게시판 > 질답게시판 > 가스 혼합에 대하여 문의합니다.

스테파노 Stefano

07-04-09 22:19

(1) 필자의 경우 질소에 공기를 혼합하여 사용하는 경우는 들어보지 못했습니다.
(혹시 현장에서 사용하는 예가 있다면 소개해 주세요.)

(2) Flare Stack에서 Flash Back(역화)되는 현상을 억제하기 위해 불활성가스, 유기물 증기, 공기(산소)의 혼합물 중에서 산소의 농도를 변경해 가면서 Hydrocarbon을 바꿔가면서 폭발성(가연성)을 실험해 본 보고서(1964년)가 있습니다. (API RP 521 5.4.3.2.2 참조) 대체적으로 유기물 증기와는 거의 관련없이 산소농도 약 10% 이하에서는 연소(혹은 폭발)이 되지 않는다는 내용인데 이런 내용이 API Standard에 아직 도입되지는 않았지만 API RP521에서 (좀 안전하게) 6%이하의 산소 농도가 되도록 Flare Header를 Purging 해 주면 Flash Back 현상은 없다고 안내해 주고 있습니다.

물론 산소농도가 10% 이상이 되어도 점화원이 없다면 폭발할 우려는 없지만... 정전기, 마찰, 기타 입증되지 않은 점화원이 존재할 수도 있을 것이므로 안전상 전세계적으로 아무도 이를 주장하는 사람이 없습니다. (아니면 미국에서 질소판매 업자들이 로비를 했다거나. ^^)

(3) 위의 실험은 대기압 가까운 압력에서 실험한 내용입니다. 압력이 높아지는 경우 연소하한을 측정한 데이터는 자동차회사에서 가지고 있는 것으로 판단되는데 공개되어 있는지 모르겠습니다. 자동차에서 압축비를 높이고 연소의 량을 최소로 줄이면서 출력을 높이는 "Lean-Burn"엔진을 연구해오고 있는데 인터넷에서 찾아볼 수 있는지 알아보세요.

필자 추측키로는 가연성가스의 저농도(폭발하한)의 폭발한계는 압력에 따라 증가하는 경향이 있는데 이로 미루어 보면 압력이 높아지면 한계산소농도는 낮아질 것으로 추정합니다

화공안전분야를 전공한다면 "산소농도에 따른 여러 탄화수소의 폭발 상하한의 영향", "압력에 따른 산소농도 폭발하한"에 관하여 간단한 실험을 하여 보고하면 전세계 적으로 인용횟수가 많은 논문이 될 터인데...
(혹시 안전공학을 하시는 교수님이 계시면 이를 석사논문 주제로 정해보시면 어떨지...)

(1) 필자의 경우 질소에 공기를 혼합하여 사용하는 경우는 들어보지 못했습니다.  
(혹시 현장에서 사용하는 예가 있다면 소개해 주세요.)

(2) Flare Stack에서 Flash Back(역화)되는 현상을 억제하기 위해 불활성가스, 유기물 증기, 공기(산소)의 혼합물 중에서 산소의 농도를 변경해 가면서 Hydrocarbon을 바꿔가면서 폭발성(가연성)을 실험해 본 보고서(1964년)가 있습니다.  (API RP 521 5.4.3.2.2 참조)  대체적으로 유기물 증기와는 거의 관련없이 산소농도 약 10% 이하에서는 연소(혹은 폭발)이 되지 않는다는 내용인데 이런 내용이 API Standard에 아직 도입되지는 않았지만   API RP521에서 (좀 안전하게) 6%이하의 산소 농도가 되도록 Flare Header를 Purging 해 주면 Flash Back 현상은 없다고 안내해 주고 있습니다.

물론 산소농도가 10% 이상이 되어도 점화원이 없다면 폭발할 우려는 없지만... 정전기, 마찰, 기타 입증되지 않은 점화원이 존재할 수도 있을 것이므로 안전상 전세계적으로 아무도 이를 주장하는 사람이 없습니다.  (아니면 미국에서 질소판매 업자들이 로비를 했다거나. ^^)

(3) 위의 실험은 대기압 가까운 압력에서 실험한 내용입니다.  압력이 높아지는 경우 연소하한을 측정한 데이터는 자동차회사에서 가지고 있는 것으로 판단되는데  공개되어 있는지 모르겠습니다.   자동차에서 압축비를 높이고 연소의 량을 최소로 줄이면서 출력을 높이는 "Lean-Burn"엔진을 연구해오고 있는데 인터넷에서 찾아볼 수 있는지 알아보세요.

필자 추측키로는 가연성가스의 저농도(폭발하한)의 폭발한계는 압력에 따라 증가하는 경향이 있는데 이로 미루어 보면 압력이 높아지면 한계산소농도는 낮아질 것으로 추정합니다

화공안전분야를 전공한다면 "산소농도에 따른 여러 탄화수소의 폭발 상하한의 영향", "압력에 따른 산소농도 폭발하한"에 관하여 간단한 실험을 하여 보고하면 전세계 적으로 인용횟수가 많은 논문이 될 터인데...
(혹시 안전공학을 하시는 교수님이 계시면 이를 석사논문 주제로 정해보시면 어떨지...)

구산 moutaink2

07-04-10 09:05

스테파노氏
대단히 감사합니다.

저의 설비 검토에대한 방향 결정에 많은 도움이 되었읍니다.

혹시 안전 공학을 전공/담당하시는 분께서 상기 내용에 대한 실폐 사례가 있으면
이런 ON-LINE상으로 답변을 주신다면(특히 KOSHA에 계신 전문가님들)
우리 화공현장 기술자들에게 도움이 된다고 생각합니다. - 끝 -

스테파노 Stefano

07-04-10 22:18

아참...질소에 공기나 수소를 섞어서 반응기 촉매 처리(산화 혹은 환원)에 사용하는 경우가 있는데 그 대표적인 예가 Hydrogenation Reactor에서 금속촉매 (주로 Ni, Co, Mo, Ti, Rh)를 사용하는 경우입니다.

수소와 반응기에 사용하는 촉매가 산화물 형태로 공급되는 경우 촉매를 Hydrogenation 반응용으로사용하기전에 수소를 사용해서 서서히 Reduction 시킨 다음 공정유체를 투입하게되는데 마찬가지로

반응기로부터 촉매를 꺼내기 위해서 서서히 촉매를 산화물 형태로 전환시키는데 이때 공기를 사용하게 됩니다.
(만일 산화처리하지 않고 공기중에 꺼내 놓으면 공기중의 산소와 반응하여 온도가 상승하고 이로인해 자연발화될 우려가 있습니다. )

위의 두 과정 즉 촉매를 처음 사용할 경우 혹은 촉매를 사용한 후 꺼내는 경우 천천히 환원, 산화하는 과정을 거치게 되는 데 이 때 반응기에 처음에는 순수한 질소만을 사용하다가 서서히 수소 혹은 공기의 양을 늘여주게 됩니다. 이는 촉매가 발열반응에 의해 반응기의 온도가 급격히 올라가 촉매를 망가뜨리거나 반응기의 폭발을 방지하기 위함입니다.

특히 공기를 사용해서 촉매를 초기 처리해서 산화시키는 과정에서 산화시키기 위해 질소-공기의 혼합물을 사용하게 되는데 이 때 여하한 경우라고 해도 입구 혹은 출구에서의 산소의 농도를 5% 이상 높이지 않습니다. 이는 본래의 질문에서 설명한 주제 즉 "연소(폭발)가능한 최저의 산소농도"와 같은 맥락에서 유래한 것이라고 보면 될 것입니다.

(요즘에는 밀봉처리가 가능해서 그런지 아니면 그냥 꺼내놓아도 발열이 심하지 않아서 그런지 Hydrogenation 촉매를 산화처리하지 않고 배출하는 경우도 있다고 들었는데 혹시 공장에서 그 사례가 구체적으로 있는지 누가 답글로 올려주세요.)