窒素発生装置の仕組み

窒素発生装置の機能：窒素発生装置の 主な機能は、必要な純度レベルに合わせて調整された、信頼性の高いオンデマンド窒素源を継続的に供給することです。このため、酸化を制御または防止する必要がある産業には不可欠です。例 :

• 電子機器製造：回路基板の腐食防止。
• 食品・飲料業界：酸素への曝露を減らすことで保存期間を延ばす。
• 自動車とタイヤの空気充填：安定性と安全性を向上させます。
• 化学処理：不活性雰囲気を提供し、望ましくない反応を防ぎます。

社内で窒素を生成することで、企業は高圧ガスボンベの定期的な配送や取り扱いを回避しながら、より独立性と柔軟性を得ることができます。

窒素発生装置は、窒素分子を圧縮空気中の酸素やその他のガスから分離し、窒素ガスの制御された流れを生成します。このプロセスは窒素ガス生成と呼ばれ、さまざまな窒素生成方法で達成できます。

空気から窒素を生成するには、まず発生装置にクリーンで乾燥した圧縮空気が流れます。ユニット内部では、分離技術により窒素分子が分離され、酸素、二酸化炭素、水蒸気が除去されます。その結果、すぐに使用できる、または後で使用するために保管できる精製窒素が生成されます。

最新の窒素生成システムでは、主に 2 つの技術が使用されています。

1. メンブレン窒素発生装置 - 半透過性繊維を使用してガスを分離するコンパクトなユニット。

2. 圧力スイング吸着 (PSA) 窒素発生装置 - 分子篩炭(CMS)を使用して非常に高い窒素純度を実現するシステム。

これらの選択肢は、必要な窒素品質と用途によって異なります。たとえば、タイヤの空気充填や消火には、メンブレン窒素発生装置で十分な 90-99% の純度しか必要とされない場合があります。これとは対照的に、食品包装やプラスチックなどの業界では、最大 99.999% の純度が必要とされることが多く、これは PSA 技術でのみ達成できます。

窒素生成システムは、現場で窒素を生成、貯蔵、分配するために必要な完全な設備です。発生装置は中心的な構成品ですが、他のいくつかの要素が連携して動作し、安定したガス品質を保証します。

標準的な窒素生成プラントは以下で構成されています。

1. エアコンプレッサー：圧縮空気を供給します。
2. ドライヤー：空気から水分を除去します。
3. フィルター : オイル蒸気と固形粒子を捕捉します。
4. エアレシーバー：圧力と流量を安定させます。
5. 窒素発生装置：窒素を酸素および微量ガスから分離します。
6. 窒素レシーバー : ピーク需要用に生成された窒素を貯蔵します。

窒素は、発電機の出口から直接消費するか、貯蔵タンクに貯蔵して継続的に供給することができます。

吸着とは、物質（この場合、圧縮空気）からの原子、イオン、分子が吸着剤の表面に付着するプロセスです。

PSA 窒素発生装置は窒素を分離し、圧縮空気の流れにある他のガス（酸素、 CO₂ および水蒸気）を吸着して、本質的に純粋な窒素を残します。

PSA は、分子が 分子篩炭(CMS)に結合すると、圧縮空気の流れから酸素を捕捉します。これは、分離プロセスと再生プロセスを切り替える、分子篩炭で満たされた 2 つの別々の圧力容器（塔A と塔 B）で行われます。

クリーンで乾燥した圧縮空気が塔Aに入ります。酸素分子は窒素分子よりも小さいため、ふるいの孔を通過します。窒素分子は孔を通過できないため、ふるいを迂回して必要な窒素純度に到達します。この相は吸着または分離段階と呼ばれます。塔Aで生成された窒素のほとんどがシステムから放出され、すぐに使用または保管されます。

次に、生成された窒素のごく一部が逆方向の塔Bに流れ込みます。この流れにより、塔Bの前の吸段階で捕捉された酸素が押し出されます。塔Bの圧力を解放することで、CMSの酸素分子を保持する能力が失われ、酸素分子がふるいを離れて、塔Aから流入する少量の窒素流で運ばれます。この「洗浄」プロセスにより、次の吸着段階でふるいが新しい酸素分子を捕える空間が確保されます。

PSA 技術は、最大 99.999% の純度レベルで要求の厳しい用途で連続的な大容量窒素フローを可能にします。PSA 発生装置は、メンブレン発生装置よりも初期投資コストが高くなりますが、一部の産業や用途で要求される高流量と高純度レベルの利点を提供します。

PSA ユニットは超高純度を提供しますが、より複雑で、膜システムはよりシンプルでです。いずれの場合も、窒素発生装置のメンテナンスは一貫した性能を維持するために不可欠です。

メンブレンシステムは通常、可動部品がなく、繊細な構成品が少ないため、メンテナンスの必要性が低く、ダウンタイムを回避する必要がある環境に最適です。

PSA システムは、吸気の空気品質、フィルター、吸着媒体にさらに注意を払う必要がありますが、構造化された窒素発生装置のメンテナンススケジュールと組み合わせると、要求の厳しい用途で最高レベルの純度と性能を提供します。

窒素は不活性で無臭であり、酸化を防ぐため、産業で広く使用されています。オンサイト窒素発生装置は適切な純度と流量の窒素を供給し、安定したガス供給を確保しながらシリンダー入り供給への依存度を低減します。

主な用途は次のとおりです。

• 化学処理 : 窒素は、爆発や望ましくない反応を防ぐ不活性条件を作り出すために使用されます。化学業界の窒素発生装置は、ガス調達コストを削減しながら、オペレータが安全性を維持できるようにします。
• 食品・飲料製造：制御された雰囲気は、保存期間の延長と風味の維持に役立ちます。包装ラインでは、食品業界向けの窒素発生装置がパケットから酸素を排出し、飲料工場では窒素がボトリングや保管中に液体を保護します。
• 自動車産業：窒素充填タイヤは空気圧を長く維持し、ゴムの酸化を低減します。タイヤ用窒素発生装置を使用することで、サービスセンターやフリートオペレーターに信頼性の高い供給が保証されます。

つまり、「窒素発生装置は何に使用しますか？」と尋ねる場合、" 研究室やプラスチックから水産養殖や医薬品まで、酸素のない環境や低酸素環境が必要なあらゆる場所で幅広い範囲をカバーします。

社内で窒素を生産することで、企業は生産量、純度、圧力を直接制御できます。柔軟性に加えて、外部サプライヤーに依存することに比べて、運用上および財務上の大きな利点があります。

主なメリットは以下の通りです。

• コスト安定性：ボトル入り窒素またはバルク窒素の市場価格変動から独立。
• 輸送コストの削減：輸送料金、配送スケジュール、シリンダーの返却処理が不要。
• 安全性の向上：高圧ボトルの保管と取り扱いのリスクを排除します。
• 無駄なし：液体タンクからの蒸発損失とシリンダ内の未使用の残留ガスを回避します。
• 信頼性 :24 時間体制で継続的な供給が可能で、生産のダウンタイムのリスクを低減します。
• 長期的な節約：機器には初期投資が必要ですが、時間の経過とともに運用コストは大幅に低くなります。

これらの要因により、オンサイト窒素生成は技術的ソリューションであるだけでなく、日常業務における安全性、効率性、コスト管理を向上させる方法にもなります。オンサイト窒素生成のメリットについて詳しくご覧ください。

窒素の流量、純度、動作条件に関しては、用途ごとにニーズが異なります。適切なシステムは、効率性、安全性、長期的なコスト削減を保証します。一部の業界では、コンパクトなメンブレン式の発生装置で十分な場合がありますが、他の業界では PSA 技術によって提供される超高純度が求められます。

選択は技術的要因と経済的要因の両方に依存するため、多くの場合、システムをプロセスに適合させることができるスペシャリストと要件を検討することが最善です。

社内で窒素を生成するための最適なソリューションについては、エアシステム専門家にお問い合わせください。