空気分離によるガスのつくられ方

ガス製造工場では空気を取り入れて、酸素・窒素・アルゴンを製造しています。
従って、原料を外部から持ち込むことはありません。
原料となる空気の組成は下表のとおりです。

表1　空気の組成

確かに原料となる空気にはコストがかかりませんが、原料空気を酸素・窒素・アルゴンに分離するためには空気を液化し、液化空気にした後に、それぞれの沸点の差で、各種ガスを分離して製造します。空気を液化空気にするためには、液化エネルギーが必要です。この液化エネルギーを得るために空気を圧縮する（空気は圧縮して昇圧することにより 液化しやすくなり、後に説明する深冷分離では、その分離方法から空気を昇圧する必要がある）必要があり、ガス製造工場では空気を圧縮するために大型の圧縮機が使われており、多くの電力を消費しています。
このようにガス製造工場は、製造コストの大半を電力が占めている電力多消費事業といえます。

水の電気分解による酸素の製造もあります。しかし、水の電気分解ではコストが高くなり、また大量に酸素を生産することができません。
これに対し、深冷分離では酸素・窒素・アルゴンの併産が可能であり、また大量生産に対応できるため、酸素を大量に消費する製鉄所や化学工業等では、この深冷分離法が採られています。

酸素およびアルゴンについては、大半を製品として採取しますが、窒素に関しては高純度の窒素を製品として採取し、低純度の窒素は図の④の吸着器の再生ガス等に利用し、その後大気放出しています。

また、空気中ごくわずかに存在し、ランプや医療用などに使用されるクリプトン、キセノンおよびネオン等（以下「希ガス」という）についても、必要に応じて採取する場合があります。この場合、通常の空気液化分離装置に加えて、希ガスを精製するための装置が必要となります。しかしながら、通常の空気液化分離装置では需要やコストなどの関係から希ガスを採取する工場は全国でもわずかです。

地球には空気の層が10km以上もあり、空気を一箇所で大量に取っても地球規模からするとわずかな量ですので、空気が少なくなることはありません。
海水から塩を取っているところの海水の塩分が薄くなることがないのと同じように、空気から酸素を取っても工場付近の酸素が薄くなることはありません。

ガス製造工場では、原料空気や製品ガス等を大気放出することがありますが、その際に「音」が発生します。このようなガスを放出する際に発生する「音」に対しては、放出口に消音器を取り付けることで低減しています。

また、上記以外にもガス製造工場にはいろいろな音源があります。代表的なものとしては、（1）原料空気および製品ガスを圧縮する際に使用する大型の圧縮機から発生する「音」、（2）製品液化ガスをローリ車へ充填する際に使用するポンプから発生する「音」、（3）配管内を流体が流れる時や、流れている流体の圧力を変化（降圧）させる際に発生する「音」などがあります。

（1）および（2）のような回転機から発生する「音」については、回転機を屋内もしくは防音壁内に設置する等で低減を図っており、（3）のような流体の「音」については、配管に防音材を巻く等の対策を実施しています。

特に、住宅街に隣接した酸素工場では法的な規制もあり、「音」（騒音）への対策に力を入れています。

一般的に工場が環境に影響を与えるとして問題視されるものの中に、有毒ガスによる大気汚染や汚水による水質汚染があげられます。

ガス製造工場（空気液化分離装置）から放出されるガス（無色・無臭）はその製造工程からもわかるとおり、もともと空気中に存在していたものであり、大気に戻したところで環境には何ら影響を及ぼすものではありません。

また、ガス製造工場で使用する水は、ガス等を冷却（熱交換）するための冷却水として利用しています。この冷却水はガスとの熱交換に使われた後、冷却塔に戻されて空気と熱交換することで冷却され、再び冷却水として使用する循環サイクルになっており、系外（構外）に排水することはほとんどありません。また冷却水は直接流体と接触することもほとんどなく、汚水となることもありません。

このように、ガス製造工場から直接環境を汚染するようなものを排出することはなく、非常にクリーンな工場（製造方法）といえます。

しかしながら、先に述べたとおり酸素工場は電力多消費事業であり、エネルギーを多く消費するという観点から見れば、少なからず地球環境（地球温暖化等）に影響を及ぼしているといえます。

ガス製造コストの大半が電気代ですから、酸素工場ではコスト低減の観点から電力使用量の低減に努力しています。近年では高効率圧縮機の採用や空気液化分離装置の効率化等を進めることで電力の有効利用に努めています。

高圧ガスとは高圧ガス保安法で定義（規制）されるガスの総称であり、高圧ガスという名称の製品ガスが存在するのではありません。
高圧ガス保安法は、取扱いを誤ると事故につながる恐れのある高圧ガスの製造・貯蔵・販売・消費などに対して規制する法律です。高圧ガス保安法における高圧ガスとは、次のとおりです。

ガス製造工場では製品ガスを製造する工程で空気を圧縮・液化するため、高圧ガス保安法で規定する高圧ガス製造事業所に該当します。そのため、高圧ガス保安法の規制対象となり、製造方法や保安距離（学校や一般家庭などに対しての一定の距離）など厳しい制約が設けられています。また、ガス製造工場は高圧ガス保安法以外に消防法や労働安全衛生法などさまざまな法規制の対象となっており、これら法規制を満足するため、ガス製造工場では法に規定される有資格者を配置した保安組織をつくり、また高圧ガス保安法に従い保安検査や定期検査を行い、工場の保安を維持・管理しています。

空気から酸素を製造する方法としては深冷分離の他に、吸着分離や膜分離があります。
吸着分離はゼオライト系吸着剤のガスに対する吸着特性の違い（加圧で窒素を吸着、減圧で窒素を脱着・排気）を利用して、2筒式の吸着筒を加圧と減圧の操作（圧力変動）を交互に繰返しながら酸素を分離します。

膜分離は膜の透過速度がガスによって異なることを利用して分離するもので、透過速度が速い酸素と遅い窒素を分離します。どちらの分離方法も、深冷分離と異なり常温で分離を行うため、高圧ガス保安法の規制対象外であり、また構成機器も深冷分離と比べて少なく、装置をコンパクトにでき、その結果低コストで酸素を製造することができます。しかし、どちらも高純度の酸素を大量に生産できないため、高純度を必要としない電気炉、ゴミ処理等の中規模需要家で使用されています。