PSA窒素発生の原理
カーボンモレキュラーシーブは、空気から酸素と窒素の両方を同時に吸着することができます。さらに、圧力が上昇すると吸着能力も増加します。しかし、どのような圧力でも、酸素と窒素の平衡吸着容量には大きな差はありません。したがって、圧力変化のみに基づいて酸素と窒素を効果的に分離することは困難です。ただし、吸着動力学-特に吸着速度-を考慮すると、酸素と窒素の吸着特性を効果的に区別できます。酸素分子は窒素分子より直径が小さいです。その結果、その拡散速度は窒素の数百倍も速くなります。その結果、カーボンモレキュラーシーブは非常に急速に酸素を吸着し、約 1 分以内に吸着能力の 90% 以上に達します。同じ時点で、窒素の吸着量はわずか約 5% です。したがって、この短い間隔で吸着される物質は主に酸素から構成され、残りのガス-未吸着部分-は主に窒素から構成されます。したがって、吸着時間を 1 分未満に制限することで、酸素と窒素の予備分離を達成できます。本質的に、吸着と脱着のプロセスは圧力差によって駆動されます。-圧力が上昇すると吸着が発生し、圧力が低下すると脱着が発生します。しかし、酸素と窒素の実際の区別は、それらの吸着速度の差に依存しており、吸着時間を正確に制御することによって達成されます。この時間を非常に短く保つことにより、酸素は完全に吸着されますが、窒素が吸着されるのに十分な時間が経過する前に吸着プロセスが停止します。
窒素生成のための深冷空気分離の原理
極低温窒素生成システムは、気体窒素だけでなく液体窒素も生成できるため、特に液体窒素を必要とするプロセス要件を満たします。さらに、製造された液体窒素は専用の貯蔵タンクに保管することができます。断続的な窒素需要の場合、または空気分離ユニットの簡単なメンテナンス中に、これらのタンクに保管されている液体窒素を気化器に送り、加熱してから製品窒素パイプラインに供給して、下流のプロセス施設の窒素要件を満たすことができます。極低温窒素生成プラントの運転サイクル（2 つの主要な暖機サイクル間の間隔として定義）は、通常 1 年以上に及びます。-したがって、極低温システムに専用のバックアップユニットを設ける必要は一般的には不要であると考えられています。対照的に、圧力スイング吸着 (PSA) システムは気体窒素のみを生成することができ、そのようなバックアップ機能はありません。したがって、単一の PSA ユニットでは中断のない継続的かつ長期的な動作を保証できません。-
窒素生成のための膜空気分離の原理
圧縮および濾過された後、空気は高分子膜分離ユニットに入ります。さまざまなガスは膜材料内で異なる溶解度および拡散係数を持っているため、膜を通過する際に異なる相対透過速度を示します。この特性に基づいて、ガスは「速いガス」と「遅いガス」の 2 つのグループに大別できます。ガス混合物が膜を介して圧力差にさらされると、水、水素、ヘリウム、硫化水素、二酸化炭素などの比較的速い透過速度を持つガス-が膜を通過し、透過側で濃縮されます。逆に、メタン、窒素、一酸化炭素、アルゴンなどの比較的透過速度が遅いガス-は、膜の保持液側に保持されて濃縮され、それによってガス混合物の分離が達成されます。