中國氣體的現狀與發展

孫福楠，于大秋，任 越，叢 林，韓 薇，柳 蔚，劉曉紅

(中昊光明化工研究設計院有限公司，遼寧大連甘井子甘北路34號 116031)

0 引言

同其它行業一樣，2014年中國氣體處于嚴重的下滑期，產能過剩、價格下滑表現的尤其突出，由于受到下游用戶的影響，大量的液態空分產品即使價格低廉也銷售困難，作為經濟狀況“晴雨表”的“氬氣”價格更是大跌眼鏡，充分看出我國經濟依舊處于低迷時期。

最近，全國各地氬氣行情稍有上升，據了解其原因不是經濟復蘇所致，而是因為國內一些大的鋼廠壓產導致。大型空分廠(包含外資空分廠)日子難過，星羅棋布的各小的分裝站更是難以為繼!國內已經出現氣體公司關門歇業乃至破產的現象，如此下去我國眾多的氣體公司將生存困難。我國氣體公司尤其是工業氣體公司為何在危機中面臨如此的深重困難，其主要原因:除了下游企業不景氣的客觀因素影響外，受前幾年我國井噴式經濟發展的拉動，氣體公司數量太多;經營方式過于簡單，技術含量不高也有很大的關系。2013年氦氣市場也是十分不景氣，氦氣價格下滑十分嚴重，這和前幾年氦氣難求的情況相比可謂冰火兩重天，目前氦氣價格下滑到70元/Nm3左右，而且氦氣價格還在下滑中。

早在幾年前日本某氣體公司的專家就預言中國氣體會遇到今日的困難，沒想到他的話不幸言中。近幾年國家對涉危監管力度的加強，從事氣體生產、經營、運輸的同行壓力倍增，管理成本、付出的精力急劇提高，這對本來就困難的氣體從業者“雪上加霜”。

工業氣體狀況如此，標準氣體則表現出另外的特征。由于國內環境問題日益突出，霧霾天氣已呈常態化、大范圍擴展的趨勢，我國政府對環境控制和保護的壓力劇增，先后出臺各種措施，力求治理惡化的環境，這一舉措對國內開展標準氣體生產的單位無疑利好，從2013年起關于硫化物、氮氧化物(如N2-SO2、N2-NO)等與環保相關的標氣需求劇增，上百瓶批量采購此氣的需求不斷，主要銷往涉及環保檢測的儀器公司、環保監測站等部門，盡管標準氣體在數量上需求增大，但價格卻大不如從前，并且用戶對質量要求十分的苛刻，如N2-NO標氣要求每瓶NO濃度誤差不超過2%，其中對NO2的含量也有具體的限定，這樣給標氣生產單位的檢測工作帶來不少的工作量。扣除原料、人力、包裝、運輸等成本后，利潤所剩無幾。我們對于含有較強“活性”成分的標準氣體仍需做大量的研究工作，如含 NH3、HF、HCl成分的標準氣體，整體來說國內標準氣體在質量、規范化方面同國外相比，仍顯不足。政府很有必要將標準氣體的管理、監督納入日常的管理范疇里來，這樣我國的計量用標準氣體才能做好。

標準氣體生產看似簡單實際并非如此，一個公司要開展此類標準氣體的生產，需要滿足的各項條件是十分復雜的，如標準物質生產計量許可等等。以配制含氮氧化合物的環保用標準氣體為例，生產單位必須擁有先進的氮氧化合物檢測儀器(如美國熱電42ic或羅斯蒙特的檢測儀)、準確可靠的氧分儀(測定平衡氣 N2中的 O2，NO+O2→NO2)、水分儀(防止水含量對氮氧化合物的影響)，否則，配出的氣體很難讓人放心，沒有經儀器驗證的氣體，用戶也不會接受，即使是接收了，也不會長久。分析儀器必須定期有效的校準，采用什么樣的“準確”定值用標準氣體，在目前國內相對不規范的現狀下，也絕非易事，雖然我們許多廠家具有GBW、GBW(E)生產資質。

由于工業氣體經營利潤下滑，2014年國內大量的工業氣體公司均開展了標準氣體業務，據了解全國標準物質管理部門2014年發放了幾十家的標準物質計量許可，其數量創歷年之最，并且申請單位的數量仍在增加，許多氣體公司由于首次審證，對標準物質研制及報告編寫經驗不足，大量的申請因不合要求被退回重寫。國內不同地域的諸多公司參與到標準氣體制造行列，這對解決我國標準氣體遠途運輸、降低運輸費用、方便客戶使用，實現屬地化供應，對我國標準氣體的健康發展有著積極的意義!但也希望甚至呼吁各位同行要轉變工業氣體生產、管理理念，把標準氣體按“奢侈品”來制備，高度重視標準氣體制造環節的每一關，沒經檢測驗證的產品概不能出廠，不具備基本條件斷不可貿然生產，否則，一味靠打價格戰，工業氣體的今天就是標準氣體的明天!并且會很快到來，因為標準氣體同工業氣體相比，規模要小許多。標準氣的準確性、穩定性仍然是制備標準氣體的核心，隨著有證標準物質生產廠家的不斷增多，類似以高純 N2、He、Ar、H2、O2為平衡氣的標準氣體，如何溯源比對尤其重要，否則，同樣是有證標準物質之間比對誤差也會相差巨大，這一點我們應該向外資企業學習。

標準氣體的生產最終體現的是分析檢測技術，一流的氣體公司必須首先組建自己的分析實驗室，并有計劃不間斷的配置和更新各種分析儀器，國外的經驗表明，擁有一支過硬的檢測隊伍，是企業在競爭中立于不敗之地的重要因素!企業要走得更遠，在建廠初期就要首先肯考慮檢測儀器、人員的投入。因為標準氣體的使用屬性和行業特點決定了檢測在質量體系中扮演著重要角色。

目前我國高純氮氣國家標準沒有氬氣雜質指標要求，導致現在市場很難找到無“氬”高純氮，大連地區高純氮中含氬高達10×10－6以上，給我們配制含氬的標準氣帶來很大的麻煩，由此看來國家標準的制定的確要嚴肅對待。

電子工業在芯片制造過程中使用大量混合氣體，這些混合氣體的品質決定產品的成品率，氣體的價格很高，技術難度很大，這類混合氣體除了具備標準氣體的計量特性外，還要對混合氣的品質有著嚴格的要求，其中“顆粒物”的要求是重要的參數，我國至今許多氣體標準此項指標尚屬空白，隨著氣體技術的發展，氣體的潔凈度將是氣體的重要參數。

2014年以光伏太陽能為代表的電子氣體消費領域市場更是糟糕，從事電子氣體生產的企業效益下滑得十分嚴重，下游企業欠債、賴債已經成為常態，客戶對氣體質量與服務要求十分苛刻，稍不注意惹上麻煩，導致欠債一筆勾銷!電子氣體“高投入、高回報、高風險”的特點最近幾年在我國表露無遺!外資企業電子氣體前幾年在我國市場掙足了錢，當我們實現國產化后，價格則一瀉千里，這是我國現階段甚至更遠階段都要遭受的必然痛苦，引領技術創新，由行業的跟隨者到領跑者、挑戰者是我國面臨的重大難題。企業如何選擇一種適合自己優勢的電子氣體品種，這是決策者必須要高度重視的問題，否則，一哄而上，然后一哄而下的窮折騰，可能招致企業永久頹廢;總結最近幾年我國電子氣體大起大落的經驗與教訓，這一點特別值得我們深思和引以為戒。

表1 電子工業用大包裝Y瓶電子混合氣體配制用進口天平規格Table 1 Imported balance specification prepared for electronic gas mixture with the electronics industry big packaging Y bottles

表2 日本配氣裝置用不銹鋼管路各種處理方式(JIS-0601)Table 2 Japanese gas distribution system with stainless steel pipes of various treatments(JIS-0601)

1 當今我國幾大重點電子氣體現狀

雖然危機導致市場蕭條，但我國電子氣體技術進步令世人驚嘆!受前幾年光伏太陽能市場對電子氣體需求的強力牽引，我國廣大氣體工作者，依靠自己的力量，極大提升我國電子氣體產業化的進程，盡管有些電子氣體如國產硅烷，雖然“生不逢時”，但它對我國特氣的發展與技術的進步，起到巨大的示范帶動作用，加速我國電子氣體國產化的進程，打破外國氣體公司在中國的市場壟斷，按此下去外國的氣體在國內所占比例必將逐漸下降，同時外資必將像當年投資興辦空分裝置一樣，在我國境內競相辦廠，以對抗我國國產氣體，昭和、住友、AP、液空在我國興建高純氨廠就是一個明顯的例證。

企業上馬項目，在分析氣體市場風險時，務必高度重視外資在國內生產電子氣體的潛在競爭因素的影響。國內外同行公平競爭，對于提升我國電子氣體向深層次發展意義重大，我們在做OEM的同時，也學習到國外公司許多的理念。

IC制造過程所需要的各種主要高純電子氣體及混合氣體，每年都會有幾種被攻克，所剩幾乎不多了!雖然我們的水平和國外存在明顯的差距，我們的絕大多數產品，只能滿足低端用戶的需求，但按此速度發展，相信用不了幾年時間，國產電子氣體無論在品種數量，還是在質量上，完全可以趕上發達國家水平，屆時中國一定會出現世界級的氣體制造公司。下面介紹一下半導體用的幾種重要的電子氣體。

1.1 高純硅烷 SiH4

硅烷是電子氣體中用途最廣、影響最大的氣體品種，由于硅烷易燃、易爆、純度要求很高，技術難度很大，所以硅烷氣體是一個國家氣體技術實力的重要標志，國外許多氣體公司在日本、韓國有硅烷生產廠，就是不肯在中國建廠。浙江中寧硅業頂住市場下滑、價格下跌雙重壓力，為我國國產硅烷產業化發展起到重大的作用，渡過當下艱難的階段，不斷完善自己，中寧硅業必將大有作為!就在筆者成文之際，收到另一利好消息，上海交通大學肖文德教授以多功能反應技術，克服了UCC工藝中存在的三氯氫硅轉化效率低的不足，將其轉化率提升到99%以上水平，在河南平煤神馬集團的協力下，投資5個多億，建成了年產硅烷1200 t的工業化示范工程，最近一次性試車成功，神馬硅烷的成功必將對我國硅烷乃至亞洲硅烷起到十分重要的影響，因為UCC工藝具有非常好的前景，所用的三氯氫硅在我國十分容易獲得，神馬硅烷果真如此，我國或許將徹底結束高檔硅烷依賴進口的局面。

2014年中國乃至全球市場，硅烷價格下跌明顯，據了解2014年臺灣硅烷在國內市場占有率大增，其價格逼近韓國硅烷原產地的水平，曾幾何時韓國硅烷3元/g的天價，而今不足其1/10。據了解內蒙的神舟硅業仍在開展UCC工藝制取硅烷消化實驗，國內硅烷大佬們是否有必要形成真正的聯盟，發揮各自的特長，如中寧硅業的硅烷凈化技術、管理經驗等，聯起手來形成我國的硅烷聯盟，吸收國內充裕的民間資本，在我國不同地區復制分廠，避免彼此的你爭我奪，多虎撕斗的惡習，把中國硅烷打造成世界品牌!最終把世界當做我們的市場，把民族硅烷做大、做強，這一設想或許很美，實施起來也許困難重重，但聯合兼并是當下世界之趨勢、發展之潮流，百年歷史的英國BOC不也歸于林德麾下。

1.2 高純笑氣 N2O

半導體(IC)、LED、TFT-LCD、光伏太陽能制造環節需要高純N2O，我國目前N2O供應嚴重不足，大多從韓國進口。北京某合資企業早就有N2O生產線，但他們只生產醫用級N2O;廣州增城某公司采用老廣氣的濕法合成技術合成N2O，也無高純N2O產品，鎮江某公司(已經歸屬林德氣體)生產的高純N2O因設備老舊，產量不高，生產的高純N2O滿足不了國內市場需求，如不是當下用戶市場低迷，國內高純N2O可能又會重走當年瘋搶SiH4的老路。目前吳江MESSER、法液空都購買了高純N2O生產裝置，估計今年能夠實現達產。由于合成N2O需要使用NH4NO3作為原料，而該物質是生產炸藥的成分，所以政府監管一定會加強，企業應對起來問題多多、麻煩重重。

在我國己二酸(尼龍系列單體)生產過程中副產大量的含N2O尾氣(見表3)，由于N2O是破壞大氣層最為嚴重的氣體之一，其溫室效應是CO2的310倍，各廠都在花費很大精力分解N2O，每生產1 mol的己二酸可產生 0.8～1.0 mol的 N2O，可見其量非常巨大，我國己二酸廠家很多，每年產生的N2O廢氣數量驚人!若加以回收無疑經濟效益及社會效益十分深遠，傳聞國內已經有人開展此項工作。屆時高純N2O將價格大降，僅從表3氣體的組成看，N2O的精制技術比工業CO2生產高純CO2回收似乎容易一些。所以強烈建議國內同行別再花高昂的代價購買國外N2O生產裝置。據了解我國的北京某單位也能生產出類似國外干法合成N2O的設備，并已經在山西、北京建立了生產線，并生產大量的N2O，目前也在致力于高純N2O的生產。

表3 己二酸裝置排放尾氣組分含量Table 3 The component content of exhaust emissionsfrom adipic acid production device

1.3 高純氯氣 Cl2、HCl

TFT-LCD、光纖、LED、IC等領域都需要純度很高的高純氯氣，筆者曾經在2013年的會議上介紹過，高純氯氣生產比高純氯化氫要容易一些，但氯氣被列為劇毒化學品，各地政府對氯氣的管理近似瘋狂，這對于高純氯氣生產資質的審批十分不利。北京華宇同方張吉瑞老師在成功完成國產高純氯化氫的基礎上，再實現高純氯氣的產業化似乎順理成章。北京華宇同方的高純氯氣已經投放市場，國內還有許多的氣體同行也計劃生產高純氯氣。

據了解衢化公司也已生產出大量的瓶裝無水氯化氫投入市場，化工基礎良好、資源優勢明顯的衢化公司加入國內特種氣體的隊伍中，必將對中國氣體的發展變化產生深遠影響，希望更多的大集團、上市公司加入中國氣體的隊伍中來，為中國氣體正規化做出表率!

1.4 高純砷烷 AsH3

半導體化合物砷化鎵生產過程使用大量的高純砷烷，我國早在“八五”甚至更早時期，就開展過高純砷烷的系列研制，并依靠自己的技術生產大批量的高純砷烷，由于使用高純砷烷工藝流程中都設有砷烷純化器(POU)，所以，砷烷也曾經用于半導體的生產線上，那時國內對高純砷烷的用量也沒有現在那么多，質量要求也不太高，國內高純砷烷的技術來源于中國人民解放軍保定紅星化工廠。可惜由于企業性質的變革，國內高純砷烷生產中止，目前我國已經沒有國產高純砷烷產品。由于砷烷氣體劇毒，被稱為氣體中的“毒王”，高純砷烷在制造過程都涉及與“砷”有關的各種形態化合物，砷烷的生產審批及技術難度很大，許多地方政府雖然感覺該產品經濟性好，但一查相關數據就“談砷色變”!據了解美國高純砷烷是在沙漠地區完成，由于砷烷的特殊化學性質，我國從國外進口砷烷難度很大，即使是付出高的價格也是處處受限，砷烷的緊缺已經對我國的經濟發展和國家安全產生影響，相信國產砷烷不能久拖不下，因為我國有許多涉砷單位大量生產與砷有關的產品。砷烷的合成、凈化、檢測、安全技術和我院一直開展的磷烷生產極為相似，反應條件幾乎一樣，磷烷能夠生產成功，預計砷烷不會用多久就會實現國產化，至少我們對砷烷的合成、凈化、安全等相關理論方面已經完全了解，并有了一定的實際經驗，應考慮國內各家發揮各自的特長，聯合開展高純砷烷的研究及產業化生產。

圖1 林德電子電解法現場制備砷烷Fig.1 Linde Electronics electrolysis site preparation arsine

1.5 高純鍺烷 GeH4

高純鍺烷是薄膜太陽能制造的重要氣體，長期以來我國一直依賴于進口，美國Voltaix，LNC.(液空收購)、林德旗下的林德電子等公司在此方面實力雄厚，我國的福建某公司已經能夠生產大量的高純鍺烷及含鍺烷的混合氣體(Y瓶包裝)供薄膜太陽能使用，其質量完全滿足要求，鍺烷的成功國產化對性質相似，用途相似的Si2H6國產化提供了寶貴的經驗和自信，Si2H65萬元/kg的價格實在昂貴。

表4 UHP鍺烷COA(Voltaix)Table 4 UHP germane COA(Voltaix) 雜質單位:10－6(V/V)

1.6 高純氙氣 Xe

是電光源、半導體、航天等領域重要的氣體，2013年國內曾經出現過氙氣供不應求的情況，價格出現了猛漲的現象，最高價格達15萬元/m3，這一突如其來的需求，強烈的刺激我國Xe技術的進步與發展，2014年以寶鋼氣體為代表的我國氣體生產單位，采用我國自行設計加工的提氙氣設備(據了解我國上海、杭州等單位已經能夠制造提氙裝置)，根據我國氣體原料特點(空氣污染嚴重，氟碳化合物含量高)，吸收國外技術特長，設計年產Xe 600 Nm3、Kr 6000 Nm3的高純稀有氣體提純裝置，2014年5月一次開車成功，目前運行產量Xe 300 Nm3、Kr 6000 Nm3，經測定產品質量滿足國標要求，試用效果良好。寶鋼Xe的成功運行，彌補了我國Xe產量不足的問題，隨著市場的需求，他們將擴大Xe的產量，去年特氣會上對國產Xe的預測不到一年的時間就得到應驗。

傳統鋼鐵行業所配套的空分企業受鋼鐵行業的影響，其稀有氣體的生產也受到不同程度的影響!隨著我國煤化工的發展，Xe提純僅僅依賴于鋼鐵行業氣體配套的傳統模式將會發生根本改變，估計國內還會誕生許多從富Xe液氧中提取Xe的公司出現!寶鋼氣體高純Xe的成功運行，標志我國已經實現Xe提取技術和設備制造的飛躍，俄羅斯深冷公司必將遭遇國內空分廠的挑戰，高額的設備費用或許成為歷史。

表5 2013年日本特種氣體市場Table 5 Japanese special gases for 2013

2 與氣體相關的技術

2.1 包裝氣瓶

氣體包裝是關系到氣體產品質量、人身健康安全等重要因素，長期以來我國氣體制造企業花大量的資金從韓國等公司購買。寧波美恪公司立足國內現狀，依靠自己的實力研發出高質量的T瓶，用于高純氨的生產中，寧波美恪公司為國內客戶提供便利的條件，至今國內已經沒有人再會購買國外的T瓶。據了解他們也正在擴大業務范圍，研發Y瓶。浙江陶特容器科技有限公司研制的Y瓶已經完全滿足我國高純硅烷、笑氣、二氧化碳、氨氣、四氟化碳、六氟化硫、磷烷混合氣體對容器質量的要求。寧波美恪公司、浙江陶特容器科技有限公司共同打造我國高純氣體對容器的要求，為我國氣體制造商節省了資金與時間，為我國氣體業的進步提供了寶貴條件。

2.2 氣體檢測儀器

高純氣體離不開高性能的檢測儀器，以華愛色譜技術、杭州克柔姆為代表的國產儀器廠家，不斷學習國外同行的成功經驗，努力打造國產氣體檢測儀器品牌，研制的國產儀器成功應用于諸多特種氣體的檢測中;上海昶艾電子公司的微量氧氣分析儀，欲與國外名牌產品試比高，北京明尼克的色譜配件等方便了國內客戶。國產儀器同國外儀器一道滿足了我國不同客戶群體對高、中、低端儀器的需求。

隨著我國氣體的發展，我國氣體廠家對各種儀器的需求將會很大，國內儀器廠家應該努力縮短同國外儀器的差距水平，國外某些儀器廠商，也必須加大對國內客戶的服務力度，善待中國的客戶，減少以往發生的諸多后續服務的不快，只有如此，方能避免系列反應。

3 中國氣體未來展望

1.中國氣體尤其是電子氣體，在品種數量上已經完成量的轉變。未來我國氣體將在質的方面發生變化，中國氣體同國外先進公司的氣體質量差別將會逐漸縮小，由于氣體業的發展，國內資金實力雄厚的大企業(集團)或者資本將會青睞氣體行業。

2.2014年后中國氣體業競爭會異常加劇。企業間的整合將會大量出現，國內必將誕生許多氣體品種齊全，資本實力雄厚的大型氣體公司，眾多不同性質、不同區域的中小型氣體公司或將成為其中的股東成員，實際這種情況目前已經在悄然發生。

3.中國氣體走出國門速度異常加快，在亞洲相對落后的國家興辦氣體公司。國外氣體公司將“解禁”某些不宜在華生產的氣體品種。

4.標準氣體、電子氣體保持穩定價格的周期大大縮短;標準氣體區域生產的比例會大大加大，即使是相對落后的地區也會出現標準氣體生產廠。

5.氣體領域的技術人員會比以往更為缺乏。氣體業飛速發展，老一代逐步退出職場，新生一代的缺乏，加之危化品諸多不利特點，將導致我國氣體行業人才異常的短缺!

4 結束語

總之，2014年對我國乃至全球的氣體行業是極其嚴峻的一年，同時也是我國氣體業自身調整完善之年，過程雖然曲折痛苦，但對于我們完善自我卻是十分必要。相信經過洗禮的中國氣體行業必將以更為科學健康的姿態，應對來自各方的挑戰!屆時我國氣體業必將對中國的高科技發展與進步提供更高質量的產品與服務。