가스기술사 135회 2교시 수소 분리 및 정제 위한 압력변환흡착 PSA 안전 검토사항
PSA가 2교시 25점 문제로 나왔는데 수소에서 공부를 못했던 부분이라 제대로 된 답안을 작성하지 못하였다.
이후에 궁금하기도 했고 아쉬움이 계속 남아 여기저기서 PSA관련 참고자료를 찾아 내용을 찾아 정리해보았다.
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1. 개요
- PSA는 2개 이상의 흡착 챔버로 구성되며, Gas 압력을 변화시켜 각 챔버가 교차로 흡착/재생을 반복하여 대상 가스를 분리정제하는 기술로 대용양 처리에 적합하나 설비가 복잡하다.
2. PSA 분리대상 가스, 조작압력, 흡착제, 특징, 적용
(1) 분리대상 가스
ㄱ. 비흡착성 가스 정제 system
- 비흡착성 가스를 분리 정제, N2/O2/Ar/H2 등 여러가지 가스분리 PSA가 있다.
ㄴ. 흡착 가스 정제 system
- 흡착성 가스를 흡착제에 흡착시켜 고농도 정제가스로 회수, CO 등의 가스분리 PSA가 있다.
(2) 조작압력
- PSA 조작으로 흡착 탈착의 반복에 의해 가스가 분리되지만 그 압력 범위에 의해 system이 구분된다.
ㄱ. 상압 재생법
- 흡착이 가압, 탈착이 상압에서 운전되며 N2, H2 등의 가스를 분리한다.
ㄴ. 진공 재생법
- 흡착이 대기압, 탈착이진공에서 운전되며 O2, CO2, Ar 등의 가스를 분리한다.
- 에너지 소비량이 적고 고순도 제품을 얻기 쉬운게 특징이다.
(3) 흡착제
- PSA 가스 분리 system에서는 분리대상 가스에 따라서 각종 흡착제가 사용된다.
- N2 : PSA CMS(carbon molecular sieve), O2 : PSA Zeolite, H2 : PSA CMS, Zeolite
- 흡착제 성능이 PSA 능력을 좌우하는 결정적인 요인이며 현재 사용되고 있는 흡착제의 수명은 반영구적으로 사용되고 있다.
(4) 특징
ㄱ. 압축공기로부터 가스를 쉽게 얻을 수 있다.
ㄴ. 조작이 간편하다.
ㄷ. 유지보수비용이 적게 든다.
ㄹ. 가스 발생능력은 소형에서 대형까지 다양한제품이 있다.
ㅁ. 순도는 95~99.999의 고순도 제품을 생산할 수 있다.
(5) 적용
- 화학산업, 식품산업, 금속처리, 냉동산업, 식품가공, 반도체산업, 바이오산업 등 다양한 용도로 사용된다.
3. 결론
- PSA는 산소분리, 질소분리 또는 수증기개질장치의 수소 순도를 높이기 위한 정제장치에 사용되고 있으며 기술의 발달로 순도 높은 가스를 생산할 수 있다.
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* 답안지 작성 연습
연습시에는 수소제조설비 설치기준과 수소추출설비 안전장치 정리하였고 두개의 내용을 섞어서 답안을 작성하였다.
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* 후기
사실 위의 정리한 내용은 문제에서 원하는 내용과는 약간 거리가 있다. 개인적으로 어려웠던 문제로 생각하며 앞으로 PSA에 대한 공부는 더 필요하다고 느꼈다. KGS 책자의 수소추출설비 개요도에 PSA내용이 일부 있었으나 안전에 관한 내용은 없었다. 문제에서 요구하는 답을 정확하게 적은게 아닌 만큼 점수는 잘 못받을 것으로 예상한다.
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