産業用ガスはどのように作られるのか

1. 産業ガス製造用原料
- 産業用ガスの製造用の原料は、広範囲にわたる供給源から得られます。酸素、窒素、アルゴンなど、多くの工業用ガスは空気から得られます。空気は天然の原料の貯蔵庫であり、窒素が約 78%、酸素が約 21%、アルゴンが約 0.93% を占めます。これらのガスは、技術的な操作を使用して空気を分離することで取得できます。
- また、工業用ガスの中には化学物質の反応から発生するものもあります。たとえば、水素は水の電気分解によって生成できます。この場合、水 (\(H_2O\)) は水素 (\(H_2\)) と酸素 (\(O{{ 3}}\)) 電気が印加されると。また、化学式は \(CaCO_3 です) である二酸化炭素ガスもあります。これは、化学製造プロセスの排ガスから収集されるか、石灰石を焼成することによって得られます (\(CaCO_3\))。 \stackrel{温度}{=\!=\!=} CaO+CO_2↑\)。

2. 工業用ガスの一般的な製造方法
1. 酸素の製造
- 最も一般的な方法は空気分離です。まず、空気を圧縮して冷却し液化させます。次に、酸素と窒素などのガスの沸点の違いを利用して分別します。酸素の沸点は -183 度、窒素の沸点は -196 度です。温度を徐々に上昇させると、最初に窒素が蒸発し、主に液体酸素が残ります。この方法は、産業や医療などのさまざまな側面のニーズを満たす酸素を大規模に生産できます。
- 酸素は化学的方法によっても生成できます。たとえば、過酸化水素 (\(H_2O_2\)) は、二酸化マンガン (\(MnO_2\)) の触媒作用により酸素と水に分解されます。化学方程式は\(2H_2O_2\stackrel{MnO_2}{=\!=\!=}2H{{12} }O + O_2↑\)。ただし、この化学的方法は酸素の小規模生産に比較的適しており、研究室やその他のシナリオで広く使用されています。
2. 窒素の生成
・同じく空気分離法は、窒素の沸点が酸素よりも低いという特性を利用し、空気を液化した後、蒸留により窒素を分離します。この方法で生成される窒素の純度は非常に高いレベルに達することができ、エレクトロニクス産業における窒素純度に対する非常に高い要件を伴うアプリケーションシナリオに対応できます。
- 一部の化学生産プロセスでは、副反応によって窒素も生成されます。たとえば、アンモニア (\(NH_3\)) は特定の条件下で窒素と水素に分解でき、反応式は \(2NH_3 \stackrel{特定の条件}{{{4 }}\!=\!=} N_2+3H_2\) ですが、この方法は窒素を生成する主な方法ではありません。
3. 水素の製造
・前述した水の電気分解は重要な手法である。直流電流の作用下で、水は水素と酸素に分解されます。この方法で製造される水素は高純度ですが、消費電力が比較的大きくなります。
- 天然ガス（主成分はメタン\(CH_4\)）の改質方法も、水素を製造するために産業界で広く使用されています。メタンは高温および触媒の下で水蒸気と反応します。化学式は \(CH_4 + H_2O\stackrel{高温、触媒}{=\!{{5 }}\!=}CO+3H_2\)。一連の精製および分離ステップを経て、純粋な水素が得られます。

3. 産業ガス製造における品質管理
- 産業用ガスの製造プロセスでは品質管理が非常に重要です。まず、原材料の純度と品質が要件を満たしていることを確認するために、原材料を厳密に検査する必要があります。たとえば、空気を分離して酸素と窒素を生成する場合、空気中に不純物が多すぎると、最終製品の純度に影響を与えます。
- 製造プロセスでは、反応条件を正確に制御する必要があります。たとえば、化学的方法で水素を製造する場合、反応効率と生成物の純度を確保するために、温度、圧力、触媒の使用などの要素を正確に制御する必要があります。同時に、製造設備の老朽化や漏洩などによるガスの品質への影響を防ぐため、定期的に保守・点検を行う必要があります。製品の製造後は厳格な品質テストが必要です。検査項目にはガスの純度や不純物含有量などが含まれ、品質基準を満たした工業用ガスのみが販売・用途に供されます。