高纯气体净化设备技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

洁净技术又称为生产环境和污染控制技术，是近二、三十年来随着高新技术发展起来的一门综合性的新兴科学技术。洁净技术专门 研究 并提供洁净的生产工艺环境和生产过程中使用的各种高纯介质，有效地控制微量杂质，以保证高科技产品的成品率和可靠性。洁净技术通常包括：空气净化技术、空调技术、水纯化技术、气体纯化技术、微量杂质控制技术、洁净环境的监测技术及相关的环境质量的控制技术。净化工程技术在电子、核子、航空航天、生物工程、制药、精密机械、化工、食品、汽车制造等高科技工业领域及现代科学领域中得到广泛应用。

对于半导体设备来讲，净化工程技术在微电子技术中起着十分重要的作用。微电子技术的核心是集成电路，而集成电路的生产对其工艺环境和工艺流程中的净化技术和设备提出了严格的要求。我国“九五”期间大力发展以微电子为重点的信息产业。净化工程技术水平在某种意义上已成为衡量一个国家和地区科学技术水平和工业水平的一个重要标志。

随着我国人民生活水平提高，人们对生存环境及生活质量提出了越来越高要求，用水纯化设备制备的高纯水已受到人们普遍欢迎，净化工程技术已开始进入千家万户，进入人们的现代生活。

我国的洁净技术和设备与国外先进国家相比差距是明显的，我国1965年才开始生产的HEPA过滤器，比国外晚了十五年。1975年开始生产的光散射尘埃粒子计数器比国外晚了二十年。0.1微米洁净技术和设备在国际上先进国家已成为成熟技术，我国则刚刚起步。

世界各工业先进国家为适应超净技术的发展，对大量使用的高效过滤器的 研究 从未中断，几年来一直在开发不同结构不同性能的新产品，美国自1979年开始研制0．1微米ULPA过滤器，1984年美国AAF公司开始生产0．1微米无隔板ULPA过滤器，目前0．1微米ULPA过滤器在美国AAF公司、FLANDERS公司和CAMBRIDGE公司已形成商品化生产。日本也已成为世界上生产0．1微米ULPA过滤器厂家最多的国家，品种繁多，产品系列化，尤其是低压损型0．1微米ULPA过滤器的开发成功解决了初阻力大的技术难题。国际市场对高效空气过滤器的需求量很大，且每年均有增长，目前日本每年销售超过100万台，按每台平均价格200美元计算，销售额达2亿美元。我国高效空气过滤器市场需求量已接近每年10万台，占国际市场的2％~4％，但至今还没有0．1微米ULPA过滤器生产，用于超大规模集成电路生产洁净厂房及各种高科技领域洁净厂房的0.1微米ULPA过滤器目前还要依赖进口。

在洁净室建设规模和技术水平上，我国与先进国家差距更大。日本清水建设公司一家，1982年到1987年期间承建的洁净室面积达71．8万平方米，而我国目前一年承建的洁净室总面积还不到10万平方米，但八五期间有较大发展，1993年承建洁净室总面积已接近15万平方米。美国的洁净室建设规模更大，1998年统计已达188．5万平方米。在洁净工程技术水平上，80年代末期，国外已大量建成0．1微米级的超净室，1987年日本三洋新泻工场建成十级洁净厂房3000平方米，NIT原木则建成了四个1000平方米控制0．1微米尘埃的千级厂房，换气次数高达300次／分。美国在台湾的TSMCS新厂已建成第四代管道式洁净室总面积达10000平方米。我国使用的0，1微米十级洁净室主要依赖从国外进口。由于高洁净级别的洁净室造价十分昂贵，0．1微米十级洁净室每平方米造价高达1万美元以上。在大规模集成电路制造装备的投资中洁净厂房占有相当高的比例，这与集成电路工艺不断更新，产品更新换代周期越来越快的发展趋势不相适应，严重制约了大规模集成电路技术的发展。美国ASYST公司、德国MW公司发展的使用隔离技术的亚微米生产微环境系统设备和技术在近几年中得到广泛采用。该项最新的洁净技术在100级洁净度的洁净厂房中，采用工艺设备局部使用隔离技术的微环境，把投资比例压缩到高级别的微环境，消除了操作者与工艺设备运行的二次污染源产生对集成电路成品率和可靠性的影响作用。

洁净技术和装备的国际市场十分巨大，日本到80年代末、90年代初洁净技术和设备的销售额已突破35亿美元。美国和西欧等先进国家洁净设备和基础部件的销售额已达73亿美元。据中国电子专用设备工业协会统计，我国主要八家最大的净化设备厂的销售额1990年为8217万元，还不足1亿，1993年达到14495万元，占国际市场销售额的0．34％。但随着我国高新技术的迅速发展和微电子工业、光纤工业、液晶显示工业及光电器件工业、生物工程、医药工业的发展，我国潜在的巨大的洁净技术产品市场，以每年40％~50％的增长速度在增加。

第二节 产品工艺特点或流程

在净化时充分利用了氨中气液两相中水浓度的巨大差别，首先采用5N高纯氨为原料，经液相吸附，进行预分离，含水量测定后，经气液两相转换，再次进行汽化蒸发分离，进入深度净化器，在此NH3含水量<0.2×10-6，所有金属离子<0.1×10-6。由此可见，在5.5N高纯氨制备过程中，要充分利用氨中气液两相中水浓度的巨大差别，在氨蒸发时除了考虑蒸发量，还一定要避免液氨局部沸腾，在蒸发器设计时也要予以重视。同时根据生产高纯氨、超高纯氨20多年的实践，在氨净化时，控制原料氨的质量，显得尤为重要。

第三节 国内外技术未来发展趋势 分析

中国气体分离设备 行业 呈现出三种发展趋势：气体分离设备开始向大型化方向发展，本土品牌积极跟进，成效显著；市场领域不断拓展，除了钢铁 行业 外，制造商开始为石化 行业 提供设备；技术不断进步，使5万等级以下的气体分离设备不再完全依赖进口。

由于国家对钢铁、电解铝、煤炭 行业 加大调控力度，钢铁 行业 发展速度骤减，也直接影响到气体分离设备 行业 的发展。一时间，气体分离设备 行业 内出现了自2003年以来的首次订货减少，甚至使一些已经签了合同的设备被迫退货，或者用户要求延期交货。这种情况在供货最紧张的2003年是不存在的。

钢铁 行业 在经历了短暂的"休整期"后，到2004年下半年又开始出现恢复性持续增长，正是在这样的市场环境下，气体分离设备 行业 的销售情况又开始逐步好转。在经历一场阵痛之后，气体分离设备 行业 开始寻找新的出路。

1、设备大型化

设备大型化不仅可以节省投资、减少占地面积，还可以大大降低设备运行成本。以一套5万等级空分设备为例，无论是购买设备的费用，还是运行、维修费用等，都将大大低于两套2.5万等级空分设备。况且，两套2.5万等级空分设备联动，设备的故障概率也是一套设备的2倍。目前世界上运行的最大空分设备是10万等级，国产设备还做不了这么大。随着技术的进步，现在以杭氧集团为首的国内空分设备厂商已经开始自行设计、制造5万等级的空分设备，并打破了国外品牌在5万等级及以上空分设备的市场垄断。

设备大型化后，单位产品的设备投资、土地占用面积和生产成本等低于小型化设备。这是显而易见的，从目前的情况看，制约设备向大型化发展的因素主要还是技术水平。

2、拓展市场领域

到2003年为止，气体分离设备的主要应用领域仍然是钢铁 行业 ，有70%的设备运行在全国大大小小的钢铁厂。2004年，经历宏观调控之后，这种以钢铁为主的市场格局开始发生变化，气体分离设备 行业 开始拓展石化领域。

2004年11月，杭氧集团自主设计制造的5.2万等级空分设备中标河南中原大化，河南开封空分公司生产的4.8万等级空分设备落户开封。这不仅改写了石化领域使用的气体分离设备多为进口的历史，同时也表明，中国空分设备制造企业的技术已基本接近世界先进水平，而国产设备与进口设备之间存在着较大的价格差，成为国产设备最大的竞争优势。

3、提高技术水平

设备大型化不是简单地把设备放大，它对整套设备的流程设计、工艺设计、各单体设备的技术水平、DCS控制水平等都有相当高要求。不可否认，设备大型化的确能带动整个 行业 技术进步，这也很符合 行业 技术发展的要求。眼下，在5万等级以下领域的国产设备能与进口设备一争高下的重要原因，除了价格优势外，更重要的是技术水平与国际接轨。由开封空分集团有限公司设计制造的山东德州4万等级空分设备的顺利开车，充分展示了国内企业在成套设备流程设计、重要机组的设计制造、DCS控制等各方面都达到了一个新的水平。

分析 市场对气体分离设备的需求不难看出，由于国际油价居高不下，因此"十一五"期间，国家对钢铁领域的投资不会有太大的增长，但是对化工、石油领域的投资将会大增。当然，化工、石油领域所需的的气体分离设备都将是技术水平相当高的大型设备。如一套年产500万吨的煤液化工程，将需要10套左右5万等级到7万等级的空分设备联动生产。从技术上看，预计到2010年，国内设计制造的7万等级气体分离设备，基本上能达到世界先进水平，满足国内大部分石化项目的要求。所以，在近一两年，从气体分离设备的制造套数来讲，可能不会有太大的变化，但是，从气体分离设备生产出来的产品产量（氧容量）来讲，将会有较大的提高。


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