1. 窒素の使用
窒素は、無色、無毒、無臭の不活性ガスです。したがって、窒素ガスは保護ガスとして広く使用されています。液体窒素は、空気と接触できる冷凍媒体として広く使用されています。とても大切なガスです。、典型的な用途は次のとおりです。
1.金属加工：光輝焼入れ、光輝焼鈍、窒化、軟窒化、軟炭化等の熱処理用窒素源。溶接および粉末冶金焼結プロセス中の保護ガスなど。
2. 化学合成: アンモニアの合成には主に窒素が使用されます。反応式はN2+3H2=2NH3（条件は高圧、高温、触媒。反応は可逆反応です）または合成繊維（ナイロン、アクリル）、合成樹脂、合成ゴムなどの重要な原料です。窒素は肥料の原料にもなる栄養素です。例: 重炭酸アンモニウム NH4HCO3、塩化アンモニウム NH4Cl、硝酸アンモニウム NH4NO3 など。
3. エレクトロニクス産業: 大規模集積回路、カラー TV 受像管、テレビおよびラジオ部品、半導体部品を処理するための窒素源。
4. 冶金産業: 連続鋳造、連続圧延、鋼焼鈍用の保護ガス。製鋼用転炉上下の混合窒素吹き込み、転炉製鋼用シール、高炉炉頂シール、高炉製銑用微粉炭吹き込み用ガスなど。
5. 食品の保存：穀物、果物、野菜などの窒素充填保管および保存。肉、チーズ、マスタード、お茶、コーヒーなどの窒素充填保存包装。フルーツジュース、生の油、ジャムなどの窒素充填および酸素欠乏状態での保存。各種ボトル状ワインの精製・カバー等
6. 製薬産業: 伝統的な漢方薬 (高麗人参など) の窒素充填保管および保存。西洋医学の窒素充填注射。窒素を充填した保管庫と容器。医薬品などの空気輸送用のガス源。
7. 化学産業: 保護ガスの交換、洗浄、密封、漏れ検出、乾式コークス冷却。触媒再生、石油分別、化学繊維製造などに使用されるガス
8. 肥料産業: 窒素肥料原料;交換、シール、洗浄、触媒保護のためのガス。
9. プラスチック産業: プラスチック粒子の空気輸送。プラスチック製造・保管時の酸化防止など。
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10. ゴム産業: ゴムの包装と保管。タイヤの製造など。
11. ガラス産業: フロートガラスの製造プロセスにおける保護ガス。
12. 石油産業: 貯蔵所、コンテナ、接触分解塔、パイプラインなどの窒素充填および精製。パイプラインシステムなどの空気圧漏れ検査
13. 海洋石油開発。海洋石油採掘におけるプラットフォームのガスカバー、石油採掘のための窒素の圧力注入、貯蔵タンクやコンテナの不活性化など。
14. 倉庫: 地下室や倉庫内の可燃性物質の発火や爆発を防ぐために、窒素を充填してください。
15. 海上輸送: タンカーの洗浄と保護に使用されるガス。
16. 航空宇宙技術: ロケット燃料ブースター、発射台代替ガスおよび安全保護ガス、宇宙飛行士制御ガス、宇宙シミュレーション室、航空機燃料パイプラインの洗浄ガスなど。
17. 石油、ガス、石炭鉱山産業での応用：油井に窒素を充填すると、油井内の圧力が上昇して石油生産量が増加するだけでなく、窒素はドリルパイプの測定時のクッションとしても使用できます。 、井戸内の泥の圧力を完全に回避します。下部管柱が潰れる可能性。さらに、窒素は酸性化、破砕、水圧ブローホール、油圧パッカーの設置などのダウンホール作業にも使用されます。天然ガスに窒素を充填すると発熱量を低減できます。パイプラインを原油に置き換える場合、液体窒素を使用して両端の材料を燃焼させて注入し、固化させて密封することができます。
18. その他:
A. 塗料やコーティングには、油の重合による乾燥を防ぐために窒素と酸素が充填されています。石油や天然ガスの貯蔵タンク、コンテナ、輸送パイプラインには窒素や酸素などが充填されています。
B. 車のタイヤ
(1) タイヤの操縦安定性と快適性の向上
窒素は、化学的性質が極めて不活性で、ほぼ不活性な二原子ガスです。気体分子は酸素分子よりも大きく、熱膨張や収縮が少なく、変形範囲が小さい。タイヤのサイドウォールへの浸透速度は空気よりも約 30 ～ 40% 遅く、タイヤ空気圧を安定させ、タイヤの走行安定性を向上させ、運転快適性を確保します。窒素は音響伝導率が低く、通常の空気の 1/5 に相当します。窒素を使用すると、タイヤの騒音を効果的に低減し、走行時の静粛性を向上させることができます。
(2) タイヤのパンクや空気切れを防ぐ
タイヤのパンクは交通事故の最大の原因です。統計によると、高速道路での交通事故の 46% はタイヤの故障が原因であり、そのうちタイヤのパンクはタイヤ事故全体の 70% を占めています。車が走行すると、地面との摩擦によりタイヤの温度が上昇します。特に高速走行時や急ブレーキ時には、タイヤ内のガス温度が急激に上昇し、タイヤ空気圧が急激に上昇するため、タイヤがパンクする可能性があります。高温はタイヤのゴムを老化させ、疲労強度を低下させ、深刻なトレッド摩耗を引き起こします。これは、タイヤのパンクの可能性を引き起こす重要な要因でもあります。高純度窒素は、通常の高圧空気と比較して酸素を含まず、水分や油分をほとんど含みません。熱膨張係数が低く、熱伝導率が低く、温度上昇が遅いためタイヤの熱蓄積速度が遅くなり、不燃性で燃焼をサポートしません。、したがって、タイヤがパンクする可能性を大幅に減らすことができます。
(3) タイヤの寿命を延ばす
窒素を使用した後は、タイヤの圧力が安定し、体積変化が小さいため、クラウン摩耗、タイヤショルダー摩耗、偏心摩耗などの不規則なタイヤ摩擦の可能性が大幅に減少し、タイヤの耐用年数が長くなります。ゴムの老化は空気中の酸素分子の影響を受け、老化により酸化により強度や弾性が低下し、亀裂が生じます。これがタイヤの寿命を縮める原因の一つです。窒素分離装置は空気中の酸素、硫黄、油、水、その他の不純物を最大限に除去し、タイヤの内張りの酸化度とゴムの腐食を効果的に軽減し、金属リムを腐食せず、タイヤの寿命を延ばします。 。耐用年数もリムの錆を大幅に軽減します。
(4) 燃料消費量を削減し、環境を保護します。
タイヤの空気圧が不足し、加熱後の転がり抵抗が増加すると、走行時の燃料消費量が増加します。窒素は、安定したタイヤ空気圧を維持し、タイヤ空気圧の低下を遅らせることに加えて、乾燥しており、油や水を含まず、熱伝導率が低い。、スローヒート機能によりタイヤ走行時の温度上昇が抑えられ、タイヤの変形が少なくグリップ力が向上する等、転がり抵抗が低減され燃費低減の目的が達成されます。
2. 液体窒素凍結の応用
1. 極低温医療：手術、極低温治療、血液冷却、薬物凍結、極低温破砕など。
2. バイオエンジニアリング：貴重な植物、植物細胞、遺伝的生殖質などの凍結保存と輸送。
3. 金属加工：金属の凍結処理、凍結鋳造曲げ、押出、研削など。
4. 食品加工：急速冷凍装置、食品の冷凍および輸送など。
5. 航空宇宙技術: 打ち上げ装置、宇宙シミュレーション室の冷熱源など。
3. 科学技術の進歩と経済建設の発展に伴い、窒素の応用範囲はますます広がり、多くの産業分野や日常生活分野に浸透しています。
1. 金属熱処理への応用：窒素臭を基本成分とする窒素雰囲気熱処理は、省エネルギー、安全、環境汚染の防止、天然資源の有効利用を実現する新しい技術とプロセスです。焼入れ、焼鈍、浸炭、浸炭窒化、軟窒化、再浸炭を含むほぼすべての熱処理プロセスは、窒素ベースのガス雰囲気を使用して完了できることが示されています。処理された金属部品の品質は、従来の吸熱雰囲気処理と同等の品質になります。近年、国内外でこの新しいプロセスの開発、研究、応用が盛んに行われており、実りある成果を上げています。
2. エレクトロニクス産業への応用：電子部品や半導体部品の製造工程では、保護ガスとして純度99.999%以上の窒素を使用する必要があります。現在、我が国では、カラーテレビ受像管、大規模集積回路、液晶、半導体シリコンウェーハなどの製造工程において、キャリアガスや保護ガスとして高純度窒素を使用している。
3. 化学繊維生産プロセスでの応用：高純度窒素は、化学繊維製品が生産中に酸化して色に影響を与えるのを防ぐために、化学繊維生産における保護ガスとしてよく使用されます。窒素の純度が高いほど、化学繊維製品の色は美しくなります。現在、私の国のいくつかの新しい化学繊維工場には高純度窒素装置が設置されています。
4. 家庭での保管・保存への応用：現在、海外では穀物を保管するために、倉庫を密閉し、窒素を充填し、空気を除去する方法が広く使用されている。我が国もこの方法の実験に成功し、実用化の推進と応用の段階に入った。米、小麦、大麦、トウモロコシ、米などの穀物を窒素排気で保管することで、害虫、暑さ、カビを防ぎ、夏の間も良好な品質を保つことができます。この方法は、穀粒をビニールクロスでしっかりと密閉し、まず低真空状態まで真空引きした後、内外の圧力が均衡するまで純度約98%の窒素を充填します。これにより、穀物の山から酸素が奪われ、穀物の呼吸強度が低下し、微生物の繁殖が阻害される可能性があります。すべてのボーラーは酸素不足により 36 時間以内に死亡します。酸素を減らして昆虫を殺すこの方法は、多額の費用（リン化亜鉛などの毒性の高い薬剤による燻蒸にかかる費用の約 1 パーセント）を節約できるだけでなく、食品の鮮度と栄養価を維持し、細菌感染を防ぎます。そして薬物汚染。
果物、野菜、お茶などの窒素充填保存も最先端の方法です。この方法により、高窒素・低酸素の環境下では果物、野菜、葉などの新陳代謝が冬眠状態のように遅くなり、追熟が抑えられ、鮮度を長期間保つことができます。試験によると、窒素で保存したリンゴは8か月後でもシャキシャキしていておいしいし、リンゴ1kgあたりの保存コストは約10円だという。窒素で満たされた貯蔵は、繁忙期の果物の損失を大幅に減らし、閑散期市場での果物の供給を確保し、輸出される果物の品質を向上させ、外貨収入を増加させることができます。
お茶を真空にして窒素を充填します。つまり、お茶をアルミニウム-白金（またはナイロンポリエチレン-アルミニウム複合箔）の二重層袋に入れ、空気を抜き、窒素を注入して袋を密封します。1年後、お茶の品質は新鮮になり、茶スープは透明で明るくなり、味は純粋で香りが良くなります。明らかに、この方法を使用して新茶を保存することは、真空包装や冷凍包装よりもはるかに優れています。
現在も多くの食品が真空包装や冷凍包装されています。真空包装は空気が漏れやすく、冷凍包装は劣化しやすいです。どれも真空窒素充填包装ほど優れたものではありません。
5. 航空宇宙技術への応用
宇宙は冷たくて暗く、高真空にあります。人間が天国に行くときは、まず地上で宇宙模擬実験をしなければなりません。宇宙をシミュレートするには、液体窒素と液体ヘリウムを使用する必要があります。米国の大規模宇宙シミュレーションチャンバーは、大規模な風洞シミュレーションテストを実施するために、1 か月あたり 300,000 立方メートルの窒素ガスを消費します。ロケットには、可燃性・爆発性の液体水素装置の安全な作動を確保するため、窒素消火器が適切な場所に設置されています。高圧窒素は、ロケット燃料 (液体水素 - 液体酸素) の圧力供給ガスや燃焼パイプラインのクリーニング ガスとしても使用されます。
航空機の離陸前または着陸後、安全を確保し、エンジン燃焼室での爆発の危険を防ぐために、通常、エンジン燃焼室を窒素で洗浄する必要があります。
さらに、窒素は原子炉の保護ガスとしても使用されます。
つまり、窒素は保護と保険の観点からますます好まれています。産業の発展と重点化に伴い、窒素の需要は増大しています。我が国の経済建設の急速な発展に伴い、我が国で使用される窒素の量も急速に増加するでしょう。
投稿日時: 2024 年 2 月 22 日
