工业气体就是在工业生产中被当作原料或辅助材料使用的气体产品。它们通常以气态或液态形式存在,是现代工业体系中不可或缺的基本的性材料。
根据物理状态,它们可以分为几类:
永久气体:指临界温度低于-10℃的气体,在常温下无论怎么加压都无法液化,如氧气、氮气、氩气、氢气等。它们通常以高压气态储存在钢瓶中。
液化气体:通过加压或降温可以转变为液态的气体。其中又分为高压液化气体(如二氧化碳)和低压液化气体(如液氯、液氨)。
溶解气体:指在压力下溶解于溶剂中储存的气体,比较典型的就是溶解乙炔,由于其性质极不稳定,必须溶解于丙酮等溶剂中才能安全储运。
工业气体的分类
工业气体的家族庞大,有多种分类方式。其中核心的一种是根据用量和应用领域,将其分为两大类:
大宗气体
定义与特点:产销量大,应用领域广泛,对纯度要求相对不高,约占市场总量的80%。常见气体如:氧气(O₂)、氮气(N₂)、氩气(Ar)、氢气(H₂)、二氧化碳(CO₂)等。
特种气体
定义与特点:用量比较小,但应用于特定领域,对纯度、品种、性质有特殊要求,经济价值高。通常纯度要求在5N(99.999%)以上。常见气体如:半导体制造中使用的硅烷、磷烷、三氟化氮等电子特气。
其中,电子特气是特种气体里比较重要的一种。在芯片制造中,从薄膜沉积、刻蚀到离子注入等上百道工序,需要使用近50种不同的特种气体,其成本仅次于硅片,也是比较大的耗材。
核心质量指标:纯度、干燥度、洁净度
对于高要求的应用,特别是半导体行业,工业气体需要满足“三度”指标:
纯度:指气体中主体成分的含量,通常用“N”(9的个数)来表示,比如5N代表纯度为99.999%。芯片制程越先进,对纯度要求越高,常常需要达到6N甚至7N以上。
干燥度:指气体中微量水分的含量,通常用“露点”来衡量。露点温度越低,说明气体越干燥。例如,半导体制程可能要求常压露点低于-70℃。
洁净度:指气体中微小颗粒物和金属杂质的含量,需要控制在极低水平,以防污染产品。
完整的产业链
工业气体从原料到用户,主要包含三个环节:
上游(原料与设备):包括空气分离设备、合成设备、提纯设备,以及电力等能源。
中游(生产与供应):核心环节,涉及气体的生产、提纯、充装、储存和运输。供应模式主要有四种:瓶装气体、液态气体、管道供气、现场制气,以适应不同规模的客户需求。
下游(应用领域):应用极广,传统领域如钢铁冶金、石油化工用量巨大,而半导体、光伏、医疗、食品等新兴产业对气体纯度和种类的要求更高。
安全是主要注意事项
工业气体,尤其是特种气体,往往具有危险性。根据化学性质,常分为四类:
剧毒气体:如氯气(Cl₂)、氨气(NH₃)。
易燃气体:如氢气(H₂)、乙炔(C₂H₂)、硅烷(SiH₄,遇空气自燃)。
助燃气体:如氧气(O₂)本身不燃,但能助燃。
不燃气体:如氮气(N₂)、氩气(Ar)、二氧化碳(CO₂),它们本身性质稳定,但在高浓度下会使人窒息。
正因为危险特性各异,工业气体从储存、运输到使用都有严格规范。比如,易燃易爆气体需要防爆设计和泄漏监测,剧毒气体则需要更严密的控制系统和应急预案。
申中工业气体:氮气、氩气、上海氧气、氦气、氢气、二氧化碳、溶解乙炔、甲烷、工业丙烷、液化石油气、乙烷、乙烯、激光气、保鲜用混合气、焊接混合气、高纯空气、电光源混合气等,特种气体等。