窒素と酸素の純度がコストに与える影響

窒素（N₂）と酸素（O₂）の純度レベルがコストにどのように影響するかを調べる前に、ガスの純度とガスの品質は同じではないという一般的な誤解を明確にすることが重要です。 

• ガス純度とは、主要ガスの濃度を指します（例えば、純度 95% の窒素には 5% の酸素が含まれています）。 
• ガス品質とは、水分や炭化水素などの汚染物質の存在を指します。

窒素と酸素の純度レベルを管理することは、ガスコストに直接影響を与え、企業が経費を最適化できるようにします。純度の高いガスは、より多くの圧縮空気、より多くのエネルギー、より大きな機器を必要とするため、生産コストが高くなります。純度を実際の用途のニーズに合わせて調整することで、投資、メンテナンス、運用コストを大幅に節約できます。

産業用窒素と酸素を取得する主な方法は 2 つあります。

窒素ガスを入手するさまざまな方法について詳しくお読みください。

現場での窒素と酸素の生成には、2 つの一般的な技術があります。

• 圧力スイング吸着 (PSA) ：圧縮空気がモレキュラーシーブを通過して、最大純度 99.999% の窒素と最大純度 95% の酸素を生成します。

• メンブレン技術 ：圧縮空気は半透過性メンブレンを通してろ過され、95% から 99.5% の窒素純度を生成します。

99.9% と 99.999% の純度の差は小さく見えるかもしれませんが、コストに大きな影響を与えます。

エネルギー消費と機器のスケーリング

より高純度のガスを製造するには、よりエネルギー集約的なプロセスが必要です。 たとえば、メンブレン技術による 95% 純度の窒素生成では、窒素 1 SCFM あたり 2 SCFM の空気を消費する一方で、PSA で 99.999% の純度を達成するには、窒素 1 SCFM あたり最大 12 SCFM の空気が必要になります。純度を高めるには、より大型のコンプレッサーと高度な機器も必要です。

ガスコストを最適化するには、以下の点を考慮して費用対効果分析を実施できます。

• アプリケーションの最小純度要件。
• さまざまな純度レベルの投資と運用コスト。
• 品質を損なうことなく、純度の低いガスを使用することで節約できる可能性。
• エネルギー消費とメンテナンス費用。

この分析により、特定のニーズに合った純度とコストの理想的なバランスを特定できます。

窒素または酸素を購入する企業の場合、ガスのコストは以下の要因によって決まります。

• 投資コスト ：安全な貯蔵のためのシリンダー保管区域やバルクタンク用のコンクリート基礎などのインフラ。防火安全規制への準拠も含まれます。

• 単位当たりの価格 ：ガス 1 立方メートル当たりの価格。

• 運用コスト ：シリンダーやタンクのレンタル、配送料、環境税などの費用。

• 投資コスト：ガス発生装置、コンプレッサー、空気処理装置、貯蔵タンクの購入。

• 運用コスト：コンプレッサーの運転と定期メンテナンスのための電力。

重要なインフォメーション

購入したガスは、低温生産方法により、ほぼ常に超高純度で供給されます。つまり、多くのユーザーが必要以上の純度を支払う必要があり、コストを調整するオプションはありません。現場での生成は、純度を用途に合わせることでこれを回避します。

窒素の純度が独自のガス生成コストにどのように影響するかを示すために、2 つの窒素アプリケーションを見てみましょう。この例では、ウェーブはんだ付けとコーヒー包装の両方で 50 Nm³/h の窒素流量が必要です。ただし、ウェーブはんだ付けには 99.999% の純度が必要ですが、コーヒー包装には 99.9% の中程度の純度が必要です。

これにより、ガス生成コストに 37% の差が生じます。この節約は、最大純度レベルを選ぶのではなく、主要な食品規格要件をはるかに上回るコーヒー包装の窒素純度を実際のニーズに合わせることで達成されます。

まず、純度を過剰に指定しないと、企業は小型の発生装置と小型のエアコンプレッサーを使用してニーズを満たすことができるため、投資コストに大きな影響を与えます。また、この小型のシステムでは、メンテナンスコストを抑制します。また、1単位のガスを生成するために必要な圧縮空気が少なくて済むため、エネルギーコストが削減できます。

適切な純度レベルを選択することにより、以下が可能になります。

• 投資の削減 ：小型のガス発生装置とコンプレッサーは初期コストを削減します。
• メンテナンスの削減 ：小型システムではメンテナンスの必要性が少なくなります。
• 省エネ ：ガス単位あたりの圧縮空気の必要量を減らし、電気代と二酸化炭素排出量を削減します。