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業務用の窒素や酸素を入手するための様々な方法

Industrial Gases Compressed Air Wiki Nitrogen

業務用の窒素や酸素のような産業用ガスを供給しなければならない場合に、頭に浮かぶ最初のソリューションはおそらくボトル詰を入手することでしょう。しかし、大幅に効率的な、あるいは効率的な可能性のある選択肢を検討すべきです。この記事では、タンク詰だけではなく、液体、そしてPSAやメンブレン窒素生成システムを使用して自分で作る方法による窒素の入手について述べます。

サードパーティサプライヤからの窒素の入手

タンク詰の窒素

最初の選択肢は、窒素の生産業者からタンク詰の窒素を購入することです。このプロセスは単純です。用途に適した数量の窒素を発注し、サプライヤが大きくて重い瓶を配送してきます。N2O2は、低温窒素工場で生成され、気体に変換され、高圧(300 bar)をかけてタンク詰めされます。つまり、大量の窒素ガスを比較的小型の瓶に入れて保存することができます。ただし、高圧に耐えるように、レシーバの壁は極めて厚くなります。タンクをラックに入れ、目的地までトラックで運びます。使用後に空になったタンクは、窒素の生産会社が回収します。

メリット: デメリット:
  • 窒素の消費量が比較的少ない場合には、非常に簡単なソリューションです。

  • 窒素の準備ができているため、ピーク流量に対応可能です。

  • 設備が非常にシンプルです。

     

     

     

  • タンクは厚くて重いスチール製で窒素にはほとんど重量が無いため、窒素会社は鉄を運んでいるようなもので、環境に優しくありません。
  • タンクが空になることは決してありません。運転圧力が10 barであれば、タンクの圧力が10 barを超えるときのみ窒素を瓶から出すことができます。「残り」の気体はタンクの中に残り、窒素会社が「空の」タンクを回収するときに返却されます。

  • 価格が比較的高いのは、窒素会社が窒素を配送しなければならないからです。窒素会社は窒素を生成した後に圧縮し、重い鉄のタンクを輸送し、タンクが空になると回収します。

  • 生産プロセスの中断が許容されない場合は、タンクのラックを切り替える特殊なシステムが必要です。

  • 安全上の懸念事項があります(重いスチールの取り扱い、高圧)。

  • 窒素のサプライヤに依存します。

  • 窒素の消費量が多い場合には適していません。

液体バルク窒素

2番目の選択肢は、現場に液体窒素用の貯蔵タンクを設置し、窒素の供給会社によって定期的に充填することです。タンクは前述の窒素会社からのレンタル、購入のどちらも可能で、その中で窒素を使用するための蒸留装置が必要です。蒸留装置は液体窒素を利用可能な気体に変換します。タンク詰の窒素と同様に、窒素会社がトラックで輸送します。ただし、この場合の窒素は、大型の断熱タンクローリーで輸送されます。液体窒素は、この後でポンプで吸い出され、貯蔵用の断熱タンクに入れられます。消費量が少ない場合は、小型タンク入りの液体窒素を発注することもできます。このような小型タンクを貯蔵容器(デュワー)といいます。タンク詰の窒素と同様に、液体窒素も低温窒素工場で生成されます。

メリット: デメリット:
  • 窒素の準備ができているため、ピーク流量に対応可能です。

  • 通常、液体窒素はタンク詰の窒素よりもコスト効率に優れています。

  • 生産と窒素の要件が増えた場合に、少量の調整が比較的容易です(窒素を凍結することなくエバポレータで処理可能な場合)。

     

     

     

     

  • タンクの断熱は完璧ではありません。これは、液体窒素がタンク自体の内部で温まって蒸発し、圧力が上昇して安全バルブが開き、気体の一部が噴出することを意味します。このような損失は蒸発損と呼ばれています。*

  • 窒素会社との長期契約が一般的です(通常は5~7年)。

  • タンクの他に、特殊な基礎(漏れた場合の極低温に耐えられる)と蒸留器が必要です。

  • 環境に優しくありません。

  • 安全上の懸念事項があります(液体窒素は-196℃、液体窒素取り扱い時の凍傷リスク)。

  • 窒素消費量が通常よりも多い場合や、外部の温度が低い場合、蒸留装置が凍結する可能性があります。

現場での低温生産

窒素消費量が非常に多い場合、窒素会社は(小規模な)低温窒素設備を顧客の生産現場に設置することがあります。これは、瓶詰やタンクローリーで輸送される窒素を作る設備と同じタイプの窒素生成システムです。低温窒素生成システムの詳細については、以下の記事(低温窒素生成システムの記事へのリンク)をご覧ください。

窒素を自社で生成

前述のような窒素入手方法とは異なり、自社で窒素を生成する場合は低温処理が関わりません。メンブレン式にも圧力スイング吸着式(PSA)の窒素生成システムにも極端な低温はありません。これらの窒素生成システムでは、異なる方法で空気の成分を分離する必要があります。PSAとメンブレンの2つは技術的に大きく異なりますが、どちらも稼働するために圧縮空気流が必要です。

これらの技術は低温生産とは大きく異なっているため、生成される気体の組成が違います。低温生産の窒素ガスは安定していて高純度です。市販されている窒素生成システムの純度は希望に合わせて調整できますが、低温生成された窒素と同等の純度を確保するのは非効率です。このような機械を使用した場合、純度が高いほど必要な電力が増え、運転コストが増加します。とは言え、低温生成された窒素の純度はほとんどの用途には高すぎます。窒素の純度の詳細については、こちらをご覧ください。

メリット: デメリット:
  • 多くの場合、自社での窒素生成は総所有コストが最も低いソリューションです。
  • ニーズに合わせて純度を設定できます。N2O2の純度が下がるとコストも低下します。

  • 窒素のサプライヤに依存しません。

  • 窒素の価格は安定しています。設備を運転するための電気代の変化にだけ影響されます。

  • 安全な選択肢です(低温や高圧が関わらない)。

  • 無駄がありません(サプライヤに窒素を返却せず、蒸発損もない)。必要な量だけを生産します。

  • 他の選択肢よりも環境に優しいです。

  • ピークフローに対処する場合、特別な対策を講じる必要があります(バッファタンク、高圧バッファタンク、液体窒素バッファ)。

  • 窒素の消費量が少し増加して、設備の公称容量を超えると、液体窒素やタンク詰窒素よりも大きな影響を受けます。

  • 異なるサプライヤから別の成分の窒素が設備に供給される場合に、コミュニケーションやサービスの課題が発生する可能性があります。

 

 

 

 

 

PSAおよびメンブレン窒素生成システムの詳細を確認する

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