産業用ガス、化成品

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窒素(液化窒素・窒素ガス・N2・nitrogen、CAS:7727-37-9)

  • 常温常圧で無色無臭の気体、大気中に最も多く(約78.03vol%)含まれる。原子番号は7の2原子分子、分子量は28.013 g/mol。
  • 不活性ガスで支燃性も助燃性もありません。不活性ガスの特性を生かし色々な分野で使用されています。用途例はここを参照下さい。
  • 窒素ガス発生装置をご使用になられる事によりコストダウン、省エネになります。詳細はここを参照下さい。
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化学式がN2と表される無機化合物です。化学式から「エヌツー」とも呼ばれます。

外観
気体:無色・無臭。 液体:無色・透明。

容器(ボンベ)の色は ねずみ色 です。基本的な物性ここを参照下さい。

  • 常温では化学的に不活性で、「他の物質と反応を起こさない化学的に安定したガス」という「不活性ガス(Inert Gas)」としての役割があり、アルゴンなどの希ガスに比べると安価な気体のため防爆:爆発防止用、嫌気性条件や乾燥条件の設定他色々な分野でに用いられます。
    容器内を希釈する場合に必要な窒素ガスの量はここを参照下さい。
  • 窒素ガスは、酸素ガス、アルゴンガスなどとともに空気から分離してつくられるため、一般的にはエア・セパレートガスと呼ばれています。代表的な製法には、「深冷空気分離法」「PSA(圧力変動吸着)法」「膜分離法」の3つがあります。
    液化窒素は、コンパクトな窒素ガスの供給源であると共に、大気圧の液体窒素の沸点は-196℃で、冷却材として様々な用途に利用されます。この-196℃の極低温を利用して、新しい味や触感を創造する分子料理(Molecular Cooking)、分子ガストロノミー(分子美食学)で新メニューが創り出されています:口から白煙が出る・瞬間解凍するデザート 他
    窒素化合物には、アンモニアや硝酸のような無機化合物から、各種ニトロ化合物や複素環式化合物などの有機化合物まで非常に多くの種類があります。

窒素ガスの種類とガス発生方式

窒素ガスの種類とガス発生方式

窒素ガスの用途 : さまざまな市場で使用されているN2ガス

食品市場 金属/樹脂市場 機械市場
無酸化シール、酸化防止、鮮度保持
食品の保存・ガス充填包装
CA貯蔵雰囲気、乾燥品の品質保持
食用・植物油、食用水(茶・ジュース・ビール用等)の脱酸素
ビール等の圧送
レーザ加工/ステンレス切断
  (無酸素切断)
熱処理(冷却用:金属真空熱処理炉)
酸化防止
雰囲気保持、冷却
ドライカット
(切削・研磨油代替)
変質変色防止
酸化防止
化学市場 輸送機市場 電機/電子市場
防爆シール、変質防止
プロセス水・溶剤・原料の脱酸素
圧力搬送
冷却
自動車タイヤ充填
  (エア漏れ/圧力変動防止)
船舶パージ
無酸素雰囲気ハンダ付(リフロー炉)
接合雰囲気ガス
洗浄剤の乾燥・シール
酸化防止
窒素の用途別 概略割合
化学工業用 36.1%
電気関連 29.9%
販売業者 7.2%
鉄鋼・非鉄 5.7%
食品 5.4%
機械関連 5.2%
その他 10.5%

(公表データより推計)

窒素・N2の状態図 (温度・圧力線図)

 状態図・相図は、窒素・N2の相(固体・液体・気体)と熱力学的な状態量の関係を表したものです。物資がある相から他の相に変わることを相転移と言います。
 固体が液体に変わる現象が溶融、融解で、その相変化を示した曲線を溶融線、融解線と言います。
 液体が気体に変わる現象が沸騰、その逆が凝縮で、この温度が沸点で、その相変化を示した曲線を沸騰線、凝縮線、或いは、蒸気圧曲線と言います。
 固体が液体にならずにそのまま気体になる現象が昇華であり、この時の温度が昇華点で、昇華線と言います。

 窒素・N2の三重点(固体・液体・気体の状態が同時に存在する) は、-210℃、0.125MPa(abs)です。

窒素の温度-圧力線図

窒素と酸素の沸点/露点曲線

深冷空気分離法 」では、この沸点差を利用して、高純度の窒素を製造します。
 純粋な液体窒素は空気に触れると急速に酸素を取り込み、組成の変動が起こり、左図に示すように沸点が変動します。

窒素の温度-圧力線図

供給形態(ボンベ、LGC/ELF、ローリー/貯蔵タンク、ガス発生装置

 窒素PSA装置などによる使用場所での製造・供給の他に、バックアップ等も含めて、窒素ガス・液 N2の供給形態・荷姿は、通常右写真、以下のように三種類あります。

  1. (1) 一般容器(気体充填用)

    右表に一般容器のボンベを示します。もっとも普及しているボンベは、7,000 Liter = 7 m3のものです。14.7MPa(g)(約150気圧)で気体状態で充填された窒素ボンベの重さは約62kgになり、かなり重いため、取り扱いには注意が必要です。

N2 充填量 サイズ(概略) 重量 内容積
7,000 Liter 232mmφ x 1,365mm高さ 52kg 46.7L
1,500Liter 139.8mmφ x 965mm高さ 11.5kg 10.2L
500Liter 101mmφ x 645mm高さ 6.0kg 3.4L

  1. (2) 極低温容器(液体充填用)

     可搬式液化ガス(極低温容器、LGC:Liquid Gas Container、ELF: Evaporator Liquid Flask エルフとも呼ばれる)は、ステンレス製の内槽とステンレス製又は高張力鋼製の外槽との間を液化ガスの蒸発を極小にする真空断熱した魔法瓶型の容器です。
     175L容器では、107m3の窒素が充填されているため、一般容器と比較し、15倍以上の窒素が入っています。このため、容器交換の頻度が少なくて済み、ガスも安価になります。
    但し、外部からの侵入熱により容器内の圧力が徐々に上昇しやすく、内槽安全弁、破壊式安全弁が付属しており、安全弁の作動圧を超えると内部のガスが放出されます。

N2 充填量 サイズ(概略) 空重量 内容積 供給量
107m3
(119kg)
508mmφ x
1,580mm高さ
106kg 176L 最大25m3/Hr
303m3
(337kg)
859mmφ x
1,630mm高さ
315kg 465L 20~60m3/Hr
72m3
(81kg)
508mmφ x
1,400mm高さ
82kg 120L 0.6m3/Hr
35m3
(40kg)
508mmφ x
1,060mm高さ
60kg 60L 0.6m3/Hr

●建屋内等の御使用場所の近くに搬送できる、少量の液化窒素使用に最適なコンパクトで、且つ、移動に便利なキャスター付きの超低温容器(120L、60L:左写真)もあります。

  1. (3) 貯槽タンク(CE:コールドエバポレーター)

     窒素を大量に使用する場合は、真空断熱の貯槽を使用します。貯蔵量は、2.1~13ton、2.6~16m3、最高使用圧力0.95 MPa(g)が一般的です。製造工場よりタンクローリー車(充填量8ton前後)で供給されます。
     ボンベ、容器、タンク類は密閉容器のため、N2の使用により容器内の圧力が低下し続けます。このため、貯槽タンクには、通常容器下に加圧蒸発器(大気温で加温)が設置され、貯槽上部よりガスにて加圧し、貯槽内の圧力を一定に保ちます。一方、使用しない場合は、真空断熱と言えども大気からの侵入熱で貯槽内の圧力は徐々に上昇し、0.5%/日程度で自然蒸発により大気へ消失します。

N2 充填量 サイズ(概略:外径x高さ) 空重量 内容積 設計圧
2,111kg 1,712mmφx3,659mm 2,300kg 2,900L 1.0MPa
3,598kg 1,712mmφx5,197mm 3,350kg 4,942L 1.0MPa
7,088kg 2,218mmφx5,489mm 6,200kg 9,735L 1.0MPa
12,991kg 2,218mmφx8,676mm 9,800kg 17,843L 0.97MPa

ボンベの刻印

  1. (1)容器所有者記号(例:H071)
  2. (2)充填ガスの種類(例:N2、O2、Ar、CO2等)
  3. (3)容器記号番号(例:ABC23456)
  4. (4)内容積(V:単位リットル)
  5. (5)容器重量(W:単位キログラム)(弁、キャップを含まない)
  6. (6)耐圧試験圧力(TP:単位MPa(g))
  7. (7)最高充填圧力(FP:単位MPa(g))

窒素ガスの価格イメージ

(PSA装置の例 8,600Hr/稼働)

窒素ガス価格<PSA装置のLease&Maintenanceの試算例>(契約条件等で大きく変化します!)

無限の大気から窒素ガスN2をその場で簡単・安価に供給!

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