 생성 방법입니다.
PSA 방식은 압축공기에서 산소를 제거해 질소를 분리하는 기술입니다. 이 과정에서 CMS(탄소 분자체)를 활용해 산소 분자를 흡착하고, 질소만을 추출합니다.
질소는 어디에 사용되나요?
질소는 물, 전기, 가스 그리고 압축공기와 함께 '5번째 유틸리티'로 간주됩니다.
압력 순환 흡착(PSA) 작동 원리는?
PSA(압력 순환 흡착) 방식은 질소 또는 산소를 효율적으로 생성하는 데 사용되는 기술입니다.
질소 발생기 내에 탑재된 이 두 개의 타워가 교대로 흡착과 재생을 반복하면서 연속적으로 고순도 질소를 생성합니다. PSA 방식은 외부 공급 없이도 안정적인 질소 생산이 가능해 비용 절감과 효율적인 운영을 돕는 최적의 솔루션입니다.
흡착(분리) 단계
깨끗하고 건조한 압축공기가 타워 A로 유입됩니다.
산소 분자는 질소보다 크기가 작아 탄소 분자체(CMS) 기공에 흡착되지만, 질소는 통과하지 못하고 분리됩니다.
이 과정에서 원하는 순도의 질소가 생성됩니다.
재생 단계
대부분의 생성된 질소는 시스템을 통해 공급되며, 일부 질소는 타워 B로 이동합니다.
타워 B의 압력을 낮추면, CMS에 붙어 있던 산소 분자가 분리되어 질소 흐름에 밀려 배출됩니다.
이렇게 정화된 타워 B는 다음 흡착 단계에서 새로운 산소를 흡착할 준비를 합니다.
질소 생성을 위한 공기 조건과 순도 관리
질소를 자체적으로 생성하려면 용도별로 필요한 순도를 정확히 이해해야 합니다. 이를 위해 흡입 공기의 품질이 중요하며, 몇 가지 일반적인 요구 사항을 충족해야 합니다.
압축공기는 질소 발생기에 유입되기 전에 반드시 깨끗하고 건조한 상태여야 합니다. 이는 질소의 품질을 향상시키고, 수분으로 인한 CMS(Carbon Molecular Sieve) 손상을 방지하는 데 필수적입니다. 또한, 흡입 공기의 온도와 압력은 다음과 같은 조건을 충족해야 합니다. [온도: 10~25℃ 유지 | 압력: 4~13bar 유지]
공기 품질을 적절히 관리하려면 컴프레서와 질소 발생기 사이에 드라이어를 설치해야 합니다. 특히, 급유식 컴프레서를 사용할 경우 오일 제거 탄소 필터를 추가해 질소 발생기로 유입되기 전 불순물을 제거해야 합니다. 대부분의 질소 발생기에는 압력, 온도, 압력 이슬점 센서가 장착되어 있어 오염된 공기의 유입을 방지합니다. 이는 PSA 시스템의 주요 부품을 보호하는 중요한 안전 장치입니다.
질소 발생기 일반적인 설치 구성: 컴프레서 - 드라이어 - 필터 - 에어 리시버 - 질소 발생기 - 질소 리시버 (*질소는 발생기에서 직접 사용하거나 추가 버퍼 탱크(옵션)를 통해 공급할 수도 있습니다.)
PSA 질소 발생의 핵심 – 공기 계수
PSA 질소 발생에서 중요한 요소 중 하나는 공기 계수(Air Factor)입니다. 이는 특정 질소 유량을 생성하는 데 필요한 압축공기의 양을 의미하며, 질소 발생기의 효율성을 평가하는 핵심 지표입니다.
▶ 공기 계수가 낮을수록 효율이 높아지고,
▶ 운전 비용이 절감됩니다.
PSA 질소발생기 vs. 멤브레인 질소발생기
질소발생기 |
PSA |
멤브레인 |
|||
|---|---|---|---|---|---|
순도 |
최대 99.999% |
최대 99.9% |
|||
효율 |
더 높음 |
높음 |
|||
성능 VS. 온도. |
고온에서 낮음 |
고온에서 높음 |
|||
시스템 복잡성 |
중 |
저 |
|||
| 서비스 강도 | 저 |
매우 낮음 |
|||
압력 |
흡입/배출 변동 |
안정적 |
|||
유량 |
흡입/배출 변동 |
안정적 |
|||
시동 속도 |
분/시간 |
초 |
|||
수분(수증기) 민감도 |
PDP 최대 8°C |
수분 NO |
|||
오일 민감도 |
허용되지 않음 (< 0,01mg/m³) |
허용되지 않음 (< 0,01mg/m³) |
|||
소음 레벨 |
높음 (블로우오프 피크) |
매우 낮음 |
|||
무게 |
중 |
저 |
|||
| Comparison table for psa and membrane nitrogen generators. | |||||
모든 필요에 맞는 컴프레서 솔루션
압축 공기는 다양한 산업과 작업에 활용되며, 이에 맞춰 다양한 모델, 크기, 유형의 컴프레서가 제공됩니다. 대규모 산업 현장에서부터 소규모 프로젝트까지, 각 분야에 최적화된 솔루션을 찾을 수 있습니다.
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