氪气、氙气和氖气市场
①
陈晓惠
(
敦刻尔克百度云
光明化工研究设计院，辽宁大连 116031)
摘要：稀有气体的需求继续保持高增长，稀有气体供应继续紧张。综述了氪、氙、氖三种稀有气体市场概况、世界上的产量，以及主要用途。
孔雀尾巴
关键词：氪气；氙气；氖气；稀有气体；世界上的产量；用途中图分类号:T Q117文献标识码:A 文章编号:100727804(2009)022*******
The Rare Ga sM arket
CHE N Xiao 2hui
清扫垃圾(Guang m ing Rearch &Design I nstitute of Che m ical I ndustry,Dalian 116031,China )
Abstract:The demand for rare gas re mains as high as ever while supp ly continues t o be short .This article exa m ines the three rare gas,kryp t on,xenon,and neon,and describes the t otalworld p r oducti on as well as their most significant app li 2cati ons al ong with their benefits .
Key W ords:kryp t on;xenon;neon;rare gas ;the t otal world p r oducti on;app licati ons
氪、氙、氖这三种稀有气体在空气中的含量微少，三种气体组成总共不到大气中的01002%。其中氪、氙含量最少，氪在空气中含量仅占1114×10-6，氙在空气中含量仅占0109×10-6，而氖在
空气中含量也仅占18118×10-6
。这些稀有气体具有的一些独特特性使氪、氙、氖广泛地应用在各种工业用途中。
氪气、氙气由于在空气中的含量极少，提取困难，只有在大型、特大型空分设备上才能提取，氪气、氙气、氖气的制备方法有多种，常用的主要有低温精馏法、吸附法、催化反应法。
1 世界上的产量
目前世界上的氙气产量只有900多万L 、氪气
8200万L 、氖气37500万L 。这些产量被4家大型工业气体公司———法液空、美国普莱克斯、德国林德和乌克兰I ceblick 公司所控制。这4家公司控制了全球生产的稀有气体产量的80%以上。
在前苏联，粗氪气和粗氙气的产量高度集中，这是因为前苏联把稀有气体看作是第二次世界大战后其发展空间项目的一种战略材料。许多大型空分设备的建造是为了支持庞大的前苏联钢铁工业，并配备有粗稀有气体提取和纯化设备。氪气和氙气产量东欧占40%，美国占17%，西欧占17%，中东、印度和非洲占17%，太平洋地区占9%。
氖气的生产也分布在世界各地，其中70%以上的氖气是在俄罗斯和乌克兰生产。
2 主要用途
211 照明
照明是稀有气体的首要用途。氖、氪、氙主要用于充填灯泡和灯管，由于氪和氙具有较高的密度和低导热系数，用氪和氙充填照明灯优于目前的氩。由于氪气分子量大，可减少灯丝蒸发量，使灯泡的寿命延长，在发光效率相同情况下，氪灯寿命要比氩灯增加40%～70%，而灯泡大小要减小
第27卷第2期低温与特气
Vol 127,No 122009年4月Low Te mperature and Specialty Gas Ap r 1,2009
①
收稿日期:2008210222
50%。在欧美国家，氪气早已用作充填白炽灯，氪气与氩气混合后用于日光灯、聚光灯和许多拍摄照明场合。氙在电场的激发下能放出强烈的白光，接近中午的阳光。与氪气一样，由于高分子量，氙气也能延长钨丝的寿命。高压长弧氙灯用于大型运动场、H I D汽车头灯、电影摄影、舞台照明等需要高亮光的场合。在中国、印度这些发展中国家，经济增长最快，汽车照明工业对氙气作为汽车照明商品的需求也有增加的趋势，氖气在通电时发橙红色的光，用作霓虹灯、照明信号灯的充填气体。它可与氪气或氙气混合用于一些特殊场合。
由于汽车氙气头灯和氖气荧光灯市场持续按常规的比率增长，氙气和氖气在照明业中应用仍有4%～6%的增长率。
212 激光器中的应用
Exi m er和氦—氖激光器是稀有气体第二主要用途。Exi m er激光器一般使用稀有气体的卤化物(如Xe2Cl,KrF等)。当这些气体在充电被激励时，在紫外线范围内会产生单色的光线。这种光线充分聚焦，
能非常精确地控制。可被生物物质和有机化合物有效并安全地吸收，使医疗过程安全。由于Exi m er激光器释放出的热量很小，因此，可以用于LASI K眼外科手术和电子工业中有机材料的微切削加工。这些应用已快速增长，预计能持续增长。
氦—氖激光器是小型的激光器，使用的是按5∶1～20∶1混合的氦、氖气体。它们产生一种红光，主要用于驱动条码扫描器。尽管氦—氖激光器已被二极管激光器所取代，但仍被用在光谱学上，在实验室进行光学实验和全息摄影。这些应用相对稳定，不会出现增长。
213 电子工业中的应用
电子工业中，在许多种充填气体的电子管里(其中有电压管、启动器管、光电管、计数管、T R 管、氙管、半波氙整流管以及盖革—弥勒计数管)单独使用或用其混合气。
3 特殊用途
311 氪气在窗玻璃制造业中的应用
中空玻璃窗制造业是氪气较大的消费市场，如今，该用途占全部氪产量40%～50%之多，空气、氩、氪用于生产双层和三层中空窗，窗玻璃的绝热性能一般是用“U”值来表示的，而“U”值和玻璃的辐射率有直接的关系。“U”值越低，通过玻璃的传热量也越低，窗玻璃的绝热性能越好。
在窗保温中，氪气通常与氩气混合使用来降低成本。如今，氩气与氪气及一些其它气体混合充填窗占所有节能中空窗的70%以上。氩气、氪气和氙的传导性较空气低，同样是双层玻璃窗，在1/4in(注:1in=2514mm)的空气层内充填氪，节能效果是在1/2in空气层内充填空气的2倍，氪气的热效能比氩气高1/3，也就是说在它们的热效能大致相同的条件下，氪气的空气层却只是氩气空气层间隔的2/3。随着欧洲建立节能标准，在过去几年里，欧洲较寒冷地区氪窗使用快速增长。
中国颁布建筑节能政策已近20年了，据有关资料表明：通过门窗的能量损失约占建筑的50%，其中通过玻璃的能量损失约占门窗的75%。在一定条件下，玻璃的热辐射与传导是导致室内能量损失的主导性因素。而中空玻璃是保证门窗节能效果的必要保证。从国家宏观控制政策和国内整体大环境来看，中空玻璃产业符合国家的节能性和安全性的发展方向，发展前景广阔、潜力巨大，可以预见氪在窗户节能中的应用会显著地增加，氪气的这种需求以及发展中国家照明业对氪的需求，是2004～2010年氪气需求增长的主要原因。全球氪气供应与需求见图1
。
图1 全球氪供应与需求
Fig.1 Gl obal Kryp t on supp ly and de mand
312 氙气在平板电视制造中的应用
平板显示器市场，尤其是等离子电视对氖和氙的需求增加起到了很大的作用。等离子显示屏(P DP)用于生产大尺寸的电视显示器,(一般32 in以上)，等离子显示屏在两个玻璃屏之间排列有上千个密封的小低压气体室。室内充入氖、氙等混合惰性气体作为工作媒质。电流激发气体，使其发
01 低温与特气 第27卷
出肉眼看不见的紫外光，紫外光来激发彩色荧光粉发光，去年在日本市场,P DP生产对氙气的需求达到50万L/a，由于松下(Matsushita)等离子屏显示器有限公司正计划增加P DP产量，可以预料需求将以2%～5%的年增长率增长；另一种情况, LCD液晶显示屏比等离子屏更经济，更普通，但亮度、色彩比不上等离子屏，如果消费者都喜欢等离子屏(P DP)，那么对氖和氙的需求就会显著增加，如果LCD液晶显示屏成为消费者的第一选择，将会降低对氙的需求，在这种消费选择不定的情况下，明年对氙的需求可能增长5%或25%以上。313 氙气在空间/卫星产业中的应用
用于卫星发射的离子发动机和离子浆推进器使用燃料氙气，由于氙气重量和密度很重，重量约是空气的415倍重，主要用作卫星的轨道位置保持和机动控制。
在离子发动机磁腔的尾部，有一对分别带正电荷和负电荷的金属网，正电荷和氙离子产生的强大电磁推力把氙离子高速(约100000km/h)喷射出去，并因此产生反冲力推动飞行器向前运动。它的推力比化学燃料发动机要小得多，全速运行时，离子发动机每消耗2500W电能只能产生1/110kgf (注:1kgf=9181N)的推力，但是它可以长时间运转几个月甚至几年，结果，飞行器最终获得的速度可达化学燃料发动机所能达到的10倍。
小鸟的简笔画氙气的非冷凝性质，使离子火箭发动机几乎可以立即起动或关机，简化配电系统和绝缘器设计。氙作为推进剂有以下优点：无污染，不与航天器表面材料产生化学反应。无毒，不会污染空间环境和地球生物圈。确保地面试验人员的健康和实验室内外环境的净化。能够利用现有地面真空、低温环境试验设备。氙离子火箭发动机的应用范围已经从早期的静地轨道卫星南北位置保持扩大到姿态控制、轨道机动、非推进应用作等离子体开关和行星际航行。采用氙粒子发动机，其比冲是通常使用的双组元发动机的12倍。比冲是推进效能的衡量指标，对于相同的卫星来说，采用氙粒子发动机只需比双组元推进系统少得多的燃料即可完成卫星的姿控与轨控。通常；一颗卫星的氙粒子发动机是由4个氙气罐(2∶2备份)和2个功率处理器组成，从而完成卫星的轨道位置保持。每个氙粒子发动机每年仅消耗215kg燃料，因此每年卫星轨道保持仅需消耗5kg燃料。对于一颗15年寿命的卫星而言，采用氙粒子发动机将节省90%的推进剂质量，约280～350kg，因而可以大大节省卫星的发射价格，或可以用于增加更多的卫星转发器，或用来延长卫星的寿命，这将带来巨大的经济效益。
氙粒子可产生更大的推力，且由于其惰性特点，使得它既不易腐蚀，又安全。20世纪90年代中期，这一技术已开始用在各种不同的卫星上，一般卫星要使用60000L氙气，西方国家运行的通讯卫星系统和无人探测卫星是氙的较大消费领域。美国国家航空航天局(NAS A)Deep Space1计划和欧洲空间局的S MART21计划都使用氙作为推进剂，原因除了氙的推进效率更高之外，更考虑到惰性气体不易对探测器的设备造成损坏，比汞和铯强上很多。由于俄罗斯及中国正发展航天事业，发射自己的通讯卫星，在未来几年内，预计氙的这种应用会快速增长。日本东京大学进行宇宙射线研究，也会对氙气有新的大量需求，去年使用18万L氙用于宇宙空间研究,
314 氙气在医疗行业中的应用
医疗领域为氙气应用提供了新的长期有潜力的增长。氙气用于加强X2射线、CAT扫描、MR I的成像。单靠一台MR I设备不能检查人体肺部的许多精细结构，然而，吸入氙/氧混合气,MR I扫描就能检测到必要的软组织精细结构，以帮助医生对许多肺部疾病做出更准确的诊断。英国伦敦皇家学院的科学家们发现氙气可帮助保护受损的神经细胞，为此他们与美国空气制品公司一起建立了一家名叫Pr oexeon公司以开发其临床应用。研究表明惰性气体氙可用作神经保护剂，防止受损神经细胞死亡。可治疗神经受损病人如中风、麻痹、脑伤和脊髓受伤等。临床证实这是一种治疗神经受伤病人的有效途径。神经细胞在它们死亡后不能再生，但使用氙气可马上防止细胞死亡。
靡然成风
氙气被发现具有麻醉作用几乎60年了，一系列临床研究均证实氙气吸入麻醉安全有效，临床应用前景广阔，氙气作为麻醉剂不与各种手术材料发生反应，在体内不产生代谢产物，是现知对心脑血管影响最小的一种麻醉药，而且不象其它麻醉剂对人体产生毒副作用。氙气排放到大气后不破坏臭氧层，不产生温室效应，不燃烧或爆炸，对生态环境影响小。应用氙气麻醉具有诱导快、苏醒快，具有心脏和神经系统保护作用，同时产生镇痛作用，毒副作用小等优良特性，成为高危病人，比如怀孕妇
11
第2期 陈晓惠：氪气、氙气和氖气市场
女、心脏病人及老年病人的一种理想的麻醉剂。但目前，氙气的产量远远不能满足这种潜在的高需求。氙气麻醉剂的主要缺点是成本高，可利用氙气回收装置降低成本。
世界上氙在麻醉方面的应用不断扩大，在欧洲，氙气麻醉正吸引着人们的注意，梅塞尔公司在欧洲寻求正式批准使用氙麻醉技术，法液空在这方面拥有多项专利，欧洲该领域的使用需求已达到100万L/a。美国普莱克斯正在请求食品药品管理
局批准氙在麻醉上应用。在俄罗斯,2008年氙的消费预计从2004年占世界产量的015%增加到占世界产量的5%。到2011年，德国人对氙的使用估计将增加到占世界产量的10%。如果氙作为麻醉剂得到整个欧盟以及美国的批准，那么对氙的需求将是目前世界生产能力的2～3倍。
315 氙气在电子芯片制造业中的最新应用
氙气的最新用途是用在电子芯片制造业，也是目前氙需求增长及对氙投机买卖的最重要原因，几家大型芯片制造商正使用氙气等离子蚀刻，主要用于微电子机械系统(ME MS)的制造。ME MS设备可将微电子和微机械集成为一个整体，能在一块芯片上制作更复杂及功效更强的电路。这种技术从根本上把电脑芯片(处理数据)和传感器(收集数据)结合到一个元件上，可以批量生产，这种芯片的潜在用途不可限量，氙气蚀刻工艺就由一些半导体制造商用于生产这种超级芯片，去年日本半导体商对氙气的需求达到100万L，目前日本尔必达存储器(El p ida Me mory)有限公司年消耗氙气60万L用于蚀刻工艺，而在三重县四日市的东芝半导体公司使用了36万L氙气，最终将扩大到180万L的消耗量，是尔必达存储器公司的3倍，因为半导体工业目前已经进入65nm及以下技术时代，而氙绝对是现代化集成电路生产的必需品，在发现替代品之前，将继续使用氙气，美国美光半导体日本分公司开始在2007年夏季使用氙，在韩国和台湾半导体领域的需求也将猛增，台湾瑞晶(Rex2 chi p)半导体公司，是日本尔必达存储器有限公司和台湾力晶(Powerchi p)半导体公司的合资企业，将消耗60万L氙气，韩国三星电子也一直在向供应商打听想采购这种惰性贵重气体，这种用途对氙的需求预计可能很大,2008年，预计这种用途需要的氙气占世界产量的近30%。全球氙气供应与需求见图2。
图2 全球氙供应与需求
Fig.2 Gl obal Xenon supp ly and de mand
316 氖的应用
氖的应用与其它稀有气体的应用相互联系，用于霓虹灯(作为彩色霓虹灯的充装气体用于户外广告显示)、水银灯、绝缘检测器、高频率验电器、等离子体研究、激光器等，用作低温冷却剂，标准气、特种混合气等。
还大量用于高能物理研究。
图3 全球氖供应与需求
Gl obal Neon supp lyand de mand
从图3可以看出，可供氖气产量多年来保持不变，因此氖气价格多年来保持稳定,2～4年内，将满足供求。
4 结 论
把氪氙应用到照明工业、建筑门窗以及医疗、电子、科研等领域，将会产生巨大的社会效益和经济效益，发展中国家照明市场的快速增长以及在寒冷地区更多地使用节能门窗，都会增加对氪气的需求，氪气价格明显上涨,2007年，氪价已经上涨了20%～30%，未来几年，氪价会更高。可能会增加30%～50%。
氙气，处于最大的供求压力之下，欧美发达国家对氙麻醉剂的关注以及东亚地区(日本、台湾、
21 低温与特气 第27卷广告平面设计
韩国)半导体工业的快速发展对氙气的大量需求，使氙气成为需求增长最快的气体,2007年末，乌克兰市场氙价已经上涨到20美元/L。
氖气，供应形式良好，价格将温和上涨,2007年价格已经平均上涨了约10%,2～4年内将满足供应。
氖气、氪气及氙气构成了特种气体工业内的一个重要领域，氖气、氪气及氙气的供应及需求以及一些新用途无疑会成为全球范围内最吸引人的气体商品之一。参考文献:
[1]R ichard Betzendahl,Rare Gas,CryoGas I nternati onal,
2007,45(6):20224.
[2]World gri pped by shortages in scarce res ources.Gas Re2
vie w N i ppon.W inter,2008(50):11212
作者简介:
男爵领域
陈晓惠，女,1989年大学毕业，目前在光明化工研究设计院特种气体信息中心工作，曾获原化工部信息成果二、三等奖多项。
我国二氧化碳制塑料技术获得推广
近日，由中海石油投资控股有限公司投资兴建的3000t/a二氧化碳制可降解塑料生产装置投料成功并产出合格产品。该项目总投资1152亿元，于2007年7月动工建设。
该项目采用中科院长春应用化学研究所自主研发的二氧化碳制可降解塑料专利技术，委托中海石油化学股份有限公司进行项目建设和生产作业管理。项目充分依托东方工业园区内已建成装置的水、电、汽等资源，以各装置排放的二氧化碳气体为原料。该项目每生产1t塑料需要消耗015t二氧化碳，目前中海油在项目临近的南海莺歌海盆地已探明天然气储量约2万亿m3(其中70%富含二氧化碳)。该项目的成功投产将为天然气项目伴生二氧化碳的利用开拓新的方向。
据亚化咨询统计，随着该项目的投产，中国二氧化碳制塑料工业装置达到了4个。
同样采用中科院长春应用化学研究所技术的内蒙古蒙西集团3000t/a全生物降解二氧化碳共聚物示范生产线，已实现长周期运转。蒙西集团有计划建设3万t/a的同类生产线。
此前的2007年，采用中科院广州化学研究所技术的中科金龙化工股份有限公司万吨级二氧化碳制塑生产线，实现了正常化生产。目前，中科金龙已经形成年产2万t二氧化碳树脂的生产规模。此外，河南天冠集团采用中山大学技术的5000t/a全降解塑料产业化生产线也已经投产，使用的是酒精生产过程中副产的二氧化碳，天冠集团已经具有50万t/a燃料乙醇生产能力。
亚化咨询认为，利用富集的二氧化碳大规模生产可降解塑料，可以丰富I GCC多联产系统的产品线。“中国I GCC多联产高峰论坛”将于2009年3月26～27日在上海召开。中科院广州化学研究所二氧化碳制塑料领域专家将在会上介绍该技术在中科金龙化工股份有限公司的万吨级工业化应用经验。本刊编辑部
空气产品公司为国丰钢铁公司建设的第三套空分装置正式投产
2009年3月19日，空气化工产品公司宣布其建于河北省唐山市的第三套空气分离装置投入生产，为唐山国丰钢铁有限公司提供氧气、氮气和氩气，并将为当地的其它客户供气。
空气产品公司在过去几年中与国丰钢铁公司已签署了三个长期的工业气体供货合同，以支持国丰钢铁公司的业务增长规划。根据这些合约，空气产品公司在国丰钢铁公司毗邻兴建了三套空气分离装置，前两个装置已经相继在2005年中期和2007年底投产。空气产品公司供应的现场气体被应用于国丰钢铁公司的鼓风炉和氧气顶吹转炉来制造钢铁。
怎么改群头像
这套最新投产的空气分离装置主要由空气产品公司在上海的工程中心和上海的漕泾深冷设备制造中心负责设计和建造。
唐山是河北省重要的工业城市，也是华北地区领先的钢铁生产中心之一。空气产品公司早在1997年伊
始就为唐山的客户服务，是华北地区钢铁行业领先的气体供应商。自从1999年起国丰钢铁公司就成为空气产品公司的战略客户，这第三套空气分离装置的顺利投产将为国丰钢铁公司的钢铁制造扩张计划提供有力支持。Jessi ca Cheng
31
第2期 陈晓惠：氪气、氙气和氖气市场
