工業における一般的なガス分離方法と原理

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工業における一般的なガス分離方法と原理　一般的に使用される工業用ガスには、酸素、窒素、アルゴン、二酸化炭素、液体アンモニア、液体塩素、アセチレン、水素などがある。工業用ガスの製造方法は多くありますが、ここでは主なものを簡単に紹介します。 一、酸素　工業用酸素の製造方法には、主に空気の液化・分離・蒸留法（略して空分法）、水電解法、圧力変化吸着法などがある。 空気分離法による酸素製造の工程は、大まかに次のとおりです：空気の吸収→二酸化炭素吸収塔→圧縮機→冷却器→乾燥器→冷凍機→液化分離器→オイルセパレーター→ガスタンク→酸素圧縮機→ガス充填。その基本原理は、空気を液化した後、空気中の各成分の沸点の違いを利用して液化分離器内で分離精留し、酸素を製造することです。大型酸素製造装置の研究開発と導入により、酸素製造のエネルギー消費が継続的に削減され、窒素、アルゴン、その他の不活性ガスなど、複数の空気分離製品を同時に生産しやすくなった。保管や輸送を容易にするため、液化分離器で分離された液体酸素はポンプで低温液体タンクに送り込まれ、その後タンクローリーで各深冷液化永久ガス充填ステーションへ運ばれます。液体窒素や液体アルゴンもこの方法で貯蔵・輸送される。 二、窒素　工業用窒素の主な製造方法には、空気分離法、圧力変化吸着法、膜分離法、燃焼法などがある。 　　空気分離法で製造される窒素は純度が高く、エネルギー消費も少ない。変圧吸着法による窒素製造技術は、5A炭素分子ふるいを用いて空気中の成分を選択的に吸着させ、酸素と窒素を分離して窒素ガスを製造するものです。この方法で得られる窒素ガスは圧力が高く、エネルギー消費も少なく、その純度は以下の基準を満たします：工業用窒素は98.5％以上、純窒素は99.95％以上です。 三、アルゴンガス　アルゴンガスは大気中で最も多く含まれる不活性ガスで、その製造方法としては主に空気分離法が用いられる。酸素製造工程において、沸点が-185.9℃前後の分留物を液化分離器から分離することで、液体アルゴンが得られる。 四、二酸化炭素　二酸化炭素の製造方法には、石灰の生産過程で副生するもの、醸造の発酵過程で副生するもの、重油やコークスなどの燃焼によって生成されるもの、合成アンモニア工業の副産物として得られるものなどがある。現在、合成アンモニア産業の原料はほとんどがガス、製油所ガス、コークス炉ガス、石炭であり、その主成分は異なる水素炭素比を持つ炭化水素と元素炭から構成されている。これらは高温下で水蒸気と反応し、水素と一酸化炭素を主成分とする合成ガスが生成され、一酸化炭素は変換によって二酸化炭素になる。二酸化炭素の精製方法には、吸収法、圧力変動吸着法、吸着蒸留法、および膜分離法がある。 五、アンモニア　アンモニアの製造方法は、主に直接合成法が用いられる。合成アンモニアの工程は、水素ガス発生炉内で赤熱したコークスに空気と水蒸気を吹き込み、まず窒素と水素の混合ガスを得た後、洗浄・熱交換、二酸化炭素の凝縮、二酸化炭素の吸収といった製造工程を経て原料ガスを調製するものです。精製された混合ガスはフィルター、冷却器、アンモニア分離器、およびヒーターを経て合成反応器に送られ、分離器によって液状アンモニアが分離される。 六、塩素　工業で使用される塩素は、主に飽和食塩水の電気分解によって製造される。高純度の塩素は、電解による融融塩化物から活性金属を製造する際に得られる。空気や酸素を利用して、有機合成工業の副産物である塩化水素を触媒的に酸化させ、塩素に変換することができる。 七、アセチレンガス　アセチレンの製造方法には、カルシウムカーバイドの加水分解法、メタンや炭化水素の高温燃焼分解法、およびプラズマ分解法が主にある。カルシウムカーバイド加水分解法は工程が短く、製品の純度が高いが、エネルギー消費量が多い。ほとんどの溶解アセチレン製造にはこの方法が用いられている。アセチレンの溶解特性に基づき、アセチレンガスを圧縮して溶媒に充填し、多孔質充填材で満たされた鋼製ボンベ内に貯蔵される。プロピレンは優れた溶剤として、ボンベ内の充填剤に吸着され、アセチレンを溶解・放出するために使用される。その役割は、ボンベの有効容積を増大させ、アセチレンガスの爆発性を低下させることである。全体としてのカルシウムシリケート多孔質充填剤の役割は、プロピレンを均一に吸着し、アセチレンの分解爆発の伝播を防ぐことです。溶解アセチレンボンベの普及により、使用が便利になり作業効率も向上するだけでなく、環境も改善され、カルシウムカーバイドの消費も節約される。しかし、ボンベ内の多孔質充填材が損傷したり汚染されたりしないようにしなければならず、プロピレン系溶剤の充填量はアセチレンガスを充填するのに必要な量を満たすものでなければ、安全かつ信頼性の高い運用は保てない。溶解アセチレンの製造・充填工程は、粗アセチレンガスが生成された後、硫黄やリンなどの不純物を除去するために化学的に精製され、その後圧縮・乾燥されて溶解アセチレンボンベに充填されます。 八、水素　工業用水素の製造方法には、主に鉱物の燃焼変換による水素製造、水電解による水素製造、および半水炭化水素法による水素製造がある。水電解による水素製造法は、技術的に信頼性が高く、操作が簡単でメンテナンスも容易であり、汚染を発生させず、得られる水素の純度も高い。ただし、電力消費量が多くコストも高いため、生産の発展がある程度制限されており、主に水素の純度が高く、必要量がそれほど多くないユーザー向けに供給されている。しかし、新技術の応用により水電解技術が改良され、水電解による水素製造技術のコストは継続的に低下し、電力消費も減少しているため、「クリーンエネルギー」の最も主要な生産方法となる見込みである。現在、研究開発が進められている水素製造法には、電気化学的な水の分解による水素製造や、光触媒作用を利用した水素製造などがある。 転載元：化工707