설명
요점
열 분석에서 수증기와 상대 습도의 차이점
물을 끓는점 또는 그 이상으로 가열하면 물은 액체에서 기체로 응집된 형태가 바뀝니다.
그러면 물은 수증기(증기)로 존재하게 됩니다.
이 증기를 어떤 종류의 반응 챔버나 기기에 도입하는 것을 수증기 응용이라고 합니다.
반대로 모든 기체는 주어진 온도에서 일정량의 물을 운반하고 포함할 수 있습니다. 이를 습도라고 합니다. 공기를 예로 들면, 공기에는 물의 끓는점 이하에서도 항상 일정량의 물이 포함되어 있으며, 이를 습도 등급 또는 상대 습도.
상대 습도와는 달리 해수면 조건에서 100°C인 압력 의존적 끓는점 이상에서는 물은 수증기 형태의 기체 상태로만 존재합니다.
수증기 발생기에서 생성된 수증기를 공기, 질소 또는 헬륨과 같은 운반 기체와 혼합하여 시료 가스 내 수증기의 다양한 농도(Vol.-%, wt.% 또는 ppm 단위) 를 분석기 내에서 조정할 수 있습니다.
또한 응용 분야에 따라 장치 내의 가스 분위기는 정적이거나 동적일 수 있습니다.
동적 수증기 대기에 대한 일반적인 조사에는 시료의 등온 가열과 반응을 유도하기 위한 정의된 수증기 농도의 후속 주입이 포함됩니다.
예를 들어 흡착, 탈착, 환원, 산화 또는 변형 측정을 할 수 있습니다.
열 분석에서 수증기 발생기는 일반적으로 팽창도계뿐만 아니라 TGA 및 STA (고압 범위에서)와 같은 열 저울과 함께 사용됩니다.
수증기 분위기에서의 압력 의존적 측정
다른 한편으로, 기체 상태의 물의 최대 압력 수준은 포화 증기압 곡선에 의해 정의됩니다. 압력이 높아지면 물은 응축됩니다. 임계점 이상의 높은 온도나 압력에서는 액체 물의 밀도가 기체 물의 밀도만큼 커지므로 더 이상 응축할 수 없습니다. 이를 초임계 상태(예: 과열된 수증기)라고 합니다.
100°C 이상의 온도에서 용광로에서 H2O분위기를 생성하려면 수증기 발생기를 시스템과 함께 사용해야 합니다.
수증기 발생기는 잔류 수증기를 다른 퍼지 가스와 혼합할 필요 없이 물을 증발시켜 시료에 100% H2O분위기를 조성할 수 있습니다.
그럼에도 불구하고 MFC를 사용하여 건조 가스를 추가하여 희석할 수도 있습니다.
혼합물은 건식 운반 가스에서 수증기의 가변 농도(Vol.-%, wt.% 또는 ppm 단위)로 제공됩니다.
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적용분야
높은 온도와 압력 수준에서 수증기를 사용하는 대표적인 예로는 석탄 및 바이오매스 가스화 실험이 있습니다.
주어진 예는 숯의 일반적인 가스화 실험을 보여줍니다.
석탄 샘플을 50bar 압력의 질소 분위기에서 등온 고원까지 가열했습니다(고압 TGA – 열 균형).
질량 신호는 20~40분 사이에 휘발성 성분의 손실을 보여줍니다.
수증기를 추가한 후 석탄은 가스화되어 150분 후에 거의 완전히 소비되어 빨간색 질량 손실 곡선에서 볼 수 있듯이 H2, CO, CH3OH및 기타 유용한 반응성 가스로 이어집니다.
전체 과정은 다음과 같이 설명할 수 있습니다: 탄소는 수증기와 반응하여 일산화탄소와 수소의 혼합물로 변합니다.
이렇게 생성된 일산화탄소는 두 번째 물 분자와 반응하여 이산화탄소 및 추가 수소를 생성하고, 최종적으로 생성된 수소는 일산화탄소로부터 메탄 및 기타 탄화수소를 형성할 수 있습니다.
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