工业气体分类、供应模式、生产工艺及行业壁垒分析

现代工业的“血液”，种类繁多市场广阔。

工业气体是工业中常温常压下呈气态的产品统称。根据制备方式和应用领域 的不同，工业气体可以划分为大宗气体和特种气体。其中，大宗气体一般产销量 大、对纯度的要求较低，主要用于化工、钢铁、电力、电子、机械等工业领域， 包括氧气、氮气、氩气等空分气体以及氢气、二氧化碳、乙炔等合成气体；特种 气体应用于特定领域，主要包括标准气体（高度均匀的、良好稳定和量值准确的 测定标准）、高纯气体（利用提纯技术能达到的某个等级纯度气体，纯度≥ 99.999%），以及电子特种气体。其中，空分气体应用领域广泛，使用量大，占 据着主要的市场份额，约占全部工业气体产品的 90%以上。

工业气体是现代工业的基础原材料，被誉为“工业的血液”。工业气体对国 民经济的发展有着战略性的支持作用，其原材料来源广泛，主要包括空气、工业 废气、基础化学原料等。工业气体的下游应用领域既包括化工、冶金、钢铁等传 统行业，也包括半导体、显示面板、光纤通信等电子领域，以及节能环保、医疗 健康、新材料、新能源等多个新兴行业。

伴随着我国产业结构的不断转型升级，工业气体应用领域持续拓宽，需求结 构有望进一步优化。目前我国工业气体的主要需求仍来源于钢铁、冶金等传统产 业，未来新兴产业的快速发展能够很大程度地拓展工业气体的应用领域。2019 年，应用于钢铁工业的工业气体市场规模为 335 亿元，约占工业气体市场规模 的 24%；应用于石油化工行业的工业气体市场规模占比约为 13.2%。根据亿渡 数据，2021 年钢铁和石油化工的工业气体市场规模占比分别为 24%、18%，应 用于电子产品及其他化学品的市场规模占比在 2019-2021 年基本持平。未来随 着我国经济结构的升级，化工合成、冶炼工艺等传统产业对工业气体的需求还将 稳定增长，同时来自于电子、食品、医疗、氢能源等新兴产业的气体需求增速显 著，我国工业气体行业有着较大的发展潜力。

工业气体供应商的气体配送模式主要有自建供气装置和外包供气两种模式。 其中，自建供气装置是指企业自购空分设备并进行运营，以满足自身生产经营用 气需求，并且对资金投入有一定要求，如运用、维护等成本较高。外包供气是指 将供气任务交给专业的气体供应商，由其提供相应的用气服务。相较于自建供气 装置，外包供气的运营成本较低，也不需要购置大额设备，供气的稳定性较高。

外包供气模式主要分为零售供气和大宗供气，零售供气受制于运输半径大 小，主要针对需求量不稳定或较小的客户的用气需求。零售供气包括瓶装气体和 液态气体供气，瓶装气体供气采用工业气瓶供应气体，液态气体供气则以自有的 液态生产基地生产，或利用已有的大宗用气项目富余的液态产能，通过槽车和低 温储罐向客户提供。该类供气模式一般是在气体生产分装后销售给下游中小客 户，但往往受制于运输半径大小。 大宗供气不受运输半径的限制，主要面向大规模用气客户，且单位生产成本 更低。大宗供气包含现场制气和管道供气，现场制气是在客户的生产现场建设空 气分离装置或工业尾气回收提纯再利用装置，通过现场生产的形式一对一向客户 供应工业气体，管道制气则是专业气体生产企业在一个区域建立生产基地作为供 气中心，并通过管道输送的方式向一个区域内多个用户集中供气。该类供气模式 一般服务于大规模用气客户，且不受运输半径的限制。与此同时，空分气体生产 具有显著的规模效应，小型空分设备的单位生产成本远高于专业空分气体供应商 所采用的大型空分设备，例如根据侨源股份招股说明书披露，规格为 500Nm3 /h 的空分设备单位生产成本约高于 2000Nm3 /h 空分设备生产成本的一倍。

随着专业化分工合作的快速发展，我国外包模式供气占工业气体市场的比 例显著提高。由于空分设备的实际产量与企业用气需求存在差异，再加之有供气 不稳定的现象，导致自建供气装置的企业设备综合利用率较低，资源浪费现象突 出。随着专业化分工合作的快速发展，外包气体供应商可以满足客户对气体种类、 纯度和压力的多样化需求，为客户提供综合气体解决方案，能够减少其在设备、技术、研发上的巨额投入，因此外包供应模式占比逐渐提高。早期国内工业气体 行业主要以大型国有企业自建空分设备自供气体、富余生产能力外销的模式为 主，空分气体需求规模较小的企业使用小型高能耗空分设备自行制气。但目前大 部分数目众多、用气规模较小的中小型工业用户以及部分大型工业用户已改为外 包供气模式。 外包业务对企业自建装置供气的替代方向和速度因企业自有制气设备产能 的差异而不同，一般以 1500Nm3 /h 为分界线。根据业内惯例，当企业原有制气 设备产能在 1500Nm3 /h 以下时，设备制气成本高企和供气不稳定使得自建向外 包的转换速度更快，企业更有动力与专业气体供应商合作，向供应商采购液态气 体和瓶装气体，加快淘汰老旧设备。当原有制气设备产能大于 1500Nm3 /h 时， 由于用气量较大，企业则更倾向与管道气体供应商合作，其余部分采用液态气体 和瓶装气体的方式以平衡日常用气波动。

工业气体行业所需技术众多，包括气体分离与提纯技术、气体合成技术、气 体混配技术、容器处理技术、气体充装技术、气体检测技术、气体配送技术等。 其中，气体分离提纯是指将混合气中的杂质分离出来，以此提高所需气体成分的 纯度；气体合成技术是指通过两种或两种以上的气体分子发生反应形成新的化合 物；气体混配技术是指两种或两种以上高纯气体以不同的浓度混合配置而成，且 其中各组分浓度为已知的一种混合气体的生产技术；容器处理技术是指高纯气 体、多种类气体包装容器的制备工艺；气体充装技术是指工业气体生产贮存过程 的重要环节；气体检测技术主要通过检测方法和检测设备对气体的纯度、水分含 量、有害杂质组分、金属离子等进行测定；气体配送技术方面，配送环节需要严 格保证气体产品的纯度、质量稳定性、安全及时性，因此需要公司具备专业的储 存、运输设备和丰富的运维管理经验。

低温精馏分离技术是目前空分气体行业主流的生产工艺。空分气体的分离方 法一般包括膜分离法、吸附法、精馏法、高效色谱分离法，其中吸附法和精馏法 应用最为广泛。其中，低温精馏分离技术是指把空气压缩、冷却后，利用不同气 体组分沸点的差异进行精馏，以实现从空气混合物中分离各组分气体的目的，它 是目前空分气体行业最成熟、最经济可靠的生产工艺，也是目前大中型空气分离 装置采用的主流生产工艺。

精馏提纯工序是空气分离工艺的核心。空分气体低温精馏生产工艺主要分为 除尘压缩、预冷纯化、制冷换热和精馏分离四道工序。其中，精馏提纯工序是空 气分离工艺的核心，氧氮精馏系统主要由上下塔和安装于上下塔之间的主冷凝蒸 发器三部分组成。由于氧气、氮气和氩气在空气中的含量不同、沸点不同，分离 提纯所需要的时间存在差异，其中，氧气及氮气在空气中的含量较高，沸点差较 大，分离提纯所需时间较短且耗时接近；氩气在空气中的含量相对较低，与氧气 和氮气的沸点差较小，分离难度较大，生产耗时相对较长。

工业气体行业存在着一定的技术/渠道、资金/资质、客户/人才等壁垒。 技术壁垒方面，工业气体品种繁多，不同种类工业气体的生产工艺各不相同。 比如：氧气、氮气、氩气需要通过空气分离获得；氢气、氦气、LNG 等特种气 体和清洁能源需要通过化学反应或开采的方式获得。医用氧需要得到 GMP 认证； 食品级氮气需要在洁净的环境下生产等。高纯、超纯气体的生产制备要求更高， 首先要对纯度较低的原料工业气体进行全面分析，其次根据杂质成分的复杂程度 来设计生产工艺和设备，精度要求很高。 另外，气体的充装、检测、配送方面也存在一定的技术壁垒。充装方面，气 体充装工艺过程包括分析、置换、清洁、清洗等；检测方面，充装储存过程中需 要对储存设备中的余气进行纯度检测分析，并在充装完毕后分析检测，气体分析 检测方法建立的基础是对气体生产过程的熟悉，在不具备对应产品纯化或混配能 力的情况下，对于气体可能含有的杂质组分、可能的浓度区间均难以判断，也就 难以针对性建立检测方法；配送方面，工业气体属于危险化学品，必须使用专业 存储运输设备，并严格按照安全生产、安全运输等规程操作，对潜在的进入者形 成较高的技术壁垒。

渠道壁垒方面，渠道对于专业气体生产企业的业务，特别是对于具有区域性 特征的瓶装气体和液态气体业务尤为重要。由于气体行业具有单个客户销售额较 小，需要依靠大量的客户来完善销售网络铺设的特征，因此，销售网络的铺设周 期一般较长、难度较大。一旦在区域内确立竞争优势，会对潜在竞争对手形成较 高的竞争门槛，先发优势较为明显。 资金壁垒方面，工业气体生产环节需要较大规模的固定资产投入，为了保证 产品质量的稳定性，还需投入大量精密监测和控制设备。同时，气体作为消耗品 只能以气态和液态的形式存在，需要专业的储存设备，针对瓶装气体用户需要投 入大量的气瓶；针对液态气体用户则需要投入液态储罐、气化器、减压装置等固 定资产。工业气体作为危化品，需要具有危化资质的专门运输设备，还应当对运 输的全过程进行跟踪监测和严格控制，由此带来的运输及监控设备投入也较大。

资质壁垒方面，由于部分气体易燃易爆等特点，我国政府把工业气体作为危 险化学品纳入监管，工业气体的生产、充装、储存、运输、经营等都有严格的规 定。近年来国家环保部、安全生产监管总局、工信部等多个国家部门对危化企业 的生产经营、危化品的道路运输监管日益趋严，要求相关企业严格执行包括《环 境保护法》、《“十四五”危险化学品安全生产规划方案》等法律条例，已在全 国范围内督促多家危化企业整改、搬迁或关停。行业内企业在新的区域开展工业 气体业务需要向安全生产监督管理、质量技术监督管理、食品药品监督管理等政 府部门申请相应的许可证书，从而形成较高的资质壁垒。 客户壁垒方面，管道供气往往会签订 15-20 年的合同，新进入者难以获取该 市场份额。同时，电子特种气体的下游应用领域主要集中在集成电路、液晶面板、 光伏等行业，该等行业的下游客户对气体供应商的选择需要经过审厂、产品认证 等严格且漫长的认证流程。对于新进入其供应链的供应商来说，液晶面板、光伏 领域的审核认证周期通常在 1-2 年，集成电路领域的审核认证周期长达 2-3 年。 人才壁垒方面，工业气体企业的生产运营需要大批专门人才。工业气体的生 产技术具有很强的应用性和专业性，且生产和销售过程中技术节点较多、组织调 度复杂，新进人员须经过专业化培养并具备一定专业技术能力。