탄산가스 기술서 – 2

주요 화학적 성질

① 이산화탄소는 불연성이며 지연성도 없으나, Mg·Ca·Ba 등은 이산화탄소 중에서도 연소한다.

② 이산화탄소는 Zn, Pb 등과 반응하여 일산화탄소를 생성한다.

③ 건조 상태에서는 강재에 거의 영향을 주지 않으나, 수분을 포함하면 탄산을 생성하여 강재를 부식시킨다. 산소가 공존하거나 고압 조건이 되면 부식이 현저히 심해진다.

④ 다수의 금속 산화물·수산화물과 반응하여 탄산염을 발생시킨다. 석회수의 경우 불용성 탄산칼슘의 백탁을 생성하지만, 시간이 지나면 가용성 탄산수소염으로 바뀌어 다시 투명해진다.

⑤ 물에 거의 동일 체적으로 용해되며, 수용액은 탄산을 생성하여 약산성(pH 3.7)을 나타낸다.

상태별 호칭

① 기체(탄산가스): 상온·상압에서 무색·무취, 공기보다 약 1.5배 무겁다. 불연성으로 안정적이나 고농도에서는 산소 결핍 우려가 있다.

② 액체(액화탄산가스): 무색투명한 극저온 액체로, 삼중점과 임계점 사이에서만 존재하며 대기압에서는 볼 수 없다.

③ 고체(드라이아이스): 반투명 유백색 고체로 삼중점 이하에서 존재하며, 대기압 하 약 -80℃에서 액체를 거치지 않고 직접 승화한다.

제조법

원료가스원

탄산가스의 원료는 초기에는 천연가스나 코크스·중유의 연소가스였으나, 최근에는 대부분 암모니아 합성공업의 부생가스, 중유 탈황용 수소 플랜트의 부생가스, 제철소(고로·전로)의 배가스가 대표적이다.

제조공정

[그림] 12-2 제조공정 개념 흐름도(단순화)

원료탄산가스는 세정탑에서 더스트와 미량 불화물이 제거된 후, 압축기에서 약 2.5~4.5MPa까지 압축되며, 활성탄탑에서 유분·황분이, 탈습기에서 수분이 흡착 제거된다. 이후 액화기(암모니아·프레온 또는 LNG 냉열 이용)에서 냉각·액화되어 정제탑을 거쳐 순도가 높아진 액화탄산가스가 저장조에 저류된다. 저장된 가스는 충전펌프로 봄베나 탱크로리에 충전되어 출하되며, 드라이아이스는 저장조의 액화탄산가스를 성형기로 보내 제조한다.

용도

탄산음료, 냉동, 불활성기체, 화학적 용도(요소 제조원료, 폐수처리 중화) 등으로 분류된다. 최근에는 환경친화적 수지 발포용 가스, 초임계 탄산가스를 활용한 정밀 세정(반도체, 의료기구, 의류), 드라이아이스를 이용한 식품 운송용 등으로 용도가 확대되고 있다.

취급상의 주의

보관상의 주의

① 용기·컨테이너는 환기와 배수가 양호한 평평한 곳에 둔다. ② 전도·낙하 방지를 위해 쇠사슬이나 울타리로 고정한다. ③ 미사용 시 용기밸브 보호캡을 부착한다. ④ 직사광선을 피하고 40℃ 이하로 유지한다. ⑤ 저장조 주변에 장애물이나 부식성 화학약품을 두지 않는다. ⑥ 47℃까지 온도가 오르면 약 15.69MPa에서 안전밸브가 작동하므로, 가스 분출 시 환기를 즉시 실시한다.

운송 및 사용상의 주의

차량에는 ‘고압가스’ 경계표를 게시하고 충전용기는 40℃ 이하로 유지한다. 종형 초저온 용기는 세워서 적재하며 운전석에는 싣지 않는다. 사이펀관 부착 용기는 직접 압력조정기를 부착해 사용할 수 없으며, 초저온 용기는 액체측 인출구로 사용한다. 용기는 세워서 고정하고, 압력계·호스 등은 이상 없는 것을 사용한다. 용기 내압이 0.417MPa 이하로 떨어지면 드라이아이스가 생성될 수 있으므로 주의한다.