世界のエネルギー構造が低炭素代替エネルギーへの移行を加速するにつれ、新エネルギー製造における産業用ガスの純度、供給の安定性、プロセスの適応性に対する要件が大幅に厳しくなっています。{0}酸素は、かつては補助的なユーティリティと考えられていましたが、現在では中核的なプロセス媒体です。産業用酸素発生装置 -、特に圧力スイング吸着 (PSA) および極低温空気分離装置 - は、リチウム電池材料の生産、太陽光発電用ガラスの溶解、水素製造、および関連分野での導入が増えています。 Shenger Gas は産業用分離技術に重点を置いています。以下の説明では、酸素発生装置が新エネルギー用途にどのように実用的な価値を付加するかを概説します。
リチウム電池正極材料の焼結: 制御された酸素雰囲気の必要性
リン酸鉄リチウム（LFP）やニッケル-コバルト-マンガン（NCM）などの正極材料の高温焼結中、炉内の酸素濃度は結晶化度とサイクル寿命に直接影響します。酸素レベルが必要なしきい値を下回ると、格子欠陥が増加し、初期クーロン効率が低下します。
産業用酸素発生装置は、酸素富化空気（純度 90～95%）または工業用グレードの酸素（99.5% 以上）をローラー キルンやプッシャー キルンに継続的に供給できます。{0}{3}液体酸素タンクの供給と比較して、現場での酸素生成によりシリンダーの交換が不要になり、蒸発損失が軽減されます。{6}}出力圧力は 0.3 ～ 0.6 MPa の範囲で安定しており、一般的なキルン入口要件に一致します。 50 Nm3/h の容量を持つ PSA 酸素システムは、年間生産量約 10,000 トンのカソード材料生産ラインを確実にサポートできます。
太陽光発電ガラスの溶解: 酸素-燃料燃焼のための酸素供給
太陽光発電 (PV) フロート ガラスの製造では、溶融温度が 1500 度を超えることがよくあります。従来の空気-燃料の燃焼では、窒素酸化物も生成しながら、窒素のほぼ 78% が反応に参加せずに熱を運び去ります。酸素-燃料燃焼に切り替えると、火炎温度が上昇し、溶解効率が向上し、ガラス溶解物の清澄段階が短縮されます。
酸素発生装置は、90～93% の酸素を豊富に含む空気を炉に供給します。-段階的な酸素噴射制御により、燃料消費量を15～25%削減し、NOx排出量を環境基準を満たすレベルまで低減します。ガラスの溶解には、短期間の変動が小さい、継続的な大量の酸素が必要です。-バッファタンクを備えた遠心式または大型 PSA 酸素システムは、バルブ切り替え中の圧力変動に対処するのに適しています。
グリーン水素製造と燃料電池テスト: 電気分解からの酸素回収
水素製造のための水の電気分解では、アノードで副生成物として酸素が生成されます。-アルカリまたは PEM 電解槽では、副生成物の酸素は通常 99.2% 以上の純度に達し、アルカリミストや水分は微量しか含まれません。洗浄と乾燥後、この酸素は近くの施設で廃水の曝気や金属の切断に直接使用でき、頻繁に排出されるものから追加の収益源を生み出します。
燃料電池の研究開発テストベンチでは、カソード入口酸素濃度を正確に制御する必要があります。小型 PSA 酸素発生装置または酸素-窒素混合システムを使用すると、エンジニアはさまざまな高度や空気化学量論をシミュレートできます。テストグレードのアプリケーションの場合、酸素露点は -60 度未満である必要があり、システムは流量需要の変化に迅速に対応する必要があります。
使用済みリチウム電池の熱処理: 金属回収のための酸素富化熱分解-
使用済みリチウム電池を粉砕して分別した後、残った電極粉末にはバインダーとセパレーターが含まれており、熱分解によって除去する必要があります。酸素が豊富な雰囲気（酸素 30～40%）下では、低温熱分解により有機物のより完全な酸化が達成され、ダイオキシンの生成傾向が減少します。-その後の銅、アルミニウム、コバルト、ニッケルの製錬段階では、酸素ランシングにより浴の撹拌が強化され、溶解サイクルが短縮されます。
コンテナ型またはスキッドマウント型の酸素発生装置は、{0}現場のリサイクル施設で適切に機能します。{1}必要な床面積は 20 平方メートル未満で、電気と水道の接続のみが必要です - 液体酸素貯蔵タンクに関連する安全性評価や許可はありません。
産業用酸素発生装置（新エネルギープラント向け）の主な選択基準
新エネルギー生産ラインは通常、高い稼働時間と無人運転が期待される工業団地に設置されています。評価すべき主な要素は次のとおりです。
- 純度のマッチング: プロセスで 99.5% 以上の酸素が必要な場合 (特定の焼結ステップなど)、極低温または 2 段階 PSA システムが推奨されます。 93% の純度で十分なプロセスの場合、単段階 PSA のほうが経済性が優れています。{6}}
- 露点管理: 配管が長い場合や温度変動が大きい環境では、液体の水が高温の反応器に到達するのを防ぐために、冷凍式または乾燥剤式乾燥機を追加する必要があります。-
- 電力消費量: PSA は、生成される酸素 1 Nm3 あたり約 0.35 ～ 0.45 kWh を消費します。極低温システムは 0.55 ～ 0.70 kWh/Nm3 を消費します (空気圧縮と分留を含む)。大規模な使用（500 Nm3/h 以上）の場合、極低温の方が総所有コストが低くなる可能性があります。{6}}
- 冗長戦略: 酸素の中断が許容できないプロセスでは、N+1 ユニット構成またはバックアップ液体酸素タンクを検討する必要があります。
業界の動向と設備のアップグレード
新エネルギーの製造プロセスは進化し続けています。たとえば、ナトリウム-イオン電池の正極焼結では、より狭い酸素濃度ウィンドウ（許容誤差±0.5%以内）が必要であり、発電機の安定性に対する要求が高くなります。一方、グリーン水素プロジェクトの規模が拡大するにつれ、電気分解による副生酸素の利用はオプションから必須へと移行しつつあります。- 年間 1,000- トン-の水素施設では、年間約 8,000 トンの酸素が生成されます。酸素を排出することは、重大な資源の損失を意味します。
将来の産業用酸素生成装置は、モジュール設計、エネルギー消費量の削減、インテリジェントな制御へと移行するでしょう。例としては、流れ抵抗を低減する放射状吸着ベッド、需要変動に応じてサイクル タイミングを調整する AI- ベースのモデル、バルブ切り替え異常の IoT 診断などが挙げられます。これらの改善により、安定性、清浄度、制御性といった新エネルギー製造の中核要件に対応します。
