가스라이터에 있는 액체가 뭐지?

가스라이터에 들어 있는 연료가 뭐지? 오늘의 포스팅 주제다. 도대체 라이터 안에 있는 그 액체가 뭘까 하는 의구심이 든다. 쉬운 액체는아닐 것 같은데 과연 그것이 무엇인지 파헤쳐 보기로 하자.

연료는 부탄이다.

가. 부탄의 성질

부탄의 화학식은 C4H10이다. 탄소가 4개로 구성되어 있고 그 주변은 수소 10개가 연결되어 있는 형상이다. 부탄의 끓는점은 –1℃ 이고, 어는점은 –140℃ 이다. 즉 –1℃가 넘어가면 기체로 존재하고 그 이하에서부터 –140℃ 까지는 액체로 존재한다. 압력을 가해주면 그 이상의 온도에서도 액체로 존재하는데 연료로 부탄을 사용하는 이유도 압력을 가하면 상온에서도 액화될 수 있기 때문이다. 부탄의 연소범위는 1.8% ~ 8.4% 이다. 공기 중에서 부탄이 최소 1.8% 이상 누출되거나 최대 8.4% 이하로 존재하는 상태라면 불을 붙이면 불이 붙는다는 의미이다.

 

휴대용 가스렌지에 사용하는 부탄 캔

나. 어디에 쓰이나?

쉽게 설명하면 휴대용 가스레인지 연료로 사용한다. 오래 전부터 들어왔던 로고송 중에 “국민연료 0연료” 또는 “안 터져요 00부탄” 이라는 노래들을 들어왔을 것이다. 휴대용 가스레인지의 연료용으로 부탄을 사용한다. 그리고 오늘 우리가 알고 가야할 일회용 가스라이터의 연료로도 사용된다.

 

다. 가스가 아니고 액체인데?

일회용 가스라이터의 크기에 부탄을 가스 상태로 저장하면 소량 밖에 넣을 수 없다. 하지만 액화를 하면 기체 상태일 때보다 224배나 되는 엄청 많은 양을 저장할 수 있다. 결국 적은 크기의 라이터에 많은 양을 넣기 위해서 액화를 한다. 그래서 기체 형태로 보이지 않고 액체 상태로 저장된 것이 보인다. 이 액화된 부탄이 라이터 밖으로 나와 대기압에서 기화되면서 불이 붙는 것이다.

 

 

 

왜 부탄을 사용하는가?

가. 불이 잘 붙는 가연성 가스이고 발열량이 좋다.

라이터의 연료로 사용하려면 일단 불이 잘 붙는 가연성 가스여야 한다. 가연성 가스에는 수소, 아세틸렌, 메탄, 프로탄, 부탄, LPG, LNG 등이 있다. 이중 파라핀 계열이 안정적인 물질이어서 일부러 점화원을 가까이 하지 않는다면 쉽게 폭발하거나 불이 붙지 않는다. 또한 발열량도 프로판 보다 더 월등하다. 프로판의 발열량이 12,000Kcal/kg인데 반해 부탄의 발열량은 두 배인 24,000Kcal/Kg에 해당한다.

 

나. 화학적으로 안정된 성질인 파라핀 계열이다.

연소범위가 가장 넓은 아세틸렌은 불을 발생시키는 것은 자신 있지만, 자체적으로 분해하면서 폭발하는 특징이 있어서 위험한 가스에 속한다. 그래서 함부로 사용할 수 없다. 그래서 화학적으로 반응성이 가장 안전하면서도 점화가 잘되는 가스를 선택한 것이 파라핀 계열의 가스이다.

 

다. 낮은 압력으로 상온에서 액화하기 쉽다.

파라핀 계열에는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등이 있는데 이 중 부탄을 선택한 이유는 끓는점과 어는점이 높아서 낮은 압력(1kg/㎠)으로도 액화하기 쉽다는 점 때문이다. 다른 가스는 상온에서 액체로 만들려면 높은 압력으로 액화를 해야 하는데 그러면 용기가 더 튼튼해야 한다. 용기의 값이 높아지면 라이터의 값도 올라가야 하기 때문에 경제성 원리에서 밀린다.

 

라. 라이터의 무게를 가볍게 할 수 있다.

프로판은 우리가 가정용 LPG로 사용하는 것인데 가스가 떨어져 가스집에 한 통 배달시키면 20kg 무게의 통을 굴리면서 배달하는 것을 봤을 것이다. 무게가 상당한 이유는 그만큼의 액화 압력(7Kg/㎠)을 이겨내야 하기 때문에 철로 만든다. 그런데 휴대용 가스레인지에 사용하는 부탄 용기는 가벼운 휴대용 캔으로 만들어진다. 그만큼 압축 압력이 낮다는 의미이다. 가스라이터에 부탄을 사용하는 이유도 동일하다. 라이터의 무게를 휴대가 간편하도록 가볍게 할 수 있기 때문이다.

 

가스라이터 중간의 칸막이

일회용 가스 라이터와 부탄에 대해 알아보자

가. 라이터의 중간에 칸막이가 있네?

일회용 가스라이터에서 중간의 칸막이는 라이터의 기둥 역할을 한다. 비록 상온에서 압축하면 액화가 잘되는 물질이라고 했지만, 압력을 가해놓은 상태이다. 상온을 20℃로 봤을 때 부탄을 액화시키는 압력이 1Kg/㎠이다. 그러므로 가스라이터는 1㎠당 1Kg의 액화 압력을 받고 있는 것이다. 가스라이터를 가볍게 만들기 위해 무거운 재질을 사용하지 않고 가벼운 플라스틱 계열의 물질을 사용한다. 그래서 가스라이터가 압력을 견딜 수 있도록 하기 위해 중간에 칸막이 기둥을 설치한 것이다.

 

나. 겨울에 라이터가 잘 켜지지 않을 때

① 분명히 안에 액체가 있는데 불이 켜지지 않는 때가 있다. 특히 온도가 영하 이하로 떨어지는 겨울철에 그렇다. 부탄은 대기압에서 기화될 때 체적이 224배로 확산된다. 그리고 기화할 때 기화열이 102Kcal/Kg으로 많은 열량을 요구한다. 또한 연소를 위해 부탄 1mol당 6.5mol의 산소를 요구한다.

② 겨울철 영하의 온도에서는 부탄이 기화가 잘 되지 않는다. 끓는점이 –1℃라고 했기 때문이다. 그러므로 부탄이 잘 기화되도록 온도를 높여주어야 한다. 어떤 사람은 라이터를 흔드는 경우도 있는데 제일 좋은 것은 손으로 꼭 감싸주는 것이다. 라이터 자체가 차가워서 기화가 안되는 것이므로 겨드랑이 사이에 넣어서 온도를 올려준 다음에 라이터를 켜면 쉽게 불이 붙는다.

 

다. 부탄은 가스의 비중이 낮아 누출되면 바닥에 체류한다.

부탄은 화학식이 C4H10 이므로 분자량이 58이다. 반면에 기준이 되는 공기는 분자량이 29이다. 그래서 비중을 계산하면 2가 나온다. 즉, 부탄이 공기보다 2배 무거운 상태이므로 누출되면 날라가지 않고 바닥으로 가라앉는 특성을 가진다. LNG는 주성분이 메탄이어서 공기보다 가볍다. 그래서 문을 열어놓으면 자연 환기가 되므로 위험성이 저감된다. 반면 프로판이나 부탄은 탄소와 수소의 숫자가 많아 공기보다 무겁다. 그래서 아래에서부터 누출된 가스가 쌓인다. 가스가 체류된 상황에서 불꽃이 전파되면 화재 또는 폭발로 이어지는 특성이 있다.

 

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