气体产品从总体上可分为空分产品、氢气、二氧化碳、LNG、焊割气、特气(包括电子气体、混合气体)等,是工业的“血液”、能源的保障、生命的支持,在国民经济中有着重要的地位和作用,广泛应用于石油、化工、煤化工、有色冶金、电子、机械加工、航天航空、医疗卫生、食品饮料、环保、玻璃、建材、消防等国民经济的基础行业,对国民经济的发展有着战略性的先导作用。
中国气体的市场特点
1.气体行业供应模式
国内气体行业的供应模式主要分为两大类:零售供应和现场供应。在零售供应模式下,气体供应企业通过采购、提纯、分装等工艺加工后向用户配送销售瓶装气和液态气;在现场供应模式下,气体供应企业一般在用户生产工厂附近建设并运营气体装置,通过气体管道供应并保障用户使用气体,即使在气体装置发生故障或检修时,也须保障用户对气体的需求。相较于现场供应,零售供应成本要高很多,因为除了气体的价钱,客户还需要负担相关的包装、分装及配送成本。因此,现场供气已成为国内外供应气体的主要发展模式。
2.第三方供气模式
传统上,我国大型钢铁冶炼、化工企业大多自行建造空气分离等装置,以满足自身气体的需求。而近10年来,随着专业化分工合作的快速发展,第三方气体供应企业兴起,他们可以满足用户对气体种类、纯度和压力等的不同需求,为其提供一站式气体解决方案,有利于减少用户在设备、技术、研发上的巨额投入。因此,气体行业逐步实现社会化供应,气体企业间实现资源相互利用、相互调剂,防止和杜绝了产品过剩浪费,即产生了第三方供气模式。
这种由专业化的第三方气体公司来运营与非主业的工业企业自己运营相比,其安全技术更成熟和专业,安全可靠性更高,也是西方发达国家的工业气体行业发展趋势。我国工业气体第三方供气模式占比已从2010年的45%提高到2017年55%左右,但仍远低于发达国家80%的外包比例。
3.工业排放气回收模式占比扩大
回收工业企业排放的气体,符合国家环保、减排的发展规划,加之国家财政部、税务总局对二氧化碳、氢气、甲烷等回收有增值税返还的鼓励政策。因此,未来工业排放气回收模式将会快速发展,占工业气体产量的比重将逐年提升。
中国工业气体行业的现状
20世纪50年代,我国工业气体规模很小,只有几家日本人留下的小机组。随着我国工业的发展,尤其20世纪80年代中期以来,我国的空分设备制造和工业气体生产发展很快,形成了相当规模,品种质量基本满足国民经济发展的需要,部分空分设备的制造技术已达到或接近国际先进水平。截至1998年初,我国已累计设计制造了8021套气体分离装置(设备),制氧能力达到 206万m3/h,而且设备技术水平也在不断提高。
随着国有企业公司制改革的深化,企业经营机制发生了重大转变,原附属于大公司、大企业的一大批气体分厂(站)纷纷剥离出来,改制为独立承担民事责任的公司,并纷纷走向市场,成为工业气体行业的生力军。同时,对大型机组的引进推动了我国工业气体的发展。据统计,截止到1998年6月,我国引进大、中型空分设备141套,总能力达206万m3/h,尤其是上海宝刚引进的7.2万m3/h的APCI制造的空分设备,为我国气体设备的大型化开创了先例。
近几年,在工业气体行业中,先进技术不断得到推广和应用,如对规整填料塔技术、分子筛变压吸附前端净化空气技术、氧气产量负荷跟踪调节技术,以及无氢制氩的设备设计制造等。同时,变压吸附与膜分离技术(非低温气体分离技术)也异军突起。随着工业和科学技术的快速发展,产品结构的不断调整,我国气体工业从计划经济体制下的隐性行业逐渐浮出水面,形成一个独立行业,并逐渐走向成熟。
空分设备生产的发展历程
世界上第一套空分设备是1903年德国卡尔·林德发明的,氧气产量10m3/h,启动压力是22MPa,正常工作压力7~10MPa之间,单位能耗约2kW·h/m3·O2。
1934年,我国青岛“中国瓦斯工厂”从日本购进一台由日本和德国拼凑配套的氧气产量15m3/h的空分设备,成为中国第一家采用深冷法制取氧气的工厂。1949年,全国在青岛、上海等沿海城市约有100套空分设备,单套制氧能力在10~200m3/h之间,全国总制氧能力不到3500m3/h,并且没有空分设备制造工厂。
1953年,我国第一套空分设备问世,氧气产量30m3/h。1956年,我国成批制造空分设备共14套,其中30m3/h空分设备12套,12L/h军用液氧设备2套。同时,开始从高压流程向中压流程和高低压流程,从小型设备向中、大型设备研制开发。1957年,试制成功了中压流程50m3/h空分设备;1958年试制成功了铝带蓄冷器冻结高、低压流程3350m3/h空分设备;1958年试制成功了中压流程140m3/h氧、600m3/h氮空分设备;1959年试制成功了高压带膨胀机流程150kg/h液氧或140kg/h液氮空分设备;1968年试制成功了管式石头蓄冷器冻结的全低压流程6000m3/h空分设备;1970年9月试制成功了全铝切换式换热器冻结全低压流程10000m3/h空分设备;1981年试制成功了常温分子筛净化全低压流程6000m3/h、10000m3/h空分设备;1987年试制成功了常温分子筛净化增压透平膨胀机流程6000m3/h空分设备;1996年试制成功了常温分子筛净化填料型上塔全精馏无氢制氢流程20000m3/h空分设备。
2000年以后,以杭氧为代表的国产空分设备进入快速发展期。杭氧是全球最大的空分设备设计和制造基地,具有每年100多万m3/h的制氧容量生产能力,最大的空分设备制氧容量已达12万m3/h。2002年12月13日,我国第一套3万m3/h空分设备试制成功,首次实现了大型空分设备国产化;随后,4万m3/h、5万m3/h、6万m3/h、8万m3/h相继试制成功。
近年来,空分行业实现了快速发展,空分设备市场容量由10年前的400万~500万m3/h增长至现在的数千万立方米/小时,平均每年新增200万m3/h制氧能力。2018年全年生产了各类空分设备193套,折合制氧能力约437万m3/h,其中1万等级以上空分装置91套,6万以上空分装置29套。
氢能发展离不开政府支持
氢能被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。200年前人类对氢能应用就产生了兴趣,到20世纪70年代以来,世界上许多国家和地区开展了广泛的氢能研究。我国对氢能的研究与发展可以追溯到20世纪60年代初,我国科学家为发展本国的航天事业,对作为火箭燃料的液氢的生产、H2/O2燃料电池的研制与开发进行了大量、有效的工作。国内将氢作为能源载体和新的能源系统进行开发则是从20世纪70年代开始的。为进一步开发氢能,推动氢能利用的发展,国家将氢能技术列入《科技发展“十五”计划和2015年远景规划(能源领域)》。
随着我国经济的快速发展,汽车工业已经成为我国的支柱产业之一。在能源供应日益紧张的当下,发展新能源汽车已迫在眉睫。用氢能作为汽车的燃料无疑是最佳选择。氢燃料电池技术一直被认为是利用氢能,解决未来人类能源危机的终极方案。虽然燃料电池发动机的关键技术已经基本被突破,但是还需要更进一步对燃料电池产业化技术进行改进、提升,使产业化技术更加成熟。这个阶段需要政府加大研发力度的投入,以保证我国在燃料电池发动机关键技术方面的水平和领先优势。这包括对掌握燃料电池关键技术的企业在资金、融资能力等方面予以支持。此外,国家还应加快对燃料电池关键原材料、零部件的国产化、批量化生产的支持,不断整合燃料电池各方面优势,带动燃料电池产业链的延伸。同时,政府还应给予相关的示范应用配套设施,支持对燃料电池相关产业链的培育等,以加快燃料电池车示范运营相关法规、标准的制定和加氢站等配套设施的建设,推动燃料电池汽车的载客示范运营。
据预测,2019年我国氢气产量将接近2000万吨,到2020年将超过2000万吨。2019年氢能应用行业工业产值或将接近4000亿元。随着氢能的进一步推广应用,氢能应用行业的工业产值预计将在2022年突破5000亿元。根据中国氢能联盟的预计,到2030年,我国氢气需求量将达到3500万吨,在终端能源体系中占比5%。到2050年,氢能在我国的能源体系中占比将达10%左右,其中氢气需求量接近6000万吨,年经济产值超过10万亿元。其中交通领域用氢2458万吨,约占该领域用能比例的19%;工业领域用氢3370万吨,建筑及其他领域用氢110万吨。交通领域将成为氢能消费的重要突破口,以实现氢能从辅助能源到主力能源的过渡。