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수소 기반: 암모니아 생산 시 다양한 가스 분석

2020. 9. 7

전 세계에서 암모니아만큼 식품 생산에 큰 영향을 미치는 물질은 없습니다. 질소 비료 생산의 주성분으로 알려진 암모니아는 그 화학적, 물리적 특성 때문에 수많은 산업 공정에 사용됩니다. 산업적 기준에서 암모니아 생산의 토대는 상당량의 수소입니다. 수소는 일반적으로 천연자원으로 있지 않으므로 여러 화학 공정을 통해 대규모로 수소를 만듭니다.

As a starting material for a wide range of products such as fertilizer and nitric acid, ammonia is one of the most produced chemicals in the world.
As a starting material for a wide range of products such as fertilizer and nitric acid, ammonia is one of the most produced chemicals in the world.

 

수소 생산을 위한 주요 공정은 경질 탄화수소의 수증기 변성, 이른바 'Steam Reforming'과 탄화수소 또는 석탄의 부분적 산화 그리고 물전해입니다. 천연가스의 수증기 변성은 전 세계 수소 생산의 약 90%를 차지하는 지배적 기술입니다. 암모니아 생산 전반에 걸친 산업 공정 분야에서 SICK는 공정 및 배출 감시를 위한 맞춤형 가스 분석을 제공합니다.

 

 

Continuously measuring extractive gas analyzers can monitor H2, CH4, CO, CO2 and NH3 and offer significant advantages compared to gas chromatographs thanks to their robustness and ease of use
Continuously measuring extractive gas analyzers can monitor H2, CH4, CO, CO2 and NH3 and offer significant advantages compared to gas chromatographs thanks to their robustness and ease of use

 

세계의 성장을 통제한다

비료와 질산 같은 수많은 제품의 출발 물질로서 암모니아는 전 세계에서 가장 많이 생산되는 화학물질 중 하나입니다. 2018년에만 1억 5000만 톤 이상이 생산되었습니다. 암모니아 합성을 위한 하버-보슈법은 20세기의 가장 중요한 화학 처리법 중 하나로 통하며, 비료 생산 분야에 널리 사용되므로 심지어 세계 인구에도 큰 영향을 미칩니다.

 

암모니아 합성에 필요한 수소는 앞서 설명한 것처럼 'Steam Reforming'을 통해 여러 단계를 거쳐 생산 및 정화됩니다. 이어서 수소는 고온 고압에서 대기 중 질소와 반응하여 암모니아가 됩니다. 반응 속도와 재료 처리량을 높이려면 매 단계의 공정을 효율적으로 제어할 수 있어야 합니다. 연속 측정을 수행하는 추출식 가스 분석기는 H2, CH4, CO, CO2 및 NH3를 감시할 수 있으며, 측정 시간이 짧으므로 근본적으로 가스 크로마토그래프에 비해 장점을 보입니다. 암모니아 합성 중에 CO와 CO2는 촉매독으로 작용하여 염생성을 유발할 것입니다. 따라서 합성 단계 전에 두 성분을 최대한 제거해야 합니다. CO와 CO2에 의한 장애를 최소화하려면 두 성분을 매우 낮은 ppm 범위에서부터 감지해야 합니다.

 

 

Nitrogen is one of the bases for the growth of plants.
Nitrogen is one of the bases for the growth of plants.

 

'공기로 빵을 만든다' – 질소로 비료를 만든다

질소는 식물의 성장을 위한 토대입니다. 우리가 호흡하는 공기에 든 질소를 식물이 흡수할 수는 없습니다. 암모니아 합성으로 비료를 만들어 제공해야 식물이 질소를 자양분으로 흡수할 수 있습니다. 100년도 더 전에 하버-보슈법이 발명되는 동안 '공기로 빵을 만든다'는 농담이 생겼습니다. 그리고 흥미롭게도 '공기'의 특성, 더 정확히 말하자면 기체의 조성이 성공적인 암모니아 생산 공정에 결정적인 역할을 한다는 사실은 오늘날에도 유효합니다. 모듈식 구조의 가스 분석 시스템은 그러한 조건을 훌륭하게 감시하고 보장합니다.

 

SICK는 예를 들어 메탄(CH4)과 일산화탄소(CO) 측정으로 수증기 개질기의 효율과 하류 시프트 컨버터의 제어를 감시하기 위한 특수한 솔루션을 보유했습니다. SICK의 추출식 가스 분석기 S700 또는 GMS800으로 이 솔루션을 구현할 수 있습니다. 그런데 여러 기술을 가지고 공업적으로 암모니아를 생산할 때 다양한 라이선스를 사용할 수 있습니다. 어떤 라이선스를 선택할지는 사용하는 원료와 주변 조건에 따라서도 달라집니다. 앞서 설명한 솔루션은 원칙적으로 수증기 변성 기반의 암모니아 합성을 위한 다른 라이선스에 적용이 가능합니다. 여기에 필요한 고객별, 설비별 조정 작업은 SICK가 시행할 수 있습니다.

 

 

All relevant gas components for this process can be measured both with the S700 and the GMS800 – with up to three or even six different analysis modules.
추출식 가스 분석기 GMS800
All relevant gas components for this process can be measured both with the S700 and the GMS800 – with up to three or even six different analysis modules.
추출식 가스 분석기 GMS800

 

최고 수준의 가스 분석

SICK는 알루미늄 합성 전 과정과 몇몇 후속 공정을 위한 분석 솔루션을 제공합니다. SICK의 전문가들은 각 애플리케이션에 맞는 제품을 선택하도록 돕습니다. S700GMS800은 수소 및 암모니아 생산에서 공정 및 배출 감시를 위한 맞춤형 가스 분석의 토대를 이룹니다. 이 공정과 관련된 모든 기체 화합물을 S700과 GMS800으로 측정할 수 있습니다. 이때 각각 최대 세 가지 또는 심지어 여섯 가지의 분석 모듈을 사용할 수 있습니다.

 

측정 과제, 사용 장소, 주변 조건에 따라 다양한 하우징 유형이 제공됩니다. 폭발성 환경에 대한 ATEX 인증을 받고 거친 산업 환경에서 사용할 수 있는 월 하우징도 그중 하나입니다. 최신식 소프트웨어를 탑재한 GMS800은 공정 제어 시스템에 연결해서 네트워크를 통해 원격 조정을 하는 데 필요한 인터페이스를 제공합니다.

 

 

 

기타 기고문:

가스 및 먼지 측정: 폭발에 한계를 설정하다

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