工业气体行业研究

1.1. 工业气体可分为大宗气体与特种气体

工业气体可分为大宗气体与特种气体。工业气体是用于工业生产制造的气体，可根据制备技术与应用领域的不同分为大宗气体和特种气体两类。大宗气体产销量较大，具体可分为空分气体（如氧气、氮、氩等）与合成气体（如乙炔、甲烷等），纯度要求通常低于 5N（99.999%），下游领域包括钢铁、冶金、新型煤化工等传统行业；特种气体为特定领域所专 用，且对纯度、品种、性质等有特殊要求，单一品种产销量较小，在集 成电路、液晶面板、LED、等新兴产业领域发挥着关键作用。特种气体 可分为标准气体、高纯气体和电子特气三类，其中电子特气主要应用于 半导体及电子产品领域。

大宗气体在工业气体中占比较大，特种气体占比有望提升。我国传统产业发展历史悠久，对大宗气体的需求量大，2021 年国内工业气体市场中，大宗气体占比达 81%，特种气体占比为 19%。特种气体市场中，电子特气占比较大，2021年达 63%。随着国家新兴工业的快速发展，对特种气 体的需求也将不断扩张。

 大宗气体主要通过空气分离设备制取，低温精馏空气分离法目前为主要方法。低温精馏空气分离法先将空气混合物冷凝为液体，再根据各组分蒸发温度的不同完成分离，因此适用于分离沸点相近的不同组分。在标准大气压下，氧、氮、氩分别在被冷却至90.188K、77.36K、87.29K 时变为液态，遇热又可变为气态，由此可采用低温精馏法对空气进行分离，制取高纯度的氧气、氮气、氩气。低温精馏空气分离法得到的产品纯度高，同时生产成本低、技术成熟，适合大规模的工业化生产。空气分离设备流程链条长，内部操作较为繁琐。大中型成套空气分离设备是可视作复杂的流程系统，主要由压缩系统、净化系统、制冷系统、热交换系统、精馏系统、产品输送系统、液体贮存系统和控制系统组成。空气分离设备利用压缩空气膨胀制冷，并通过热交换使原料空气达到低温饱和状态，最后通过精馏分离出高纯度的氧气、氮气及氩气。

  特种气体主体生产流程包括气体合成、气体纯化、气体混配、气瓶处理、气体充装、气体分析检测共6道工序。气体合成是指在一定的压力、温度和催化剂作用下，用化学方法对原料进行反应，制得气体产物。气体纯化是利用蒸馏和吸附等方法，把原料提纯为较高纯度的产物；气体混配是指将两种或更多的有效组分气体，按一定的比例进行混合，从而获得一种多组分均匀分布的混合气体；气瓶处理是指按照装载气体的特性和要求，对气瓶的内部和内壁表面和外表进行加工，以确保在储存和运输过程中产品的稳定性；气体充装是指通过不同压力差将气体充入气瓶 等压力容器；气体分析检测即分析和检测气体的组成。不同工序组合的流程组合适用于不同特性的产品，从而能够满足客户的不同需求。

1.2. 工业气体市场稳步增长，下游以钢铁、石化等为主

工业气体需求稳定，市场保持稳步发展。工业气体作为现代产业的基本原材料，其市场规模与产业发展程度关系密切，其市场增长率约为产业增加值增长率的 1.5-2 倍。虽然自2020年来全球工业增加值略有下滑，但全球工业气体市场需求稳定并持续增长，市场规模自2016年的1048亿美元增长至2021年的1451亿美元，期间 CAGR达6.72%。我国工业产业处于高速发展期，国内工业气体市场规模从2016 年的1082亿元增长至2021年的1798亿元，CAGR达10.69%，整体增速高于全球水平。

  工业气体下游领域广泛，以钢铁、石化为主。工业气体的下游应用领域包括了钢铁冶金、石油化工、机械制造、电力等传统行业与集成电路、液晶面板、LED、光伏等新兴行业。2021年工业气体的下游结构中，有 24%的份额来自于钢铁，剩余三个占比较大的下游领域分别是石化、电子产品及其他化学品，份额分别为18%、11.20%、11.30%。传统工业需求较大的是大宗气体，其种类较少，但纯度要求不高；新兴工业通常使用特种气体，其需求总量较小，但种类众多，且对纯度要求较高。

  全球工业气体市场集中度较高，我国工业气体市场以外资为主导。国外工业气体行业起步时间较早，几家外资头部企业已形成垄断格局。2021 年全球工业气体市场中，林德集团、液化空气、空气化工、大阳日酸等 企业市场份额分别占比29%、27%、10%与 7%，市场集中度较高，CR4达到53%。我国工业气体市场也主要由外资机构主导，林德集团和液化空气两大企业市场占比分别为21.9%和20.7%，占比相对较高，其次是空气化工、气体动力和杭氧股份三大企业，市场份额分别为 10.1%、10.1%、6.3%。此外，国产厂商金宏气体、华特气体市场份额分别为 0.78%、0.62%。随着国产替代加速，国产厂商市场份额有望逐步提升。

1.3. 三种供气模式优点各异，现场制气占比较大

  根据供应方式不同，工业气体行业的供气模式可分为瓶装气体模式、液态储槽气体模式、现场管道制气模式。瓶装气体和液态储槽气体模式属于零售供应模式，供应商通过采购、提纯、分装等工艺加工，之后向客户销售瓶装供气或储槽气，其中瓶装气体适用于小批量、多类别气体需求用户，如电子、医疗等领域，而液体槽车适用于中等批量需求客户， 例如食品、机械、塑料等领域。管道供气属于现场供应模式，气体公司在用户现场投资空分设备并用管道供气，其目标对象是用气量较大的工业气体用户和集中在工业区的群体客户，如化工、冶金、石油等领域。

  在制气业务市场中，现场供应的价值量占比最大。2021 年，以大宗气体为主的现场制气所占份额最大，达到65%，而零售供应模式下的储槽制气、瓶装制气价值量占比分别为21%、14%。随着新兴产业高速发展， 以瓶装制气为主的特种气体需求有望持续增长，瓶装制气占比有望提升。

1）瓶装气体模式：瓶装气体使用灵活，多服务于用量小、用气点分散或作业场合特殊的客户。受运输费用限制，瓶装气的销售半径通常在100公里以内，区域特点较为突出，供给市场呈现出零散的特点。由于瓶装气体下游用户数量较多，且各用户在不同行业中分布广泛，因此单一行业变动对公司的销售额影响有限。对于用气量中等的客户，专业气体生产企业还可以提供汇流排、集装格、杜瓦瓶以及其他瓶装供气方案。汇流排和集装箱具有方便气瓶集中管理的特点，适用于大量使用气瓶的用户。液体杜瓦瓶具有供气时间长、纯度高、气源稳定、安全可靠、占地面积小等优点，适用于用气量在10Nm³/h以下、对供气可靠性有较高要求或需要冷源的用户。

2）液态气体模式：以自有基地生产液态气体，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液态气体。液态气体模式为在客户现场安装低温液态储罐、气化器、自动压力控制系统、 输送管道、流量计等一系列设备，用气双方根据称重或流量计的读数进行结算，一般适用于液态产品月用量在 50m³以上的客户。液体气体属于瓶装气体的上游产品，其相比瓶装气体模式减少了服务环节，省去了频繁更换空瓶，充装及搬运耗费的大量人力成本，因此其运输成本更低、 运输半径更长，适用于有一定距离但用气数量大，或没有管道供气和现场制气条件的用户。液态气体的销售半径通常在300公里以内，并且有一定的区域特点。

3）现场制气模式：在客户的生产现场搭建空气分离装置或工业尾气回收提纯再利用装置，通过现场生产一对一向客户供应工业气体。该模式初期投资较大，但合作关系一般具有长期、稳定、排他的优势，其特点是一次投资、长期受益。现场制气模式不受运输的制约，无明确销售半径，主要的下游客户包括电子、钢铁、化工等对工业气体有大量持续需求的行业。从事现场制气有一定的资金和技术门槛，国内市场玩家主要为外资巨头、内资专业气体生产企业和部分空分设备制造商，其中法液空、 林德气体等外资气体供应商进入国内市场较早，并依靠雄厚的资金实力和丰富的项目经验迅速占据了国内大规模现场制气市场，具有绝对优势。

2. 大宗气体外包化率有望提升，价格有望回暖

2.1. 大宗气体市场需求稳定，国产厂商份额较低

  大宗气体是现代工业的重要基础原料，近年来市场规模稳定增长。大宗气体是一类重要的工业气体，约占工业气体的80%，下游应用领域主要以钢铁冶金、石油化工等为主，近年来市场需求稳步增长，市场规模由2017年的1036亿元增长至 2021年的1456亿元，期间复合年均增长率达8.88%，增长态势良好。

  中国大宗气体市场份额多被外国龙头垄断，国产企业的集中度较低。2020年国产品牌大宗气体企业CR4为17.35%，气体动力市占率相对较高，达12.27%，杭氧股份占比 4.12%紧随其后，和远气体和凯美特气占比分别为0.58%和0.39%。

2.2. 空分设备市场稳步发展，下游较为集中

我国气体分离设备工业总产值增长较快。据《2021年气体分离设备行业统计年鉴》披露，2020年度气体分离设备行业实现工业总产值244.83亿 元，同比增长 13.23%；实现营业收入250.30亿元，同比增长6.22%；利润总额22.31亿元，同比增长10.89%，气体分离设备行业整体保持稳步增长。

  空分设备按产品氧气产量大小分，可分为大型、中型和小型三类。根据《2021年气体分离设备行业统计年鉴》，2020年全年各类空分设备总产量为163套，数量同比2019年减少了31.51%；折合制氧量约392.01万m³/h，同比2019年增长 10.93%，空分设备数量下降但制氧量提升。2020年大型空分设备（6000m³/h 以上）95套、中型空分设备（1000-6000m³/h）15套、小型空分（1000m³/h 以下）16套及制氮设备37套。

  空分项目主要由空分主装置、空气压缩机、分子筛纯化系统等组成。杭氧股份于 2020年6月与德润钢铁厂签署了供气合同，并通过已有空分装置向德润钢铁厂供应氧气、氮气和氩气等天然气产品和服务。我们以该项目建设投资进行估算，空分主设备的费用占比为27.64%，空气压缩机与分子筛纯化系统的费用占比分别为 13.68%和12.22%。

  空分设备下游市场主要为钢铁、石化、煤化工等产业。空分设备的应用领域较为集中，按制氧容量计算，2020年钢铁、石化、煤化工领域分别占空分设备制氧容量的38.02%、29.82%、12.96%，为三大主要下游，其次化肥及合成氨占比达到 8.01%，新兴产业中多晶硅等化工材料占比达2.48%，有色占比达0.93%，电子领域占比达0.39%。

  依靠技术经验及资金等优势，杭氧等龙头在空分设备市占率较高。据 《2021年气体分离设备行业统计年鉴》数据，2020年空气分离设备氧容 量市场占有率排名前三位分别为杭氧股份（43.21%）、林德杭州（17.04%）、 液空杭州（7.58%）。杭氧股份、四川空分、开封空分等成立时间较长， 为国有企业，林德杭州、液空杭州为跨国公司在华设立的子公司。随着国有国有大型冶金、石化等项目在招投标时更加关注国产厂商，国产空分设备企业有望加速发展。

2.3. 空分气体占比较高，价格有望逐步回暖

大宗气体根据制备方式的不同可分为空分气体和合成气体。空分气体是利用空分设备得到的工业气体，多通过分离空气或工业废气制取，主要产品包括氧气、氮气、氩气等（在空气中的体积占比分别为 20.95%、78.08%、0.93%），可运用于冶金、石油、机械加工、食品、环保、医疗、 化肥等众多领域。合成气体则是由化学反应制取的工业气体，包括乙炔、氨气、二氧化碳等，可用于石油、机械加工、食品等领域，例如二氧化碳可应用于制取碳酸饮料等。

  空分气体占据主要市场，合成气体占比逐步增加。在大宗气体市场中， 空分气体市场占比超 90%，其中氧气、氮气、氩气市场份额分别为 45%、36%和2%，而合成气体中，二氧化碳、氢气所占市场份额分别为1.6%和2.3%。随着传统工业的不断发展，以氧气、氮气为代表的空气分离气体在未来有望稳步发展，同时在新能源等产业的持续扩张下，有望带动合成气体需求快速走高，中国合成气体市场规模占大宗气体市场规模比例由2017年的4.2%上升至2021年的7.2%。未来随着二氧化碳等合成气体的需求不断增长，合成气体将发挥更加重要的角色。

  氧气下游主要以钢铁冶炼、机械制造、化工领域为主。氧的密度大于空气，若要实现量产则需要对液化空气进行分馏：首先将空气压缩，待其膨胀后又冷冻为液态空气，并通过不同气体的沸点差异将液氧分馏出来， 可贮存在高压钢瓶中。氧气可用于所有的氧化反应和燃烧过程，也可用 于钢铁的焊接和切割、玻璃制造、水泥生产、矿物焙烧、烃类加工等， 更是低成本的火箭燃料。据亿渡数据，2021年氧气下游应用领域主要为钢铁冶炼，占比高达57%，机械制造、化工占比均超 10%。

   氮气下游主要以化工、采矿、电子、食品医药、钢铁冶金等领域为主。根据纯度不同，氮气可以被划分为纯氮、高纯氮和超纯氮。在化工工业中，氮气被用作保护气体、置换气体、洗涤气体、安全保障气体；在自动化系统半导体、电子元件等电子工业生产中，氮气被用作保护气、稀释气、携带气；高纯氮气可作为色谱仪等仪器的载气，也可作为铜管的光亮退火保护气，与高纯氦气、高纯二氧化碳能够共同作为激光切割机的激光气。2021 年氮气在化工领域的应用比例高达23%，在采矿、电子、食品医药、钢铁冶金、机械制造行业中的应用比例为分别为18%、16%、 15%、10%、9%。

   二氧化碳主要以碳酸饮料、保护焊等领域为主要下游。二氧化碳的用途可简单划分为工业、食品和化工三类，工业上的应用包括焊接、杀菌、 水处理酸碱值控制等；食品上的应用包括碳酸饮料和啤酒添加剂、加工过程中的惰性保护、冷冻食品饮料、低温输送等；化工上的应用包括生产尿素、二氧化硅、碳酸二甲酯（可用于锂电池电解液溶剂）等，并已广泛用于半导体芯片制程中的刻蚀和清洁。2021 年，二氧化碳用于碳酸 型饮料、啤酒的占比达51%，用于保护焊的占比达20%，而用于钢丝膨化、碳酸二甲酯与降解塑料加工、油田注压采油的占比为5%、5%、4%， 其他行业占比15%。

   制造业逐步复苏，大宗气体价格有望回升。截至2023年9月15 日，氧气、氮气、氩气、二氧化碳价格分别为517元/吨、600元/吨、117元/吨、 305元/吨，过去四年内，氧气、氮气、氩气、二氧化碳四种大宗气体价格价格走势较为相近，均已跌至相对低位，随着制造业的缓慢复苏，大宗气体价格有望随市场需求好转而逐步回升。

2.4. 外包供气占比相对较低，具有较大提升空间

根据供应主体的不同，工业气体业务模式可分为自建装置供气和外包供气两种。自建装置供气指下游企业自行购买并运营空分设备以满足自身需求，而外包供气指下游企业出于成本和专业化分工的考量，将非主业的供气业务外包给专业气体供应商，从而获取全方位的用气服务的运营模式。由于具有高稳定性、低风险等特点，外包供气模式逐渐成为了国内主要的供气模式。与发达国家相比外包化率较低，国内外包供气市场尚存在较大的提升空间。我国传统的大型钢铁冶炼、化工企业偏好自行建造空气分离装置，但随着专业化分工的快速发展，外包气体供应商能够更高水平地满足客户对气体种类、纯度和压力等的个性化需求、提供综合气体解决方案等有利于减少客户在设备、技术、研发上的巨额投入，因此工业气体外包逐渐成为趋势。2020年中国工业气体外包率约为56.5%，预计到2021年第三方现场制气在整体现场制气中的占比将达到57.8%，但相比发达国家工业气体外包比例，我国外包供气市场尚存在较大的提升空间，市场发展前景广阔。

3. 特种气体高速发展，国产替代有望加速

3.1. 特种气体高速增长，电子特气高成长性

  中国特种气体发展迅速，预计未来将延续增长态势。2017-2021年间，中国特种气体市场规模从175亿元增至342亿元，期间CAGR达18%。特种气体是集成电路、液品面板、光伏等新兴产业发展必不可少的关键材料，在下游行业快速发展、国家政策用力推动的环境下，中国特种气体市场将继续保持增长。据亿渡数据预测，到 2026年中国特种气体行业的市场规模将达到808亿元，2021-2026年CAGR将达到 18.76%。

  电子特气附加值高，成长性强。电子特气是特种气体的重要分支，是半导体、LED 等电子工业生产的支撑性原材料，广泛应用于光刻、刻蚀、掺杂、外延沉积等工艺中。2016-2021年间，国内电子特气的市场规模从103亿元上升至216亿元，期间 CAGR达15.96%，2020-2021年增速均超20%。随着国内半导体、面板等新兴产业的投资加速和国产化替代进程持续推进，叠加解决“卡脖子”问题等政策的定向支持，电子特气的需求将不断上升。

3.2. 特种气体以半导体等下游为主，稀有气体价格有望回暖

   特种气体指被应用于特定领域，对纯度、品种、性质有特殊要求（纯度大于等于 99.999%）的工业气体，可分为标准气体、高纯气体和电子特气。根据用途、纯度的不同，其对有害杂质允许的最高含量、产品的包装储运等都有极其灵活及严格的要求，属于高技术、高附加值产品。在国家政策指引和技术水平进步的带动下，国内企业在特种气体领域得到了快速的发展，但相对外资企业而言，国内大多数企业产品品类仍比较单一，而且质量水平存在差距。2021年特种气体下游的电子半导体、化工、医疗环保产业的占比分别达到43%、38%、9%。

  半导体、显示面板、光伏等为电子特气主要下游。2018年半导体行业在全球电子特气需求中的占比高达近70%，其次是显示面板（占比约20%）。由于我国的晶圆产业发展相对滞后，中国电子特气需求结构与全球存在一定差异，2021年我国半导体行业占电子特气需求的比例仅为43%，而显示面板占比为21%。未来随着全球半导体产业加速向我国转移，国内电子特气需求结构有望与全球市场结构趋近，预计未来三年我国半导体行业的电子特气需求占比将持续提升。

  电子特气主要应用于刻蚀用气、掺杂用气等。电子特气广泛应用于半导体生产制造的各个环节，2021年电子特气在刻蚀用气、掺杂用气、外延 沉积用气、光刻用气占比分别为36%、34%、24%、18%。

  稀有气体价格跌至低位，有望逐步提升。由于2022年俄乌冲突导致的供给紧张，稀有气体价格自2022年Q1末开始飙涨，随着国内产能提高、 供应得到保障，2022Q4开始稀有气体价格逐渐回归正常水平。截至2023年9月22日，氖气、氪气、氙气、氩气价格分别为250元/立方米、675元/立方米、62500元/立方米、1217元/吨，较高位已有大幅下跌，未来随着下游需求改善，价格有望稳步提升。

3.3. 突破技术、客户、服务壁垒，国产替代正当时

四大跨国巨头通过行业整合，垄断全球电子特气市场。电子特气源于欧美国家，欧美日公司生产历史悠久，品种丰富，生产基地遍布全球。进入21世纪后，跨国气体公司加快了产业整合。法国液化空气于2004年收购了欧洲第四大气体供应商梅塞尔，并于2016年收购美国气体企业 Airgas；德国林德集团于2006年收购了欧洲第五大气体供应商英国氧气公司，2018年末又与同为前五家头部企业的美国普莱克斯气体公司完成了900亿美元的对等合并。至此，全球气体行业形成了以美国空气集团、 法国液化空气、德国林德集团、日本大阳日酸四家巨头公司垄断的格局， 2018年四家气体巨头占据了全球电子特气市场约91%的份额。2020年我国电子特气市场国产化率约14%，国产化率有望加速提升。由于我国电子特气行业起步较晚，国内气体公司与国外巨头相比存在较大技术代差，国内市场被四家跨国气体公司垄断，其中德国林德集团最早进入中国市场，并与中国台湾联合实业公司合资成立联华林德，主攻中国大陆和中国台湾的大宗与特种气体供应。2020年，美国空气集团、 德国林德、法国液化空气、日本大和日酸在我国电子特气市场的市占率合计达86%，而国产化率仅为14%，预计未来三年国内气体企业份额将加速提升。

  国产企业突破核心技术壁垒，已自主掌握气体纯化、混配、处理、检测等工艺。特种气体的生产过程涉及合成、纯化、混合气配制、充装、分析检测、气瓶处理等多项工艺，同时客户对气体的纯度、精度等方面有着复杂要求，由此形成了较高的技术壁垒，而国产企业历经多年技术积累，已经在气体纯化、气体混配、气瓶处理、分析检测等方面实现突破。在气体纯化环节，国产气体企业已能够将部分电子特气的纯度提升至9N （99.9999999%）级别；在气体混配环节，国产企业可将配气误差缩小至±2%以内；在气瓶处理环节，国产企业已将粗糙度压至0.2μm以下；在 气体分析检测环节，国产企业对多种气体的检测精度可达0.1ppb。国产气体企业已掌握了部分特种气体上的自主核心技术，为推进国产替代进 程打下了良好的工艺基础。

  电子特气行业长认证周期与强客户粘性特征明显，客户壁垒深筑。电子特气下游多为大规模集成电路、液晶显示面板等高精密行业，客户对特气供应商的选择极为审慎，开发高端领域客户需经过审厂和产品认证2轮严格的审核，其中光伏能源领域的审核认证周期通常为0.5-1年，显示面板通常为1-2年，集成电路领域长达2-3 年，如华特气体耗时4年才成功打入台积电供应链。同时为了保持气体的稳定供应，客户在与气体企业建立合作关系后不会轻易更换供应商，且会设立反馈机制加强沟通、满足客户的个性化需求，客户粘性水平较高。国产企业成功打入主流客户供应链，突破客户认证壁垒。华特气体率先通过了ASML和GIGAPHOTON的认证，其产品在8英寸及以上芯片生产企业中的覆盖率超80%，并成为英特尔、中芯国际、台积电、长江存储等主流集成电路公司的供应商；金宏气体已获得了联芯集成、华润微电子、京东方、三星光电、通威太阳能等知名企业的认可。电子特气产 品通过客户认证后将带来一定协同优势，公司其他品类气体在后续认证过程中大幅节省前期沟通、厂商资质考察等环节的时间耗费，认证时间可节省约 50%。

   电子特气行业物流配送要求与一站式服务需求较高，服务壁垒显著。特气客户用气具有多品种、小批量、高频次的特点，供气模式以零售气体模式为主，因此需要气体供应商具有高水平配送能力，并在保证服务高效的同时对成本进行合理控制。另外，客户大多希望单一气体供应商能够销售多类别产品，并提供包装容器处理、检测、维修及供气系统的设计、安装等专业化配套服务，从而满足其一站式的用气需求，这对气体公司的综合服务能力提出了较高要求。区位优势叠加向气体综合服务拓展，国内企业突破特气服务壁垒。在零售气体模式上，海外气体企业将产品销往国内存在进口周期长、容器周转难、运输成本高、售后服务不及时等问题，而国产企业具有明显的区位优势，且通过并购方式拓展全国销售网络、自建物流供应链、采用智能物流运营平台等方式突破了物流配送服务壁垒。在现场制气模式上， 海外企业进入国内市场较早，已攫取了国内大宗气体的现场制气市场较多的份额，而国产企业另寻发力点，通过拓展TGCM模式为半导体制造商提供整套气体及化学品的综合服务，已在国内招投标项目中取得一定竞争成效，如金宏气体已中标北方集成、芯粤能的电子大宗气体现场制气项目。国内企业逐步向气体综合服务模式迈进，不断突破一站式服务需求壁垒，未来有望继续蚕食外资品牌市场份额。