수소 건조·정제

운전 중에 스택에서 나오는 것은 수분과 미량 산소입니다. 질소는 스택이 만드는 것이 아니라 퍼지 가스와 배관에 남아 있던 공기에서 들어옵니다.

수분

출구 가스가 포화 상태다. 순도 수치의 대부분을 이것이 차지한다

산소

양극에서 막을 건너온 미량분. 연료전지와 충전 규격에서 한계가 걸린다

질소

퍼지와 잔류 공기에서 들어온다. 초기와 정비 직후에 나타나고 운전 중에 늘지 않는다

99.999%는 수분과 산소, 질소를 합친 총 불순물이 10 ppmv 이하라는 뜻입니다. 노점은 그중 수분만 말합니다. 두 값을 바꿔 쓰면 규격을 잘못 잡습니다. 대기압 기준 환산은 아래와 같습니다. -70 °C는 수분이 총 한도의 4분의 1만 쓰므로 99.999%와 양립하고, 남은 몫을 산소 제거가 맡습니다. -60 °C는 수분만으로 이미 10 ppmv를 넘습니다. 산소를 완전히 없애도 99.999%에 닿지 않으므로, 그 순도를 요구하는 용도에서는 노점을 더 내려야 합니다.

노점 -40 °C

약 128 ppmv — 응축 방지에는 충분하지만 99.999%에는 못 미친다

노점 -60 °C

약 10.7 ppmv — 수분만으로 10 ppmv 한도를 넘는다. 99.999%에 못 미친다

노점 -70 °C

약 2.6 ppmv — 99.999%와 양립한다

같은 -40 °C라도 대기압 기준과 10 barg 기준은 전혀 다른 조건입니다. 관 압력 기준 값이 필요하시면 그쪽으로 환산해 드립니다. 기준점도 하나 더 정해야 합니다. 건조기 출구 노점이 그대로 사용점 노점이 되지 않습니다. 배관 내벽에 붙어 있던 수분이 하류에서 빠져나와 사용점에서는 더 높게 나옵니다. 배관이 길거나 오래 세워 뒀던 설비일수록 차이가 큽니다.

후단 구성은 몇 가지 방식 중에서 고르는 것이 아니라, 요구 조건에 맞춰 쌓는 것입니다. 그렇게 층을 둘 이상 얹은 것을 다층 구성이라 부릅니다. 아래가 그 층들입니다. 노점만 낮추면 되는 용도는 앞쪽 한두 층에서 끝나고, 순도를 요구하는 용도는 뒤쪽 층이 붙습니다. 쌓는 것은 99.999%(5N)까지입니다. 연료전지·수소 충전·공정 공급이 요구하는 규격이 그 선이고, 그 위 ppb 급은 반도체나 분석 장비 쪽 규격입니다. 그래서 아래 층 가운데 정제 두 층은 설명으로만 두고 조달 목록에는 올리지 않았습니다. 나머지 층은 HXD-V1 설계에 들어가는 것이거나 이 규모에서 시장 제품이 아직 없는 것입니다. 그래서 표가 짧습니다.

냉각·응축

가스를 식혀 수분을 물로 떨어뜨려 뺀다. 구조가 가장 단순하고 값이 싸다. 물이 어는 온도가 한계라 노점 0 °C 부근까지만 간다. 뒷단 부담을 덜어 주는 앞자리 역할이다

흡착식 — 압력 변동 재생 (PSA)

흡착제에 수분을 붙였다가 압력을 낮춰 털어 낸다. 두 통을 번갈아 쓴다. 재생에 열이 안 들어 빠르지만, 터는 동안 제품 가스 일부를 같이 내보내 수소 손실이 있다

흡착식 — 온도 변동 재생 (TSA)

같은 흡착인데 압력 대신 열로 턴다. 재생 시간이 길고 히터 전력이 들지만 제품 가스를 거의 안 버린다. 소규모에서 수소 손실이 아까울 때 이쪽을 본다

촉매 탈산소

남은 산소를 수소와 반응시켜 물로 바꾼다. 산소가 수분으로 바뀌는 것이라 반드시 뒤에 건조가 따라온다. 반응열이 나므로 유입 산소가 많으면 냉각을 함께 본다

게터 (화학 흡수)

가열한 금속이 산소·수분·질소를 화학적으로 붙잡아 둔다. ppb 급까지 가고 수소를 안 버린다. 붙잡은 것을 못 놓아 주므로 수명이 다하면 통째로 교체한다

팔라듐 막 정제

가열한 팔라듐 막을 수소 원자만 통과한다. 나머지는 통째로 남아 총 불순물이 ppb 급까지 내려간다. 막을 400 °C 안팎으로 유지할 전력이 들고, 통과 못 한 가스는 버려져 회수율이 떨어진다. 첫 단에는 못 쓴다 — 제조사가 유입 가스에 이미 99.95~99.99% 를 요구하므로 앞에 기액분리와 건조가 서 있어야 한다

고분자 막 분리

막을 지나는 속도 차이로 분리한다. 상시 운전이 쉽고 소모품이 없지만 완전히 분리하지 못해 순도 상한이 낮다. 순도보다 연속성이 중요한 자리에 쓴다