リーンエア

希薄空気は、酸素含有量が 20.95% (通常の呼吸空気の酸素含有量) 未満のガス混合物です。希薄空気は、空気と窒素のガス混合物、または純酸素と窒素のガス混合物から作られ、純窒素で覆われた製品が危険、望ましくない、または高価になる可能性があるいくつかの製造プロセスで使用されます。一部の製造プロセスでは、反応プロセスまたは保管中に酸素含有量が必要です (例: 合成樹脂製造、アクリル酸(CAAC) やブチルアクリレート(BA) などのアクリル化合物)。

リーンエアは、人工的に生成された酸素含有量の低い「空気」です。空気中の通常の酸素含有量は 20.95 Vol.-% ですが、低い割合 (たとえば 8 Vol.-%) に減らされます (リーン化されます)。この目的のために、圧縮空気と窒素、または酸素と窒素のどちらかのガスが混合されます。

リーンエアーの一般用語は合成空気であり、酸素含有量が低いガス混合物を指すこともありますが、高いガス混合物を指すこともあります。合成空気は、例えばガス分析装置のゼロガス^{[1] [2]や}窒素酸化物の検出用の作動ガスとして使用されます。大規模な化学プロセスでは、ガス混合物がかなり大量に使用され、製品の品質に影響を与えます。

希薄空気は、溶媒ボイラーや反応器への供給プロセス、例えば重合中の合成樹脂の製造においてしばしば必要となる。[1] これらのプロセスでは、熱が加えられ、可燃性ガスが製品から放出される。通常の呼吸空気下で生成される場合、燃焼三角形の3つの必須要素（可燃性物質、酸素、点火エネルギー）は空間的および時間的に一致する。これは爆発また​​は爆燃につながり、重大な事故につながる 可能性がある。

製品がアクリル酸の場合は、逆に酸素が存在しなければならず、純粋な不活性雰囲気は避けなければなりません。「アクリル酸の過熱は爆発につながる可能性があるため避けなければなりません。」 「適切な取り扱いや保管の手順が無視されたアクリル酸の事例がいくつか報告されています。」 「製造工程中にアクリル酸を純粋な窒素雰囲気で覆うと、酸素が枯渇する可能性がある」^[3]そして、結果として爆発につながります。保管中も酸素を必要とする化学反応を引き起こします。 「保管中は酸素がゆっくりと消費されます。したがって、溶存酸素のレベルは、定期的に空気（または酸素/窒素ガス混合物、「希薄空気混合物」）で補充する必要があります。」^[3]したがって、この目的で使用される希薄空気は、事故を防ぎ、同時に反応が起こるように、安全な酸素範囲に保たれなければなりません。

爆発の危険性がある場所で定期的に使用されるため、希薄空気に指定された酸素含有量、つまり生産プロセスの品質（望ましい化学反応）と安全関連事項（燃焼三角形、過熱）の両方を遵守することが不可欠です。

希薄空気は、工業用ガス製造業者からガスボンベ（または貯蔵バンクとしてのバンドル）に充填することができます^[4] [2]。より大量に必要な場合、企業はより費用対効果が高いため、希薄空気を生成するための独自のシステムを運用する傾向があります。このようなガス混合物を製造するシステムは、ガスミキサー、またはより具体的には希薄空気ユニットと呼ばれます。これらの希薄空気ユニットの量、品質、安全性、可用性の要求は個別に等級付けされており、企業固有のニーズと予算によって定義されます。

ガスの品質、安全性、入手可能性は、希薄空気を生成するプロセス^[5]にとって重要です。つまり、詳細には

• 一定の製品品質（品質）を生産するための希薄空気ガス混合物中の定義された酸素濃度の制御
• 規定の酸素濃度を超えたり下回ったりしても安全にシャットダウンし、爆発の危険がない（安全性）
• 純粋な窒素または予混合ガスを使用したバックアップソリューションまたはバイパスを使用して、生産システムの可用性（可用性）を確保します。

正しいガス混合物の品質を監視するための追加手段として、酸素濃度を継続的に監視するガス分析装置を使用できます。測定された酸素値は、オンライン接続を介して表示され、上位のプロセス制御システムに転送できます。限界値を超えると、ガス混合物の品質の変更が開始され (自動の動的リーンエアシステムの場合)、シャットダウンまたは存在する可能性のあるバイパスへの切り替えが開始されます。

希薄空気中の規定の酸素濃度への安全な準拠は、供給されるプロセスプラントの安全性に影響します。機能安全性は、安全度水準分析 (SIL 分析)を使用することでさらに高めることができます。SIL またはセキュリティ レベルは、標準IEC 61508 / IEC 61511に準拠したセキュリティ要件レベルです。これに使用される監視システム (通常はガス分析装置、シャットダウン、ブローオフライン ソレノイド バルブで構成) は、この SIL 分析によってその信頼性に関して共同で評価されます。これにより、潜在的な故障のリスクがさらに軽減されます。

専門的に設計されたリーンエアシステムの可用性を確保するために、少なくとも以下の対策が一般的です。^[6]

• ガス入口側にガスフィルターを設置し、粒子の侵入による継手の機能障害を防止します。
• 圧縮空気と窒素の圧力を同じ混合圧力に制御し、理想気体のアボガドロの法則が適用されます。つまり、同じ圧力と温度では、気体の密度はモル質量に比例します。
• ガス入口ラインの定圧レギュレータを相互接続して、混合ガスの許容できない濃縮がいつでも排除されるようにします。ガス分析による追加のロックにより、冗長な安全ロックが作成されます。
• 体積流量測定（温度および圧力補正済み）、
• ガス逆止弁を各ガスラインに設置し、ガスの漏れを防ぐ。
• 設計措置により連続的または不連続的なガス混合物の消費を可能にする。
• 上位のプロセス制御システムやそれとの通信に何らかの障害が発生した場合でも、プラントの自律的な運転を保証します。^[7]

• ナイトロックス – 呼吸ガス、窒素と酸素の混合物
• ガス混合 – 仕様に合わせた特殊なガス混合物の製造
• 呼吸ガス – 人間の呼吸に使用されるガス
• 圧力スイング吸着 - 圧力下での選択吸着を用いたガス分離法
• 膜ガス分離 - 混合物から特定のガスを分離する技術