窒素：窒素および窒素が使用されている場所とは
21 4月, 2022
窒素はいたるところにあります。呼吸する空気の成分中で最も多いのは窒素ですが、私たちが使うことはありません。この記事では、その用途をいくつか説明します。
お客様のビジネスに最適な窒素供給の選択
窒素を調達する際には、産業用ガスボトルの供給を選択することが一般的です。ただし、PSAまたはメンブレン発生装置を使用した現場生産など、より効率的な代替品があります。この記事では、さまざまな選択肢について、それぞれの利点を強調しながら解説します。
サードパーティサプライヤからの窒素の入手
タンク詰窒素
最初に挙げた選択肢は、現地外の生産施設から窒素タンクを購入することです。このプロセスは非常に簡単です。お客様の用途に適した必要な量の窒素量を注文し、サプライヤが大型の重いタンクで提供します。
極低温窒素プラントで生成されたN2O2はガスに変換され、非常に高圧（300 bar）でタンク詰されます。その結果、比較的小さなタンクに多くの窒素ガスが保管されます。ただし、高圧に耐えられるように、容器は非常にかさばるため、重量が増加します。
使用後、これらのタンクは棚に配置され、ピックアップのために保管され、保管場所を増やしておく必要があります。
メリット：
● 窒素消費量が少ない施設向けの簡単ソリューション。
● ピークフロー用にすぐに使用可能な窒素を提供。
● 簡単設置。
デメリット：
● ボトルのサイズと重量のため、輸送は環境にやさしくはない。
● 運転圧力はタンク圧より大きくなければならない。そうでない場合、窒素が無駄になる。
● 生産コストと出荷コストが高いため比較的高価格。
● ワークフローの中断を避けるために、特殊なタンク棚切り替えシステムが必要。
● 安全上の懸念事項がある（重いスチールの取り扱い、高圧）。
● 窒素サプライヤへの依存を生む。
● 窒素の消費量が多い場合には適していない。
液体バルク窒素供給
サードパーティが関与するもう1つの選択肢は、ガス会社が定期的に充填する液体窒素貯蔵タンクを設置することです。これらのタンクは、サプライヤからレンタルすることも、購入することもできます。また、ガス窒素を使用するにはエバポレータが必要です。
エバポレータは、液体窒素を窒素ガスに変換します。タンク詰の窒素と同様に、液体窒素の供給には輸送が必要です。ただし、この場合は断熱タンクトラックで配送されます。液体窒素はその後、トラックから絶縁された貯蔵タンクにポンプで送り込まれます。
また、低消費の状況では、より小さな缶で液体窒素を注文することもできます。これらの小型タンクはデュワーと呼ばれています。また、タンク詰の窒素と同様に、液体窒素は、極低温窒素工場で製造されます。
メリット：
● ピークフロー用にすぐに使用可能な窒素を提供。
● 一般的に、タンク詰の窒素よりも費用対効果が高い。
● 容量の調整は、変化する窒素需要に合わせて簡単に行えます。
デメリット：
● タンクの断熱は完璧ではありません。液体ガスは熱を発して蒸発することがあり、蒸発損失と呼ばれています。*
● 窒素会社との長期契約が一般的です（通常は5～7年）。
● 特別な基盤やエバポレータなどの追加のセットアップが必要です。
● 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、エバポレータが凍結する可能性があります。
*蒸発損失は無駄です。タンクの容量よりも少ない窒素を使用すると、圧力が上昇して蒸発損失が発生します。ガスがまったく消費されていない場合、この無駄は1日あたりタンクの残量の1%程度になります。これらの損失を抑えるためには、定期的にタンクを充填する必要があります（通常は週に1回）。
現場での低温生産
液体窒素の供給に関連して、現場での低温生産が行われます。消費量が非常に高い場合、ガス会社が小型の低温窒素工場を設置することがあります。これは、ボトルやタンクトラックで輸送される窒素の生成に使用されるのと同じタイプの発生装置です。極低温窒素生成装置の詳細については、リンク先の記事を参照してください。
窒素供給を自社で生成
以前の窒素の購入および受け取り方法とは異なり、独自の窒素を生成するには、極低温プロセスは必要ありません。その結果、メンブレンまたは圧力スイング吸着（PSA）窒素生成装置の両方で、極端な温度は必要ありません。この種の装置は、他の手段によって空気を成分に分離します。
PSAとメンブレンは2つの異なる技術ですが、どちらも圧縮空気の流れが必要です。また、この2つの発生装置では低温を使用しないため、ガス組成は同じではありません。
極低温窒素には、一定の高純度レベルがあります。市販の発生装置の窒素純度は、お客様の好みに合わせて調整できます。PSAおよびメンブレン生成装置では、クライオ生成窒素と同じ純度レベルを達成することは非効率であることに注目すべきです。
これらの装置を使用すると、高純度ではより多くの電力が必要になり、運用コストが増加します。とはいえ、PSAおよびメンブレン発生装置の純度レベルはほとんどの用途で十分です。また、最高の純度ではなく、用途に適した純度を提供することで、窒素単位あたりのコストを削減できます。窒素純度の詳細については、こちらをご覧ください。
メリット：
● 通常、独自の窒素を生成することが、最もコスト効率が高い。
● 純度を適宜設定できます。エネルギー費は、希望するレベルによって異なる。
● ガスサプライヤへの依存なし。
● 安定したガス価格。
● 安全オプション。
● 無駄なし。
● 最も環境に優しいオプション。
デメリット：
● ピークフローに特別な対策が必要（バッファタンク、高圧バッファタンク、液体ガスバッファなど）。
● 液体やタンク供給よりも、変化する窒素要求に適応できない。
● 追加のメンテナンスが必要。
PSAおよびメンブレン窒素発生装置の詳細を確認する
PSA技術を使用した窒素生成の詳細をご確認ください。
メンブレン発生装置を使用した窒素生成の詳細をご確認ください。
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