질소발생장치

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대형

대형 발생장치 Monut Type

이미지명

Monut Type Specifications

MODEL Capacity (Nm³/H) Air Range
(Nm³/min)
Dimensions : W × D (m) Weight (Kg)
99.99% 99.90% 99.0%
AE-80M 80 133 222 7.01~9.48 1.6×1.9 3,300
AE-100M 100 166 277 8.77~11.83 2.0×2.3 4,000
AE-120M 120 200 333 10.52~14.23 2.5×2.3 4,900
AE-150M 150 250 416 13.15~17.77 3.5×2.5 6,700
AE-200M 200 333 555 17.54~23.71 5.0×2.6 8,000
AE-250M 250 416 694 21.92~29.65 5.0×3.0 9,300
AE-3000M 300 500 833 26.31~35.57 6.0×3.5 11,000
AE-5000M 500 833 1388 43.85~59.31 7.0×4.0 19,000

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질소 발생 장치 (Nitrogen Genenation System)의 개요

  • 탄소 분자체를 이용한 기체 분리기술

  • 탄소분자체 (CMS. Carbon Molecular Sieve)는 세공경이 균일하여 특정크기의 분자만 통과시키는 흡착제이다. 일반 활성탄 및 야자탄은 탄화시켜 다량의 기공을 형성하는 과정에서 변형제를 통하여 제조하는 것으로 일반 활성탄이 단위 무게당 흡착할 수 있는 흡착용만을 크게하는 것이 목표인 반면 탄소분차체의 흡착 메카니즘은 흡착속도차에 의한 특정 크기의 분자만 통과시키는 것이다.

  • 현재 상용화 되고 있는 탄소 분자체는 “압력스윙흡착 (PSA. Pressure Swing Adsorption)”공정을 통하여 공기중 산소와 질소를 분리 농축시키는데 활용하고 있으며, 석유 화학산업 및 화공산업, 반도체 관련산업, 금속 열처리, 전선제조, Solder Machine, 알류미늄주조, 선박, 식품제조용 및 기타 응용분야에 분자체로서 폭넓게 응용될 수 있을 뿐만 아니라 매립지 가스를 분리 회수 하는데 활용할 수 있다.

  • 현재 세계적으로 가스의 분리 및 정제는 상대적으로 높은 압력에서 흡착을 시키고 낮은 압력에서 탈착 재생시키는 압력 스윙 흡착(PSA) 공정이 널리 보급되어 있고 탄소 분자체를 이용한 PSA장치를 설치하여 현행의 가스분리, 정제장치 및 설비의 설치비용과 운전비를 대폭 감소시킬 수 있다.

P·S·A (Pressure Swing Adsorption)의 흡착원리

  • 탄소분자체 (CMS. Carbon Molecular Sieve)는 세공의 크기가 일정하게 조절된 탄소흡착제로서 세공의 크기보다 작은분자만 통과시키므로 이 분자체의 특성을 이용하여 압력스윙공정 (PSA공정)으로 공기중의 질소와 산소를 분리하는데 사용하고 있다.

  • 탄소분자체 (CMS)의 빠른 가스 분리능과 뛰어난 흡착능은 표면에 세공의 크기와 균일성 그리고 세공의 구조가 좌우하는데 세공의 크기보다 작은 분자들은 빠르게 세공안으로 분산되어 흡착이 되지만 더 큰 분자는 흡착이 일어나지 못한다.

  • 탄소분자체 (CMS)는 일정한 미세공을 갖는 탄소흡착제로서 기공의 크기, 기공의 분포, 흡착능력, 선택성 등이 중요한 영향을 끼친다.

  • 즉 질소분자 (분자 경 4.3 x 3.0Å)와 비교하여 산소분자 (분자 경 3.9 x 2.8Å)가 보다 빨리 흡착된다. 속도는 30배이상의 차이를 나타내며, 이 흡착속 도를 이용해서 질소를 생산한다.

  • 탄소분자체 (CMS) 제조기술의 세부기술을 살피면 성형기술, 탄화기술, 변형기술로 세분할 수 있는데, 탄소분자체를 제조하는 미국, 일본, 독일등이 있는데 제일 중요한 것은 세공경을 균일하게 만드는데 있다.

  • 탄소분자체 (CMS) 는 흡착 및 탈착 공정(PSA)에 의한 모든 가스분리 공정에 필수적으로 사용되어지는 핵심 소재 부품이며, 높은 경도와 3~5Å의 일정한 세공크기를 갖는 탄소분자체가 매우 중요하고 필요하다.

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P·S·A (Pressure Swing Adsorption) 공정

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Nitrogen Generator PSA 발생장치의 특징 (Features)

  • 최적 설계를 통한 Simple한 구조와 Compact한 디자인

  • 전자제어에 의한 운전이 자동으로 Control되므로 전자동 무인운전

  • 최고의 안전성 고압가스 법규에 적용안됨. 가스용기 교체, 저장, 저압운전(통상 5Kg/cm2)으로 안전관리자 선임 의무 제외

  • On-site (현장 생산 방식)자가 발생으로 저비용 질소가스 생산, 고가의 액체 질소 가스구입 불필요. 고압가스 용기없이 간단한 조작으로 초 고순도 질소가스 24시간 연속생산 (질소순도 99%~99.999%)

  • Nitrogen Generator 투자비용대비 Pay-Back (투자회수)기간이 빠르다.
    (질소발생장치 설치시 1년이내 투자비용회수가능)

  • 연간 운영 유지비의 최소화 (투자비용 대비 2~3%)

  • 반영구적 고성능 CMS사용으로 동력비용 대폭절감

적용분야 (Applications)

금속분야 (Metallurgy) 01. 금속분야 (Metallurgy) ·철 비철 금속의 어닐링 (불활성 분위기)
·야금학적 열처리 침탄처리
·납땜 (Soldering), 금속분말 소결
반도체 SMT (Soldering) 02. 반도체 SMT (Soldering) ·산화방지용, 제품 보관용 등
화학공업분야 (Chemical) 03. 화학공업분야 (Chemical) ·저장탱크의 원료이송
·용기류의 배기 및 반응조 내 폭발 방지
·저장택크의 질소가스 봉입
·탱크와 용기의 청소
·배간의 압력시험
식품의 생산공정과 저장 (Food) 04. 식품의 생산공정과 저장 (Food) ·저산소 CA저장 (Low Oxygen CA,저장)
·ULO (Ultra Low Oxyger, 초저산소) 저장
·커피, 스넥 견과류 포장시 N2 Gas 충전 및 이송
·음료저장 (맥주, 와인, 과일주스 등)저장
전선 제조 05. 전선 제조 ·전선 열처리 산화방지용
·동선 Annealing, 동력선 제조용
알루미늄 주조 06. 알루미늄 주조 ·알루미늄 용해 및 주조용
가스 관련 산업 07. 가스 관련 산업 위험한 기체와 산화물을 제거하기 위하여 질소로 기체나 수증기를 희석 또는 치환하는것 (저장, 방폭, 산소차단)
선박 08. 선박 ·선박의 질소 공급용, 폭파방지용

경제성 대비표 | 질소발생기 사용시 경제성 분석

  • 1

    LN₂ (액체질소)사용 및 질소발생기 비교 단가표

  • 01

    사용하기 위한 질소가스 유량 - 100 N㎥/hr

  • 02

    초저온용기 사용시 1ℓ당 구입 단가 - ₩300

  • 03

    질소발생기 구입단가 - ₩150,000,000

  • 04

    질소발생기 가동 시키기 위하여 필요한 전기료 1kw당 단가 - ₩100

  • 05

    공기압축기, 에어 드라이어 및 질소 발생기 총 전기 용량 - 95kw/h

  • 2

    액화질소(초저온용기) 사용시 가격표

  • 액체질소 1ℓ 기화시 0.682N㎥(15℃ atm 기준) 즉, 가스 1㎥는 액화질소 1.467ℓ

사용기간/단위 LN₂(ℓ) GAS (㎥) 가스사용단가(₩)
1시간 147 100 44,010
1일 3,521 2,400 1,056,240
1월 105,624 72,000 31,687,200
1년 1,267,488 864,000 380,246,400
  • 3

    질소발생기 사용시 전기료 산출

  • 전기료 1Kw = ₩100 (Air Comp 가동률 85%)

가동시간 질소발생기 가동 전기료(₩)
1시간 8,075
1일 193,800
1월 5,814,000
1년 69,768,000
  • 4

    유지보수 비용

  • Air Comp' : 엔진오일, 필터,Element 外 2회/年

  • 질소발생기 : 활성탄조 (Oil Separtor) 1회/年

  • 장치 가격(부대 장비 포함)의 약 2%/年 = ₩ 3.000,000

  • 5

    질소발생기 1N㎥ 생산 원가 (100 N㎥/hr)

품목 단가 계산식
전기료 80.75 8,075 ₩/hr ÷ 100 N㎥/hr
유지보수 비용 3.42 3,000,000₩/年 ÷ 100 ÷ 8,760 hr
질소발생기 감가상각 21.40 150,000,000 ÷ 100 ÷ 8,760 ÷ 8年
생산원가 105.58
  • 6

    질소발생기 회수기간

  • 120 N㎥/hr, 99.99%

항목 년간 비율(₩) 계산식
1.예상 사용 가스금액 380,246,400 액체질소 1Kg 구입시 ₩300
2.질소발생기 투자액 150,000,000 부대장비 포함
3.감가상각 30,000,000 기간 5年
4.전기료 69,768,000 기간 1年
5.유지보수 비용 3,000,000 기간 1年
6.년간 운용비용 102,768,000 ③ + ④ + ⑤
7.년간 비용절감 277,487,400 ①-⑥ 월간절감 ₩23,123,200
8.투자 회수기간 6.5개월 ②÷⑦×12
  • 7

    Economic Graph

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Liquefaction Nitrogen Generator (액화 질소 발생장치)

  • 공기 액화장치는 줄-톰슨 효과를 이용하여 공기를 임계온도 이하로 냉각시키고 동시에 압력을 높여 공기를 액화하는 장치이다. 공기를 -141℃이하의 온도와 38기압 이상의 압력하에서 냉각·압축하였을 때에 생기는 액체로 비중은 1이고 약간 푸른 빛을 띄고 있으며, 상압에서의 끓는점은 -190℃ 이다.

  • 고압으로 만들었기 때문에 압력을 견딜 수 있는 특수한 용기에 넣어 보관한다.
    이 액체 공기의 온도를 높이면 끓는 점이 낮은 질소(-190℃)가 산소(-183℃)보다 먼저 끓어 나오게 되므로 액체산소의 농도가 커져 푸른 빛이 짙어지고 비중도 변하게된다. 이방법은 공기에 들어 있는 질소와 산소를 분리하는데 이용된다. 액체공기가 기화할때 온도가 매우 낮아지므로 실험실 등에서 낮은 온도가 필요한 실험을 할 때에도 쓰인다. 현재 액체 공기의 가장 큰 공업적 용도는 공기로부터 질소와 산소를 얻는 것이며, 각종 비활성 기체를 얻는데에도 이용되고 있다.

  • Nitrogen / Oxygen Gas Generating Plant
    System Comfiguration

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  • 공기의 조성

성분 함량(%) 성분 함량(%)
질소 (Ng) 78.084 아르곤(Ar) 0.934
산소 (Og) 20.948 이산화탄소(CO₂) 0.034
기타 0.001 주변공기-수증기 0.1~0.001
  • 건조한 공기의 조성

  • 성분기체의 분리

  • 공기를 냉각 ▶ 0℃에서 수분이 -78℃에서 CO₂ 가 고체로 분리

  • -200℃까지 냉각 ▶ 액화공기 - 분별증류하면 ▶ -196℃에서 N₂,
    -186℃에서 Ar, -183℃에서 O₂
    , Kr, Xe등의 순으로 분리됨

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  • 특징

  • 공기 분리기능이 월등하기 때문에 Energy Cost 절감
    (질소가스 : 99.9999%, 산소가스 99.6%, 액화산소 99.8%)

  • Distributed Control System 채용으로 2 people Shift 가능

  • Air pre-treatment System (Molecular Sienes)채용으로 Cold Box의 Trouble이 없음.

  • Low noise (낮은 소음)

  • 적용분야 (Applications)

  • Steel Industries (철강제 공업)

  • Non-steel industries (Copper, Gold etc.)

  • Petro chemical industries (석유 화학공업)

  • Power Generating industries

  • Semiconductor Industries (반도체 산업)

  • Welding industries (용접 산업)

Membrane 질소 발생장치

  • 개요

  • 기체분리막 (Gas Separation Membarne)이란 기체 혼합물 중 특정 기체성분만을 분리해낼 수 있는 분리막으로서 낮은 에너지소비, 장치의 간소화, 큰 선택성, 기공의 용이성, 낮은 투자 및 운용비용 등 여러가지 장점으로 인하여 다른 방법들에 비해 분리가 간단하기 때문에 기체분리막은 중공사형 기체분리막으로 공기중의 산소/질소의 분리, 혼합물중의 수분의 제거 등 그 응용범위가 매우 광범위하다.

  • 가스의 막 투과속도 차이를 이용하여 혼합가스로부터 특정가스를 분리, 농축하는 기술

  • 기체분리막은 주로 고분자 소재를 이용하여 제조되며 모듈화하여 각 응용시스템에 적용

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  • 기체분리막의 투과원리

  • Membrane을 이용한 기체분리는 막에 대한 선택적인 가스투과 원리에 의하여 진행된다. 즉, 기체 혼합물이 막 표면에 접촉하였을때 기체성분은 막 속으로 용해, 확산하게 되는데 이때 각각의 기체 성분의 용해도와 투과도는 막 물질에 대하여 서로 다르게 나타나게 된다. 즉 공기중에 포함된 수분, 수소, 산소 등은 막에 대한 투과속도가 비교적 빠른 반면 탄화수소와 질소등은 투과속도가 매우 느려 멤브레인에 대한 각 기체의 투과속도의 차이를 이용한 것이 멤브레인을 통한 공기분리의 기본원리이다.

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공기분리

  • 질소생성 목적

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성분 질소 제품 유속비율 및 필요 공기공급
(L/분 또는 ㎥/시간*)
산소농도(%) 0.5 1.0 2.0 3.0 5.0
AEN-1570P 질소 4.0 6.3 10.3 14.1 21.8
필요공기 30.8 33.2 38.1 42.7 50.7
AEN-2070P 질소 6.0 9.5 15.5 21.2 32.7
필요공기 46.2 49.8 57.2 64.1 76.1
AEN-3032P 질소 0.48 0.73 1.15 1.49 2.23
필요공기 3.23 3.64 4.27 4.53 5.32
AEN-4060P 질소 1.94 2.91 4.62 5.98 8.94
필요공기 12.91 14.54 17.09 18.11 21.27
AEN-6060P 질소 3.90 5.84 9.26 11.99 18.01
필요공기 25.85 29.11 34.21 36.24 42.56

공급공기압력 : 0.7Mpa