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가스란?
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1. 가스란?

 

 본래 물질의 3태(態)중 하나인 기체를 지칭하나, 일반적으로는 화산이나 온천에서 분출하는 가스, 산이나 해상에서 발생하는 연무(煙霧), 신체의 소화기 내에서 발효하는 가스 등도 가스라고 말한다. 넓은 뜻으로는 기체의 총칭으로 쓰이고, 공업적으로는 연료로 사용되는 가스를 말한다. 가스라는 말은 네덜란드의 화학자 J.B. 헬몬트가 1600년 처음으로 사용했다. 우리가 주용 에너지원으로 사용하는 석유, 석탄, 천연가스는 화석연료로서 약 35억년 전 지구에 생명이 탄생하고 육지와 바다의 지각 변동으로 인해 땅속에 유기물이 묻혀져 오랜시간 동안 압력과 열, 화학작용 등을 통해 생성되었다. 화석 연료중 석탄은 나무가 땅속에 묻혀 오랜 시간에 걸쳐 높은 열과 압력으로 분해되어 생성된 것이고 석유와 천연가스는 다양한 생성설이 있으나 육지와 근접한 해저분지에서 플랑크톤의 일종인 규조가 퇴적되어 진흙 퇴적물에 의해 공기가 차단된 상태에서 생성된 것으로 추정된다. 우리가 사용하는 가스는 해저의 지하 암석층에서 오랜 생성과정을 거쳐 석유와 분리된 천연가스와 인위적 방법에 의해 석탄과 석유에서 분류 제조되는 석탄가스, 석유가스로 분류할 수 있다.

 

2. 가스의 분류

 

> 물리적 상태에 따른 분류

 

 가스는 통상적으로 취급하는 상태, 즉 물리적인 상태에 따라서 압축가스·액화가스·용해가스의 3가지 종류로 분류되기도 하고, 가스의 성질에 따라서 가연성가스·조연성가스·불연성가스로 분류되기도 하며, 인체에 유해한 위험성 여부에 따른 독성·비독성가스로 분류되기도 한다.

 

- 압축가스 :  압축가스는 상용의 온도에서 게이지 압력이 1MPa 이상이 되는 가스가 실제로 1MPa 이상이거나, 35℃에서의 압력이 1MPa 이상이 되는 가스로, 수소(H2), 산소(O2), 질소(N2), 메탄(CH4)과 같이 비점(끊는점)이 낮기 때문에 상온에서 압축하여 액화하기 어려운 가스를 단지 상태변화 없이 압축한 것을 말한다. 압축가스를 판매할 목적으로 용기에 충전할 때, 이들 압축가스의 압력은 약 12MPa 이상이다.

 

- 액화가스 : 액화가스는 상용의 온도 또는 섭씨 35도의 온도에서 0.2㎫이상이 되는 가스가 실제로 그 압력이 0.2㎫ 이상이거나 0.2㎫이상이 되는 경우의 온도가 35℃이하인 가스로, 프로판(C3H8), 염소(Cl2), 암모니아(NH3), 탄산가스(CO2), 산화에틸렌(C2H4O) 등과 같이 상온에서 압축하면 비점(끊는점)이 다른 가스에 비해 높아 압력을 가하면 쉽게 액화되는 가스다. 액화가스는 액화시켜 용기에 충전한 것을 말하며, 용기 내에서는 액체 상태로 저장되어 있다. (단, 액화가스중 액화시안화수소, 액화브롬화메탄 및 액화산화에틸렌은 35℃에서의 압력이 0M㎩을 초과함)

 

- 용해가스 : 용해가스는 15℃에서의 압력이 0㎩을 초과하는 가스로, 아세틸렌(C2H2)을 예로 들 수 있으며, 매우 특별한 경우로서 압축하면 분해폭발하는 성질 때문에 단독으로 압축하지 못하고, 용기에 다공물질의 고체를 충전한 다음, 아세톤과 같은 용제를 주입하여 이것에 아세틸렌을 기체상태로 압축한 것을 말한다.

 

> 가스의 성질에 따른 분류

 

- 가연성 가스 : 가연성 가스란 공기(산소)와 일정량 혼합되어 있는 경우 점화원에 의해 점화되어 연소 및 폭발이 일어나는 가스다.
가연성 가스의 종류에는 아크릴로니트릴ㆍ아크릴알데히드ㆍ아세트알테히드ㆍ아세틸렌ㆍ암모니아ㆍ수소ㆍ황화수소ㆍ일산화탄소ㆍ이황화탄소ㆍ메탄ㆍ염화메탄ㆍ브롬화메탄ㆍ에탄ㆍ염화에탄ㆍ염화비닐ㆍ에틸렌ㆍ산화에틸렌ㆍ프로판ㆍ싸이크로프로판ㆍ프로필렌ㆍ산화프로필렌ㆍ부탄ㆍ부타디엔ㆍ부틸렌ㆍ메틸에테르ㆍ모노메틸아민ㆍ디메틸아민ㆍ트리메틸아민ㆍ에틸아민ㆍ벤젠ㆍ에틸벤젠 등이 있으며, 폭발한계(공기와 혼합된 경우 연소를 일으킬 수 있는 공기 중 가스농도의 한계를 말함)의 하한이 10% 이하인 것과 폭발한계의 상한과 하한의 차가 20% 이상의 것을 말한다. 따라서 하한이 낮을수록 상한과 하한의 폭이 클수록 위험한 가스라 할 수 있다.
가연성 가스는 산소와 같은 조연성가스가 있어야 연소나 폭발로 이어질 수 있다. 따라서, 순수한 천연가스나 LP가스는 점화원이 있어도 연소나 폭발이 일어나지 않는다. 그러나, 이러한 가연성 가스가 조연성 가스와 적당히 혼합되면 연소, 폭발이 일어날 수 있는데, 이 범위를 연소범위, 연소한계, 폭발범위라고 한다.
 이 범위(한계)는 공기와 가연성 가스의 혼합물 중의 가연성 가스의 부피(용량)%로 표시되며, 연소할 수 있는 가장 높은 농도 범위를 상한이라하며, 최저 농도를 하한이라 한다.우리가 주로 사용하는 천연가스와 액화석유가스의 주성분의 폭발범위를 보면, 메탄의 경우 5~15%, 프로판은 2.1~9.5%, 부탄은 1.8~8.4% 이다. 이 경우 연소범위를 보면, 메탄의 경우 하한이 다른 가스와 비교하면 높은쪽에 속하고, 반면에 프로판과 부탄의 경우는 하한이 낮은 쪽에 속한다.하한이 낮을 경우 가스가 조금만 누출되어도 연소나 폭발이 쉽게 일어날 수 있으며, 하한이 높을 경우 많은 양의 가스가 누출되어야 연소나 폭발이 일어날 수 있다.우리가 주로 사용하는 천연가스와 액화석유가스의 주성분의 폭발범위를 보면, 메탄의 경우 5~15%, 프로판은 2.1~9.5%, 부탄은 1.8~8.4% 이다. 이 경우 연소범위를 보면, 메탄의 경우 하한이 다른 가스와 비교하면 높은쪽에 속하고, 반면에 프로판과 부탄의 경우는 하한이 낮은 쪽에 속한다.
하한이 낮을 경우 가스가 조금만 누출되어도 연소나 폭발이 쉽게 일어날 수 있으며, 하한이 높을 경우 많은 양의 가스가 누출되어야 연소나 폭발이 일어날 수 있다.

 

- 조연성 가스 : 조연성가스는 산소, 공기등 과 같이 다른 가연성물질과 혼합되었을 때 폭발이나 연소가 일어날 수 있도록 도움을 주는 가스를 말한다.

 

- 불연성 가스 : 불연성가스는 질소, 아르곤, 탄산가스 등이며, 그 특징을 보면 스스로 연소하지 못하며, 다른 물질을 연소시키는 성질도 갖지 않는 가스, 즉 연소와 무관한 가스다.

 

- 독성 가스 : 독성가스는 인체에 유해성이 있는 가스를 말하며, 법적으로 허용농도가 100만분의 5000(5000ppm) 이하인 가스 입니다. 예로는 아크릴로니트릴ㆍ아크릴알데히드ㆍ아황산가스ㆍ암모니아ㆍ일산화탄소ㆍ이황화탄소ㆍ불소ㆍ염소ㆍ브롬화메탄ㆍ염화메탄ㆍ염화프렌ㆍ산화에틸렌ㆍ시안화수소ㆍ황화수소ㆍ모노메틸아민ㆍ디메틸아민ㆍ트리메틸아민ㆍ벤젠ㆍ포스겐 등이 있다.

3. 연료가스의 종류

 

> LPG(Liquefied Petroleum Gas : 액화석유가스)

[LPG의 성질]

- 기화 및 액화가 쉽다.
프로판은 약 686kPa(7kg/cm2), 부탄은 약 196kPa(2kg/cm2)정도로 가압시키면 액화됩니다. 액화된 프로판은 대기중으로 방출시키면 기화되나, 부탄의 경우는 겨울철 영하의 온도에서는 기화되기가 어렵고, 기화되어도 재액화될 가능성이 있다.

- 공기보다 무겁고 물보다 가볍다.
프로판은 가스상태일 때 공기보다 약 1.55배, 부탄은 약 2.08배 정도 무겁고, 액체일 경우에는 물보다 프로판은 약 0.51배, 부탄은 약 0.58배 가볍다. 따라서 사용중 공기중으로 누출되면 낮은 부분에 체류하게 되어 점화원에 의한 화재 및 폭발위험성이 있으므로 충분한 통풍 및 환기조치가 있어야 한다.

- 액화하면 부피가 작아진다.
프로판과 부탄은 액화되면 체적이 약 1/250정도로 줄어들게 되므로 저장, 수송시에 유리하다.

- 폭발성이 있다.
프로판과 부탄은 가연성 가스로서 특정한 상황에서 폭발할 수도 있다.
프로판의 경우 공기중 폭발범위는 2.1 ~ 9.5%, 부탄의 경우는 1.8 ~ 8.4% 이다.

- 연소시 다량의 공기가 필요하다.
완전연소에 필요한 이론공기량은 프로판의 경우 가스량의 약 24배, 부탄의 경우는 약 31배 정도의 공기량이 필요하다.
충분한 공기량을 공급하지 못하였을시에는 불완전연소로 인하여 일산화탄소가 발생하여 인체에 해롭다.

- 발열량 및 청정성이 우수하다.
LPG는 연소시 높은 발열량을 갖습니다. 프로판의 경우 24,000kcal/Nm3, 부탄의 경우는 30,000kcal/Nm3 이다.
또한 연소생성물은 석유류나 석탄 등의 배기가스에 비해 황화합물이나 이산화화합물등의 공해요소가 적어 그을음 발생이 적은 청정연료이다.

- LPG는 고무, 페인트ㆍ테이프 등의 유지류, 천연고무를 녹이는 용해성이 있다.

- LPG는 무색무취이다.
액화석유가스의 주성분인 프로판과 부탄은 원래 무색무취이나 가스가 누출되었을 때 냄새로 쉽게 알 수 있도록 하기 위하여 공업용 및 연구용을 제외한 일반 가정용 연료와 자동차용의 가스에는 부취제인 메르캅탄을 첨가하고 있다.

> LNG(Liquified Natural Gas : 액화천연가스)