如何顺好工业气体这口“气”

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如何顺好工业气体这口“气”

任其龙，中国工程院院士，浙江大学教授。长期从事化工

分离领域的应用基础研究和工程实践，针对现代工业对高纯化

学品的重大需求，创建了分子辨识分离工程平台技术，在工业

气体分离、精细化学品分离等领域取得了重大突破，解决了组

分极复杂、分子极相似混合物的分离难题，建成了十余条高纯

化学品先进制造生产线，引领了我国化工分离领域的高质量发

展。

提到气体，大多数人会首先想到空气、氧气等，它们来得

容易又便宜。但是，有些气体却价值连城，我们每年甚至要花

费巨额资金去国外购买，这就是工业气体，包括氪气、氩气。

它们是现代工业不可或缺的基础原料，广泛应用于钢铁、冶金、

石油、化工、电子、医疗等重要行业，发挥着强有力的战略支

撑作用，乃至被称为“工业的血液”。我国的工业气体长期依

赖德国、美国和法国，生产集成电路所需的特种气体中，国产

率只有 20%。面对我国工业血液的“贫血”问题，我们该如何

走出困境？

“工业的血液”

工业气体是指在工业生产中所使用的气体，可以作为生产

原料、燃料、保护气、输送气、驱动气、换热介质等。在高精

尖领域中，氧气和氢气可作为火箭的燃料，氦气是医院核磁共

振仪的超导体冷却剂，氖气是芯片光刻机光源的工作气体。工

业气体的种类非常丰富，多达数百种，可分为大宗气体、特种

气体两大类。大宗气体是指用量大、使用范围广的气体，比如

从空气中分离得到的氧气、氮气、氩气以及化学合成的氨气、

乙烯、丙烯、乙炔；特种气体是指被应用在特定领域对纯度、

品质、性能有特殊要求的气体，比如芯片制造过程中用到的各

种高纯气体，以及在国防、医疗、食品等领域用到的特殊气体。

可见，工业气体渗透到工业生产的各个环节，发挥了不可替代

的作用，因此被称为“工业的血液”。工业气体究竟有多重要？

以半导体行业为例，芯片的制造会用到光刻机，光刻是用特定

波长的激光让光刻胶发生化学反应，通过曝光和显影将设计在

掩膜版上的图形转移到硅片上的过程。特定的波长是在常用的

深紫外DUV 光刻机中通过准分子激光器产生的，这种激光器内

充填了97%的氖气。

全球 70%的氖气由乌克兰供应，但乌克兰危机导致氖气停

产，供应短缺，价格暴涨。氖气虽然存在于空气中，但只占

0.0018%，它的制取离不开空气分离技术。

大型空气分离装置举足轻重

空气分离简称“空分”，是利用化工分离技术将空气中的

各个成分分离开来获得各种气体产品。空分技术最初的目的并

不是为了得到氖气，而是为了生产工业中大量使用的氧气和氮

气。1903 年，德国林德设计制成世界上第一台工业用的 10 立

方米/小时制氧机，至今已过百年。长期以来世界空分市场被德、

法、美等国的四大气体公司垄断。

空分的原理并不复杂，难点在于空气分离的设备，尤其是

大型、特大型的空分设备。大型空分装置的制造能力是衡量一

个国家空分技术水平的重要标志。我国的空分产业是从 20 世

纪50 年代起步的，经过摸索、合作、自主研发等阶段，直到

2000 年前后，得益于钢铁、煤化工等产业的快速发展，我国

大型、特大型空分成套技术与装备才有了质的飞跃。

长期以来，大型的空分设备基本上都由国外公司垄断。近

年来，得益于煤化工的快速发展，我国空分设备迎来了转机。

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摘要：

如何顺好工业气体这口“气”任其龙，中国工程院院士，浙江大学教授。长期从事化工分离领域的应用基础研究和工程实践，针对现代工业对高纯化学品的重大需求，创建了分子辨识分离工程平台技术，在工业气体分离、精细化学品分离等领域取得了重大突破，解决了组分极复杂、分子极相似混合物的分离难题，建成了十余条高纯化学品先进制造生产线，引领了我国化工分离领域的高质量发展。提到气体，大多数人会首先想到空气、氧气等，它们来得容易又便宜。但是，有些气体却价值连城，我们每年甚至要花费巨额资金去国外购买，这就是工业气体，包括氪气、氩气。它们是现代工业不可或缺的基础原料，广泛应用于钢铁、冶金、石油、化工、电子、医疗等重要行业，发...

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