고압가스의 정의와 분류 및 제조법

[고압가스의 정의]

고압가스의 정의는 고압가스 안전관리법 시행령 제2조에 아래와 같이 정의하고 있다. 

- 상용의 온도에서 압력이 1MPa 이상이 되는 압축가스로써 실제로 그 압력이 1MPa 이상이 되는 것 또는 35℃의 온도에서 압력이 1MPa 이상이 되는 압축가스(아세틸렌가스 제외)

- 15℃의 온도에서 압력이 0 Pa을 초과하는 아세틸렌가스

- 상용의 온도에서 압력이 0.2 MPa 이상이 되는 액화가스로써 실제로 그 압력이 0.2MPa 이상이 되는 것 또는 압력이 0.2MPa 이상이 되는 경우에 35 ℃이하인 액화가스

- 35℃의 온도에서 압력이 0 Pa을 초과하는 액화가스 중 액화시안화수소, 액화브롬화메탄 및 액화산화 에틸렌가스

 

[고압가스의 분류]

고압가스는 상태, 연소성, 독성에 따라 다음과 같이 3가지로 분류할 수 있다.

먼저 상용의 온도에서 가스 상태에 따라 압축가스, 액화가스, 용해 가스로 분류한다.

-압축가스는 비등점이 낮거나 임계온도가 낮아 상온에서 압력을 가하여도 액화되지 않는 가스로서 헬륨, 수소, 네온, 질소, 일산화탄소, 메탄, 산소 등이 있다. 

-액화가스는 대기압에서 비점이 40 ℃이하 또는 상용의 온도 이하에서 가압, 냉각에 의하여 액체 상태로 되어 있는 것이다. 대표적인 액화가스는 프로판, 부탄, 염소, 산화에틸렌, 황화수소 등이 있다. 

- 용해 가스는 용제 속에 가스를 용해 시킨 상태로 되어 있는 것이며 대표적으로 아세틸렌가스가 있다. 

연소성에 따라 가연성, 조연성, 불연성으로 분류한다. 

- 가연성 가스는 공기 중에서 연소하는 가스를 뜻하며 폭발한계 상한과 하한의 차가 20% 이상이거나 하한값이 10% 이하인 가스를 뜻한다. 대표적으로 아세틸렌, 암모니아, 수소, 프로판, 부탄 등이 있다. 

- 조연성 가스는 다른 가연성 가스의 연소를 촉진 또는 지속시켜 주는 가스를 말한다. 대표적으로는 산소, 염소, 불소 가스 등이 있다. 

- 불연성 가스는 연소성이 없는 가스로써 자신이 연소하지도 않고 다른 물질도 연소시키지 않는 가스를 말한다. 대표적으로는 헬륨, 네온, 질소, 아르곤 등이 있다. 

독성 여부에 따라 독성, 비독성 가스로 분류할 수 있다. 

- 독성가스는 공기 중에 일정량 이상 존재하는 경우 인체에 유해한 독성을 가진 가스로써 허용농도가 100분의 5000 이하인 인 것을 말하며 대표적인 독성가스는 암모니아, 황화수소, 염소, 포스겐, 불소 등이 있다. 

- 비독성 가스는 독성이 없는 가스를 말하며 대표적으로 헬륨, 네온, 질소, 수소, 프로판, 부탄 등이 있다. 

 

[고압가스의 제조]

대표적인 고압가스들의 종류와 특징, 제조법에 대해서 소개하고자 한다. 

1) 수소

- 물리적 특징 : 무색, 무취, 무미의 가스이며 고온에서는 금속재료를 쉽게 투과한다.

- 화학적 특징 : 폭발 범위가 넓으며 산소와 수소의 혼합 가스를 연소시키면 2000℃ 이상의 고온을 발생시킨다. 

수소와 염소의 혼합 가스는 직사광선과 접촉하면 심하게 반응한다. 고온, 고압에서 강제 중의 탄소와 반응하여 탈탄작용을 일으킨다. 이를 수소취성이라고 하며 수소취성 방지 원소는 텅스텐, 바나듐, 티타늄, 크롬 등이 있다. 

- 제조법 : 수소를 제조하는 방법은 제조량에 따라 실험적 제조법 과 공업적 제조법으로 나뉜다. 

실험적으로 제조하는 방법은 주로 소량의 수소를 얻기 위함이며 아연이나 철에 묽은 황산이나 묽은 염산을 가하거나 이온화 경향이 큰 금속과 물을 반응시켜 수소를 발생시킨다. 

공업적 제조법은 대량의 수소를 얻기 위한 방법으로 물의 전기분해, 수성 가스법, 천연가스 분해, 석유 분해 등이 있다. 

- 용도 : 합성원료(암모니아, 염산 등)로 사용이 되며 금속 제련, 세공, 연료전지의 연료 등에 사용된다. 

2) 산소

- 물리적 특징 : 상온, 상압에서 무색무취이며 물에 약간 녹는 성질이 있다. 조연성 가스이다. 

- 화학적 특징 : 모든 원소와 직접 화합하여 산화물을 만든다. 

- 제조법 : 수소와 마찬가지로 제조량에 따라 실험적인 방법과 공업적인 방법으로 분류할 수 있다. 

실험적인 방법으로는 염소산칼륨에 이산화망간을 촉매로 하여 가열, 분리하는 방법, 과산화수소에 이산화망간을 가하는 방법 등이 있다. 공업적인 방법으로는 물의 전기분해, 공기의 액화 분리에 의해 산소를 얻을 수 있다. 

- 용도 : 가스 용접, 로켓 추진제, 액체산소 폭약 및 의료용 등 사용된다. 

- 주의 사항 : 석유류, 유지류, 글리세린은 산소 압축기 내부 윤활제로 사용금지, 전용 압력계를 사용하고, 윤활유, 그리스 사용을 금지, 밸브의 급격한 개폐 조작을 금지한다. 

3) 질소

- 물리적 특징 : 대기 중에 약 78%를 함유하고 있다. 무색, 무취, 무미의 기체이며 액체나 고체 상태에서도 무색이다. 

상온에서 안정된 가스이나, 고온에서는 금속과 반응하는 성질이 있다. 

- 화학적 특징 : 불연성 가스이고, 상온에서 다른 원소와 반응하지 않지만 고온, 고압 환경에서 수소를 만나면 암모니아를 생성한다. 고온에서 산소와 반응하면 질소산화물을 만드는 특징이 있다. 

- 제조법 : 공기 액화 분리장치에서 산소를 제조할 때 회수하여 제조한다. 

- 용도 : 암모니아 합성용으로 가장 많이 사용하며 가연성 가스를 사용하는 장치 및 설비의 퍼지(purge) 가스로 사용된다. 

또한 액체 질소는 야채, 육류의 급속 냉동에 사용된다. 

4) 희가스 

- 물리적 특징 : 주기율표 0족에 속하는 원소이며 상온에서 기체이고 불활성 기체이다. 

- 화학적 특징 : 상온에서 무색, 무취, 무미의 기체이며, 화학적으로 불활성이므로 다른 원소와는 반응하지 않는다. 

- 용도 : 아르곤은 형광등의 방전관용 가스, 헬륨은 부양용 기구, 가스 크로마토그래피 등에 사용된다.