가스산업기사 이론정리(고압가스 분류, 아세틸렌, 암모니아, 수소, 산소,염소)

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고압가스의 분류

1. 상태에 따른 분류

 

1) 압축가스 : 일정한 압력에 의해 압축되어 있는 것

2) 액화가스 : 가압, 냉각에 의해 액체 상태로 되어있는 것, 대기압에서 비점이 40℃이하 또는 상용의 온도 이하인 것

3) 용해가스 : 용제 속에 가스를 용해시켜 취급되는 것, 대표적으로 아세틸렌(C2H2)가 해당

 

2. 연소성에 의한 분류

1) 가연성 가스 : 폭발한계 하한이 10%이하 or 폭발한계 상한과 하한의 차가 20% 이상인 것

2) 조연성 가스 : 다른 가연성 가스의 연소를 도와주거나(촉진) 지속시켜 주는 것

3) 불연성 가스 : 가스 자신이 연소하지도 않고 다른 물질도 연소시키지 않는 것

 

* 연소의 3요소 : 가연성 물질, 산소공급원, 점화원 >> 가산점

* 연소의 종류 : 확산연소, 증발연소, 분해연소, 표면연소, 자기연소, 등심연소 >> 확증분표자등

* 인화점과 발화점

• 인화점 : 점화원이 있을 때 연소가 일어나는 최저온도
• 발화점 : 점화원 없이 스스로 연소가 일어나는 최저온도

* 발화 : 최소점화에너지 > 가스가 발화하는 데 필요한 최소의 에너지로 낮을수록 위험

 

3. 독성에 의한 분류

1) 독성 가스 : 허용농도가 100만분의 5000이하인 가스

2) 비독성 가스 : 독성 가스 이외의 독성이 없는 가스

 

 

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가스의 성질

1. 수소 (H2)

1. 무색, 무취, 무미의 가스
2. 밀도가 작고 가장 가벼운 기체
3. 열전달률이 대단히 크고, 열에 대해 안정하다
4. 폭발범위가 넓다 ( 공기 중 폭발범위 4~74 V%, 산소 중 폭발범위 4~94V%)
5. 고온.고압에서 강재의 탄소와 반응하여 메탄을 생성하는 수소취화현상(방지금속 : W,V,Mo,Ti,Cr)

1) 수소의 공업적 제법

1. 수전해법 : 물 전기 분해법
2. 수성 가스법 : 석탄, 코크스의 가스화법
3. 석유분해법 : 나프타(탄화수소)와 물의 반응으로 수소가 생성
4. 천연가스 분해법 : 수증기와 천연가스를 고온에서 촉매와 반응시키는 방법
5. 일산화탄소 전화법 : 일산화탄소와 물이 반응하여 이산화탄소와 수소가 발생

 

수수석천일

2. 산소(O2)

1. 무색, 무취, 무미의 기체
2. 수소와 격렬하게 반응하여 폭발하고 물을 생성
3. 공기 중에 약 21%함유
4. 강력한 조연성 가스이나 자신은 연소하지 않는다.
5. 화학적으로 활발한 원소로 모든 원소와 직접 화합하여 산화물을 만듬(할로겐 원소, 백금, 금 제외)
6. 탄소와 화합하여 이산화탄소, 일산화탄소 생성

1) 산소의 제법

1. 물전기 분해 : 물을 전기분해하면 산소와 수소가 생성됨
2. 공기 액화 분리 :비등점 차에 의한 분리

2) 산소의 용도

• 의료계 : 타 가스에 의한 마취로부터의 소생
• 잠수 또는 우주탐사 시 호흡용과 연료원
• 용접, 절단용
• 로켓 추진의 산화제 또는 액체산소 폭약

 

 

3. 일산화탄소(CO)

1. 무미, 무취, 무색의 기체
2. 독성이 강하며 환원성의 가연성 기체로 불완전연소에 의한 중독사고가 발생될 위험이 있음
3. 물에는 잘 안 녹고 알코올에 녹음
4. 상온에서 염소와 반응하여 포스겐(COCl2)생성

 

4. 이산화탄소(CO2)

1. 무미, 무취, 무색의 기체
2. 무독성의 불연성 기체
3. 물에는 녹기 어려움
4. 액화가스로 취급되며, 드라이아이스를 만들 수 있다.
5. 독성이 없으나 88%이상인 곳에서는 질식의 위험이 있다.

 

5. 염소(Cl2)

1. 상온에서 자극적인 냄새가 있는 황록색의 독성기체
2. 조연성, 독성 가스
3. 수소와 접촉시 폭발한다(염소폭명기)
4. 비점(-34.05℃)이 높아 액화가 쉽고, 액화가스는 갈색(충전용기 갈색)
5. 수분과 작용하면 염산(HCl)이 생성되고 철을 심하게 부식시킴

1)염소의 용도

• 수돗물의 살균
• 펄프.종이.섬유 표백
• 공업수나 하수의 정화제

2) 염소의 제조

 소금전기분해 : 수은법 // 격막법

 

 

6. 암모니아(NH3)

1. 상온에서 자극이 강한 냄새를 가진 무색의 기체
2. 물에 잘 용해됨
3. 가연성(폭발범위 : 15~28%)이면서 독성 가스
4. 염소, 염화수소, 황화수소와 반응하면 백색연기가 발생

1) ★암모니아의 제법★

 하버보시법

N2+3H2 → 2NH3+23kcal

1. 고압법 : 클로드법, 카자레법
2. 중압법 : IG법, JCI법, 동고시법, 뉴파우더법
3. 저압법 : 구우데법, 케로그법

하버보시법 : 고급카레, 중아재동고뉴, 저구케로그

 

 

7. ★★아세틸렌(C2H2)★★

1. 무색의 기체, 특유의 냄새가 있음
2. 자기분해를 일으켜 수소와 탄소로 분해
3. 구리, 수은, 은 등의 금속과 결합하여 금속 아세틸라이드 생성
4. 습식아세틸렌 발생기 표면온도는 70℃이하로 유지
5. 아세틸렌을 2.5MPa압력으로 압축 시 메탄, 일산화탄소, 에틸렌, 질소 등의 희석제 첨가
6. 아세틸렌의 용제는 아세톤25배, 알코올6배, 벤젠4배, 석유에 2배가 용해

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1) 아세틸렌의 폭발성

• 산화폭발 : 공기 중 산소와 반응하여 일으키는 폭발
  • C₂H₂ + 2.5O₂ → 2CO₂ + H₂O
• 분해폭발 : 가압, 충격에 의해 탄소와 수소로 분해되면서 일으키는 폭발
  • C₂H₂ → 2C + H₂
• 화합폭발 : 동, 은, 수은 등과 접촉할 때 아세틸드가 생성되어 일으키는 폭발
  • 2C₂H₂ + 2Cu → Cu₂C₂ + H₂ (구리와 반응) 

2) 아세틸렌의 제조법

 탄화칼슘(카바이드(CaC2))에 물을 첨가하여 제조

CaC2+2H2O → Ca(OH)2+C2H2

 

3) 아세틸렌 충전작업

• 용제 : 아세톤, DMF(디메틸포름아미드)
• 다공물질의 종류 : 규조토, 석면, 목탄, 석회, 산화철, 탄산마그네슘, 다공성 플라스틱 등
• 다공도 기준 : 75~92% 미만

4) 충전 시 주의사항

• 충전 중 압력은 2.5MPa이하로 할 것
• 충전 후 24시간 정치할 것
• 충전 후 압력은 15℃에서 1.5MPa 이하로 할 것
• 충전은 서서히 2~3회에 걸쳐 충전할 것
• 충전 전 빈 용기는 음향검사를 실시
• 아세틸렌이 접촉하는 부분에는 동, 동 합유량 62%를 초과하는 동합금 사용 금지
• 분해폭발을 방지하기 위해 메탄, 일산화탄소, 질소, 수소 등의 안정제를 첨가할 것

 

안정제 : 메일 질수

 

5) 아세틸렌의 용도

 산소, 아세틸렌염을 이용하여 금속 용접 및 절단에 사용