適切な窒素発生装置の選び方

特定のモデル仕様を決定する前に、たとえば窒素生成時間当たりの速度、窒素純度、出口圧力、露点など、窒素発生装置の性能と機能を包括的に比較および分析し、同時に既存の環境条件に基づいて適切な選択を行うことが重要です。

さまざまな業界にわたる窒素要件

ａ．冶金および金属加工産業 これらの業界では、各顧客の特定の生産ニーズに応じて、純度 99.5% を超える窒素が必要な場合がありますが、純度 99.9995% を超え、露点が -65°C 未満の高純度窒素を必要とする業界もあります。

b 化学・新素材産業
一般に、窒素の純度要件はそれほど高くなく、多くの用途では 98% を超える純度の窒素を使用できます。ただし、実際の要件は顧客の特定の製造プロセスによって異なります。

c 食品および医薬品産業
ほとんどの食品産業では窒素の要件が比較的低く、純度 99.5% ～ 99.9% で十分です。ただし、食品業界のごく一部では、特定のプロセスのニーズにより 99.99% の純度が必要とされます。製薬業界では通常、純度 99.99% の窒素が必要であり、ステンレス鋼製の装置が必要です。

エレクトロニクス産業では一般に窒素に対する高い要件があり、通常は 99.99% 以上の純度が必要です。

各種窒素発生装置の比較

ａ．極低温空気分離窒素発生装置
極低温空気分離は、数十年近くの歴史を持つ伝統的な窒素製造方法です。原料として空気を使用し、圧縮・精製した後、熱交換により液化させて液体空気を生成します。液体空気は主に液体酸素と液体窒素の混合物です。それらの異なる沸点（1気圧では、酸素は-183℃で沸騰し、窒素は-196℃で沸騰する）を利用して、液体空気を蒸留してそれらを分離し、窒素ガスを生成します。この方法には、複雑な装置、大きな設置面積、高い建設コスト、多額の初期投資、比較的高い運転費用、遅いガス生成 (12 ～ 24 時間)、高い設置要件、および長い試運転期間が伴います。機器、設置、およびインフラストラクチャーの要因を考慮すると、3500 Nm3/h 未満のユニットの場合、同じ容量の PSA システムは極低温空気分離ユニットよりも 20% ～ 50% 少ない投資で済みます。したがって、極低温空気分離は大規模な工業用窒素生産には適していますが、中小規模の用途には不経済になります。

b PSA 圧力スイング吸着窒素発生装置
この方法は、原料として空気を使用し、吸着剤としてカーボンモレキュラーシーブを使用し、圧力スイング吸着の原理を採用し、カーボンモレキュラーシーブの選択的吸着特性に基づいて窒素と酸素を分離します。このプロセスは一般に PSA 窒素生成として知られています。 1970 年代に急速に開発された、新しい窒素製造技術です。従来の方法と比較して、PSA には、シンプルなプロセスフロー、高い自動化レベル、高速ガス生成 (15 ～ 30 分)、低エネルギー消費、ユーザーの要件に応じて広範囲で調整可能な製品純度、便利な操作とメンテナンス、低い運用コスト、強力な機器適応性などの利点があります。その結果、1000 Nm3/h 未満の窒素生成システムで高い競争力を持ち、中小規模の窒素ユーザーの間で人気が高まっています。 PSA 窒素生成は、そのようなユーザーにとって好ましい選択肢となっています。

C膜窒素発生装置
この装置は、空気を原料として、特定の圧力条件下で膜を通過する酸素と窒素の透過速度の違いを利用して酸素と窒素を分離します。他の窒素発生装置と比較して、構造がシンプル、サイズが小さく、切り替えバルブが不要、メンテナンスの必要性が低い、ガス生成が速い（3分以内）、容量拡張が容易であるという特徴があります。特に窒素純度98%以下を必要とする中小規模のユーザーに適しており、優れた費用対効果を発揮します。ただし、窒素純度が98%を超えると、同仕様のPSA窒素発生装置に比べて価格が15%以上高くなります。

窒素発生装置のコストに影響を与える要因

1. システム全体の 1 回限りの購入費用。現在、市場には多くのブランドがあり、品質と価格は一般的に比例しています。
2. 機器の動作安定性と推定耐用年数。
3. 年間の運用、保守、およびサービスのコスト。
4. 毎日の電気代と水道代。