氮气设备(工业气体行业专题报告：林德是如何从设备转型气体的？)

Posted 2023-05-30

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氮气设备(工业气体行业专题报告：林德是如何从设备转型气体的？)

（报告出品方/作者：广发证券，代川、范方舟）

一、从林德一百四十年，看跨国龙头的兴起与传承

（一）氧气设备起家，成长为全面布局集团

成立于1879年，林德是当前全球最大的工业气体制造商和气体工程提供商。作为行业重要的技术创新领导者之一，林德开创了空分制气的先河，在制冷、机械工程、材料处理等多个领域进行尝试并取得成功后，集团最终选择了以工业气体和气体工程为主线的发展路径。战前从制冷业务向多个近似领域拓展，凭借领先技术确立领导地位。1879年创始人林德·冯·卡尔和五个合伙人以二十万马克的注册资本在德国成立了公司林德制冰机，伴随冰柜商用和民用的推广，制冷设备始终是林德公司（区别于林德集团，2006）最主要的业务之一。不断的研发中，林德找到了技术壁垒极高的气体液化领域，确定了公司随后几十年内间乃至至今以技术而非低价作为核心竞争力的战略。

制冷业务客户的需求开启了林德对气体液化的探索，短时间内不断实现技术突破。十九世纪初酿酒行业对冷藏的需求使林德和酿酒商建立了密切合作，1890年都柏林啤酒厂向林德订购一台二氧化碳的液化装置，引发林德·卡尔对气体液化的关注。团队在1895年的首次测试中获得了几升液化空气，推动成立位处慕尼黑的气体液化部门。由于氧和氮的沸点接近，直到1899年林德才首次分馏得到富氧空气并引入化工领域。1905年第一个氮精馏塔的成型让林德认识到气体液化的巨大经济潜力，公司当即决定垄断氧气市场，五年内在德的主要竞争对手将全部资产出售给林德。二十世纪20年代，林德的工艺横向推广到其他气体，利用低温分离出焦炉煤气中的氢、氮、甲烷、乙烯成为公司专长，公司基本掌握了全球市场，气体液化部门的重要性已经远超制冷机部门。

战时通过气体业务实现扩张，战争后期公司受到打击清算。随着战争中炸药对氨需求的扩张，合成工厂因提取氮气和对其他技术气体的需求成为林德的重要客户。二战时公司为军事集团提供了工业气体和维修军用载具的维修工具，短暂反应时间后营收迅速增加，获得可观利润。此时，农业机械领域开始繁荣，林德收购了在阿沙芬堡的Güldner并进军柴油机、农业拖拉机和电机领域。然而，战争使得公司超过四分之三的设备遭到摧毁，林德失去了几乎所有的海外资产。

战后过时的管理理念阻碍发展，转向寻求平衡多元。海外子公司的重建花费了林德超过二十年的时间，公司远落后于在美国的同业和法国液化空气。同时，林德的许多产品不再与现代发展相适应。失去了早期的技术优势，在担保上的高额支出、不合市场的销售政策和普遍过高的定价使公司缺乏竞争力。为此，公司内部治理结构发生了深刻转变，以赫曼·林德1976年辞职为转折，汉斯·梅因哈特的理念占据上风，林德从一个工程师和科学家驱动的家族企业转变为管理主导的公司。

摒弃冗余业务，专注气体发展。前期林德背靠多个业务领域施行平衡战略，受到扩张能力和下游市场景气程度限制，70年代开始公司逐渐对业务进行取舍，将发展的重心放至更有增长潜力的气体部门。一场结构性危机导致农业在国民经济中的重要性下降，林德柴油机、拖拉机部门账目承压。尽管1968年林德电机和拖拉机业务在德国有5.5%的市占率，属于前十大厂商，管理层次年决定立即停产退出。1970年代冷库部门取得了辉煌成功，但由于市场规模相对较小，公司1981年关闭了1910年成立于德国的第一家冷库，并在1984年将剩余的冷库合并为一家独立公司，将股份转让给MuK；同年林德出让了其制冷和安装工程部门的涡轮机业务。2004年林德将制冷业务以3.25亿欧元的价格打包出售给美国开利公司，彻底告别制冷领域。

两次收购重塑全球气体市场格局。1999年法国液化空气和美国空气化工分别收购了英国氧气公司（BOC）50%股权，从此分别控制全球24%、16%的市场，普莱克斯是紧随其后的第三大厂商。这些合并极大拉开了头部玩家和次要参与者间销售额的差距，林德也迫切需要合并。这引出了林德在第二个世纪之交最重要的并购活动， 37亿欧元收购瑞典的全球性集团AGA。2006年，公司收购BOC，成立林德集团。

合并普莱克斯，林德再成国际巨头。2018年，林德集团完成对普莱克斯的并购，再次完善工业气体业务布局，超越所有竞争对手成为全球工业气体龙头。 2021年林德实现收入规模307.93亿美元，同比增长13.03%；归母净利润38.26亿美元，同比增长52.98%。2022年1季度，集团实现营业收入82.11亿美元、营业利润19.05 亿美元，同比增长13%。从地域看，几乎所有地区都有10%-20%的增长，周期性的传统业务（制造、化工、能源、金属）仍贡献主要收入，占总收入53%；新兴市场持续扩张，食品饮料终端销售增长21%，电子产品终端增长13%。

（二）气体设备齐头并进，两大业务共同发展

工业气体与气体工程为主业务线，气体业务打开增量空间。林德以空分设备起家， 2002年气体工程贡献公司56%的销售额和80%的营业利润。伴随近20年公司在气体业务的全面布局，2021年集团气体业务占营业收入比例上升至91%，气体工程为9%。其中，从气体业务的地域结构来看，美洲占比最大，21年达到39%，其次为欧洲、中东、非洲地区，占比为25%，亚太地区占比20%左右。

1.工业气体：林德的气体产品覆盖包括氧气、氮气、氩气、稀有气体、碳氧化物、氦气、氢气、电子气体、特种气体等。气体业务集中在美洲（美国、巴西、墨西哥、加拿大）、EMEA（欧洲、中东、非洲三地区的合称）和APAC（中国、澳大利亚、南韩、印度等亚太地区）三大板块。2021年营业收入308亿美元，毛利率43.03%。 2.气体工程：包括设计制造工业气体生产设备，如烯烃设备、空分设备、氢气和合成气设备等，既产出自身业务所需的气体，也为客户提供气体制造和加工服务。气体工程业务实施全球管理，公司在各地均有大量低温空分和二氧化碳厂房设备。

气体工程和制气设备是林德最早的尝试，目前着重一体化和可持续发展。林德专注于烯烃、天然气、空气分离、氢气和合成气工厂等细分市场，公司利用广泛的工艺知识完成对高效制气设备的规划、设计和建设。1998年公司将3.28亿联邦德国马克投入到了气体工程，是材料处理业务投资的两倍。在近30年间，林德收入和体量的激增首先由设备业务支撑，直到1995年左右才逐渐向气体方向转移。 1902年，创始人卡尔建立了世界上第一套空分装置。 1973年，林德用单极法建造了第一个聚乙烯设备。其后林德KCA多次独立与客户签订聚乙烯设备合同，最终成为聚乙烯设备的领导者。 19世纪80年代，钢铁行业的暂时衰退使得林德主动寻找新的应用场景，公司成功拓展氧气在生物领域和氩气在半导体的应用。林德开始制造有通过计算机系统控制的现代空分装置、专门的输气系统和终端净化器的一体化设备。 80年代中期，公司通过大型氧气提取装置和天然气分离装置向南非市场拓展， 1985年在挪威建成大型天然气输气管道，为后来的许多合同打下基础。1990年，公司和比利时BASF签订了单笔最大合同-乙烯设备供应。 1997年起，空分设备营收再上台阶。公司为墨西哥的石油公司PEMEX在全球建造四个大型空分装置，合同总金额达1.5亿美元，同年公司净利润仅4.02亿美元。 1999年，林德为上海宝钢建造的大型空分设备投产，开启中国市场。

目前公司的技术重点涵盖了氢气的生产、液化、储存、分销和应用的整个价值链，凭借先进的可持续能力帮助客户捕获和利用碳排放，支持向清洁能源转型。

工业气体贡献重要收入，产品线完整丰富。林德的工业气体产品包括以空气为原料提取的氧气、氮气、氩气和其他稀有气体，与包括二氧化碳、氦气、氢气、电子气、特种气体和乙炔在内的加工气体。 1895年，卡尔在实验时首次获得液化空气。 1909年，林德建造了第一台乙炔设备，开始开展乙炔业务。 1910年，向BASF生产提供氮气和氢气，为氨合成做准备。 1913年，尝试提取稀有气体，并在一年后获得氩气生产专利。 1997年，与墨西哥国家石油公司Pemex签订为期15年的氮气供应合同。建设了世界上最大的空分工厂，每天通过管道输送4万吨氮气。同年，收购空气化工在奥地利的氢气业务并获得二氧化碳业务。 2000年，收购AGA，进一步拓展以食品加工、医药、焊接、环境工程、化工和电子元件生产为终端的气体业务。 2003年，中标北非海岸氦气资源开发的50%产量，成为全球第四大氦气供应商。 2010年-2014年，大举收购布局医疗气体业务。 2018年，合并普莱克斯，再次强化所有气体业务，尤其是二氧化碳。

合并普莱克斯后，集团工业气体规模进一步扩大，近三年收入占总营收比始终保持在90%水平。

大气气体产量最高，空分技术优势带来领先地位。公司以空气为原料，通过多种空分工艺生产氧气、氮气和氩气，其中以低温空分工艺最为普遍，稀有气体也通过低温空气分离产生。作为工业气体行业的先驱，林德在技术上处于领先地位。目前林德的非低温空分专利技术包括真空变压吸附和膜分离，分别用于生产气态氧和气态氮。技术优势为公司打开重要新兴市场，同时帮助公司降低供应成本优化生产能力。林德氢气产品以灰氢为主，兼有绿色氢能技术。林德生产的氢气绝大多数是灰氢，兼有多种其他类型产氢的技术，除常规的蓝氢和绿氢制法外，也通过提纯和回收化学和石化工业的副产物氢源生产低碳强、高纯度的氢。同时布局多个下游行业，终端市场形成新平衡战略。气体业务的日渐扩大使林德逐步剥离其他部门业务，集团新的多元化体现在工业气体的下游布局。近年来，医疗健康、制造、化工是林德规模较大的终端市场，占总销售收入的比例基本维持在20% 以上。总体来看，制造业和化工类的传统市场占比有所下降，健康、食品、电子等新兴市场正成为林德的重要增长助推。

包装供气（packaged or cylinder）为林德气体主要业务模式，亚洲地区公司现场制气占比更高。工业气体的供气模式一般分为现场制气、大宗供气和包装供气，供气模式的选取需要综合考虑客户需求与成本。跨区域运输气体的经济效率往往较低，因此林德在不同市场采取了不同的供气模式。总体而言包装气体是集团采用最多的供气方式，在亚太地区现场制气业务占比更高，2021年占当地总业务38.21%，远高于美洲市场和欧洲市场的26.97%和24.03%。（报告来源：未来智库）

（三）收购拓展地域业务，集中度提升成就龙头

林德一路持续并购，拓展地域与产品覆盖面。20世纪30年代的林德为阻止竞争对手，不断收购小型企业保障自身的市场份额，并积极与其他大型企业联盟形成卡特尔。二战后，寡头垄断的市场竞争形势非常严峻，林德迫切地和AGA等公司进行合并。前者是吞并同业公司进行技术垄断，后者则是收购对自身业务有弥补的企业扩张，进入新市场。收购与合并使林德从一家出口导向的企业成长为全球市场的领导者。

被没收到重新合体，林德并购普莱克斯成为21世纪至今工业气体行业最大动态。 1907年卡尔·冯·林德前往美国成立林德空气产品子公司，也即后来的普莱克斯。一战期间，林德空气产品被征收，和四家其他化工公司合并为联合碳化物的一部分，林德失去了对子公司的控制。1992年，普莱克斯从联合碳化物中剥离上市，随后几年的几项收购使其成为世界工业气体公司巨头：1995年普莱克斯收购碳化液体进入二氧化碳市场，并获得了完整的气体产品线。2004年普莱克斯收购液化空气在德业务，通过管道向冶炼、化工和钢铁行业的大客户提供服务，同时向小客户提供大宗气体、医用气体、特殊气体和合成气体。2013、2016分别收购美国领先的碳酸饮料解决方案提供商NuCO2，和亚拉国际欧洲的二氧化碳业务，进一步扩张全球影响力。 2018年，普莱克斯和林德时隔一个世纪再次合体。

并购进入新地域市场，拓展国际客户。战后空气化工、法液空等竞争对手的兴起使通过业务优势开展跨国业务变得困难。作为一家大型出口企业，林德通过吞并国外小型气体、专精气体公司在新市场立足。2010年林德收购斯里兰卡医用气体和工业气体市场的领导者Ceylon Oxygen Limited 95%的股份，COL也是本国唯一拥有气体分离设备的公司，这一收购帮助集团进入亚洲市场。2012年林德于4月收购了空气化工在比利时、法国、葡萄牙、西班牙的部分业务、8月收购美国同根公司Lincare，成为北美最大的家庭护理气体供应商。

对AGA的收购直接扩大在北欧、南美和美洲中部的业务。AGA与林德有相似的发展史，1999年的AGA为食品加工、医药、焊接、环境工程、化工和电子元件生产提供气体。在历史上，AGA的气体业务从乙炔起家，一度涉足液氧，1970年后布局特种气体和惰性气体，1986年收购了一家专攻二氧化碳的集团。AGA和林德在多方面是互补的，从市场来看，AGA在美国、拉丁美洲等林德业务较弱的地域非常强大；从业务来看，AGA医疗气体对林德的现场业务作出补充；单就气体工程而言，AGA较林德业务规模更大、国际化更强。与AGA合并之后，林德成为全球第四大、欧洲第二大气体供应商。收购进一步推动了林德的国际化进程，2001年林德75%的销售收入都销往国外，仅25%的收入在德国国内实现。全球技术高速进步，对新气体业务布局主要由收购拓展。确认发展重心为工业气体后，林德将越来越多的资金投入气体业务，在全球范围收购气体公司，对主要气体的布局以自研与收购并行为主。

二、工业气体巨头凸显，伴随工业现代化长更长新

（一）工业导向，气体需求伴随世界制造技术成长

19世纪末，运气设备和低温技术是工业行业起步的基础。1886年英国科学家霍华德、理查德和德国科学家马克思、赖因哈德分别研制出高压气罐技术，使得通过气罐运输气体成为可能。1893年杜瓦设计出特殊的低温恒温器（杜瓦瓶）用于贮存低温液体，并于1898年在杜瓦瓶中实现氢的液化。气体液化和储存是气体行业形成的关键一环，其重要性就行业成立而言更甚于在接下来一个世纪任何下游市场的开发。事实上，早在18世纪就有将氧气应用于医疗领域的先例，然而种种原因使得行业在一百余年后才见到规模化的成型。

林德将学界理论引入实践，两个技术思想获得气体液化专利。依靠制冷技术背景，卡尔·林德使用类似于空气制冷机所用的冲压气缸实现低温气体液化。设备的核心原理在于利用逆流连续冷却和内部做功冷却。与通常的压缩制冷过程不同，气体通过逆流发生器膨胀冷却，由此产生的循环过程在发生器两侧产生温差，在接近大气温度的一侧（热端），冷却从外部进行，实现温度的持续下降。林德在制冷过程中发现，当逆流发生器的低温测接近临界温度时，除了等效的外部做功外还伴有大量内能变化。这一发现本质上是对英国物理学家焦耳和汤姆逊在1857年所描述效应的发展。即使在特定温度下没有外界做功，气体通过骤然缩小的界面，阻力增大、局部压力降低，也会引发冷却过程。1895年林德首次冷却得到液态空气，这一利用两个学界理论的大气液化技术获批专利。

世纪之交，氧乙炔焊接切割工艺带动工业气体早期需求萌芽。19世纪后期，氧气主要用于剧院聚光灯和医院，尽管不断更新的制气技术提高了氧气产能，下游需求十分有限。德国制冷业务的最大客户啤酒厂将氧气引入催熟威士忌的尝试也宣告失败。直到1901年，法国工程师查理斯和埃德蒙发明了氧乙炔焊接喷灯，激发对高纯度氧气的需求。1904年，皮卡德制造出第一个氧乙炔切割枪，一夜间改变了金属加工的方法。工业的迅速发展带动了氧气和乙炔市场成熟，同时空气分离技术得到显著发展，1910年空分制气已具备经济性。此外，当时电解水制氧的技术问题已经攻克，然而由于其高昂成本与氢气副产物，这种方法没有得到推广。

化学技术进步创造条件，大气其他成分的应用逐渐得到开发。1910年哈伯法打通了氮气制备氨的过程，一年后的一战，德军开始使用氨作为制备炸药的原料。同时，一战期间停止进口智利的硝酸钾，其他化学工业也需要新的氮源。1912年，科学家逐步发现大气中稀有气体的存在，氦气被用作军方飞艇的升力气体，氩、氖、氪、氙气短期内寻找到了工业用途：填充灯泡；二战期间，氩气被作为电弧焊的保护气体。尽管德国1918年宣布战败，但这并未影响其继续蓬勃发展的工业水平，甚至在 20年代末期，德国对氧气的需求出现激增。1910-1920s是工业气体发展的第一段黄金年代，当今世界的气体巨头除空气化工外，都在一战前成立。

氧气为起家业务，极高的协同性使林德具备向其他市场拓展的技术能力。自1895年实现空气液化后，林德开始研究精馏法获取纯氧的装置。1902年，卡尔的儿子 Friedrich利用高压精馏塔生产出近乎纯净的氧气。公司于1903年推出了一种用于液体空气净化的单柱系统并于同年开始销售氧气，1910年双柱系统被设计出来，为现代空分设备打下了坚实基础。相似的技术被用于其他气体的分离，在与教授团队及氮气厂的合作下，林德实现了通过一氧化碳的部分冷凝从水气中提取纯氮和氢(林德 -弗兰克-卡罗过程)。1928年林德完成了第500个氮氧工厂的建立，尽管已经具备从空气、焦炉煤气中提取不同组分的技术，林德的重心始终在氧气业务上。在行业进入者不断增加的情形下，林德向其他国家拓展，并坚定决定垄断氧气市场。

吹氧替代空气生产高纯度钢铁，战后冶金再次提振氧气需求。海兰德工艺和林德弗兰克工艺的发展使得氧气生产成本大大下降，鼓励在电炉和平炉中使用氧气的尝试。20 世纪 40 年代生产的钢材杂质含量很高，工业开始使用纯氧作为空气的替代品以氧化去除钢中多余的硅、锰和碳。Bessemer 设计的梨形容器能够在加热铁的同时通过熔融金属吹入氧气，从而去除杂质，相比于直接吹入空气显著提高了产品纯度并催化反应。1952 年面世的更加流程化和工业化的 Linz-Donawitz 过程（氧气顶吹转炉炼钢法）至今仍是全球钢铁生产的主流工艺。60 年代开始的随后近十年，伴随钢铁工业从平炉转变为氧气炉，氧气的需求增加了十倍以上，工业气体公司纷纷建造大型制氧厂和管道系统以供应钢铁行业。

半导体等新兴技术推动电子气体发展。电子气体是液晶面板、集成电路、LED、光伏、光纤等电子工业生产中的关键原料。1958 年 9 月美国公司基尔比制成了世界上第一个集成电路振荡器，宣告半导体的初始技术累积已经到达一定程度；随后的计算机与互联网产业革命将半导体产业推向高潮。半导体技术的发展逐渐在大规模集成电路、光通信技术、无线通信技术、太阳能电池、白光照明等得以应用，打开了电子特气的广阔市场。

电子特气技术壁垒更甚一般工业气体，市场集中度极高。相对一般工业气体，电子特种气体附加值更高。2018 年全球半导体用电子气体市场中，林德、空气化工、液化空气和大阳日酸控制全球 91%的市场份额，形成寡头垄断的局面。在国内市场，海外气体巨头控制了 88%的份额。

工业生产带来能源危机，环保需求推动特种气体另一条线的发展。1973年石油危机后，石油价格冲击导致的对化石燃料储量的担忧与对燃烧废气影响环境的批评让电解水制氢成为新的方向，人们开始关注 “氢社会”-以氢为主要的能源来源的未来社会。

（二）起势于点，布局全面化、业务全球化是必由之路

气体巨头集中成立于19世纪末期经济蓬勃发展的国家，成立之时各有侧重。当今全球气体巨头除美国空气产品外均成立于一战以前，首次覆盖的业务多以大气成分中氧气为主，对二氧化碳、乙炔与氢气的关注较少。20世纪初期创造出的氧和乙炔焊接切割工艺推进了部分地区的工业气体产业萌芽（如日本大阳日酸，1910）。同时，相对早期成立的公司也在全球范围内推动了技术进步。林德认为美国的钢铁工业非常发达并且高速增长，氧气市场在美国前景广阔，因而选址于美国建立普莱克斯。然而事实上，氧乙炔焊接法当时只在欧洲流行，为了提高氧气在美国的需求，林德将新的焊接方法引入美国。

从西欧和北美开始，行业国际化进程在80年代迎来跨洲际的爆发。早期的工业气体行业完全集中于英、法、德、美等几个工业化国家，尽管诸如林德之类的公司有过拓展地域市场的尝试，但始终没有迈出既有洲际。20世纪70年代，大西洋两岸渐显国际化趋势；80年代中期，韩国、新加坡和马来西亚等亚洲国家逐渐成为西方工业气体公司的合作伙伴。随着苏联解体、东欧解放和中国改革开放，新的国际市场向外打开。正如林德的步伐，西方国家的许多工业气体企业并购在80年代如火如荼的开展，西方巨头逐渐完成“全球气体”秩序的建立。

全球巨头规模较大，且业绩保持稳定增长。林德在与普莱克斯合并后，作为目前全球第一的工业气体巨头，2020年疫情影响下净利润高达25.01亿美元，同比增幅9.4%， 2021年营业收入近308亿美元，居于行业首位且强劲增长。法液空与美国空气化工整体收入规模稳定，2021年规模分别为为233亿欧元187亿美元左右。海外巨头面对疫情冲击，营收下滑幅度均较小，净利润则实现增长。

资本壁垒与技术壁垒建起护城河，市场处于寡头垄断状态。工业气体行业自成立以来就表现出极强的寡头垄断市场特征，头部玩家均或多或少地在一定区域内占据主导地位，国际巨头间共同成立合资企业的现象并不罕见。根据SAI公司的统计数据， 2000年行业CR7超过90%；2013年前四大生产厂商占全球市场的75%，市场高度集中。2018年10月林德与普莱克斯合并后，三大气体巨头（林德集团、法国液化空气、空气化工产品）占据全球工业气体外包市场76.71%的份额。对于有意入行者，资本开支是壁垒，而对于业内集团，前期资本开支带来充裕现金流。（报告来源：未来智库）

（三）长坡厚雪，工业气体市场仍有较大潜力

全球工业气体市场2018年超过千亿美元，市场空间较大。在全球工业稳定发展的环境下，全球工业气体市场持续增长。根据亿渡数据，2020年，全球工业气体市场规模达1341亿美元，未来有望继续保持较为稳定的增长。

工业气体行业增长趋势与GDP步调基本一致，为实际GDP增速的8倍左右。我们选择林德、美国空气化工作为参考标的，对比二者近30年来营业收入与母公司所在地的实际GDP增速，同时通过加合二者收入作为全球工业气体市场增速的替代指标，对比全球GDP增速，可以看出企业/行业的增长与工业发展和宏观经济紧密联系。全球实际GDP增长率与两家巨头营业收入增长率之和高度拟合，后者为前者的8倍左右。因此当宏观经济步入景气周期后，工业气体市场有巨大潜力。

随着新技术的产生与对旧技术的迭代，同一气体新的应用持续浮现。尽管工业气体的生产始于1900年左右，时至今日行业的发展几乎没有停滞，以氧气为例，20世纪内制备产能剧增，一方面由技术进步支撑，也说明在时代背景变化下，不断涌现对氧气的新需求，这一切都应归功于市场中的龙头企业不断拓展终端市场。

多下游覆盖，终端市场进可攻退可守。不同于制造业其他细分领域，工业气体行业下游覆盖多个终端市场，且很大程度为工业消费品，叠加气体厂商与客户往往签订的是长期、大型合同，行业具有较强的防御属性，对经济衰退的敏感程度较低。

经济衰退或宏观环境不利时，部分行业伴随周期步入低迷，萧条时期即使是制造业和化工领域龙头也可见亏损。与各终端市场龙头相比，尽管工业气体行业营收与利润规模较小，但始终保持盈利乃至稳定增长状态。由于生产的气体种类、下游用气细分市场和供气方式存在差异，工业气体行业内利润水平有所区别，但整体毛利率维持相对较高水平。

三、国内产业快速增长，杭氧股份迈向气体龙头

（一）取代美国成为全球最大市场，下游需求与外包趋势贡献增长

2020年中国市场规模达1542亿元人民币，取代美国成为最大的工业气体市场。尽管我国工业气体市场起步晚于发达国家，根据Frost & Sullivan统计，中国工业气体市场规模2020年达到1542亿元，占全球工业气体市场16.6%，超过美国同年178亿美元（折合人民币1156亿元）水平。中国工业总产值未来五年将按7.8%的增速增加，国内工业气体的增速将高于美国等发达国家的成熟工业气体市场。Frost & Sullivan 估计，中国工业气体市场规模2020年至2025年将按8.6%的年复合增长率增长，对美国工业气体市场的增长预测值则为3.8%。

冶炼、金属、石化为传统应用领域，构成我国工业气体市场规模基础。我国工业气体终端分为传统与新兴两大市场，分别对应大宗气体与特种气体，覆盖钢铁、石化、电子、环保等领域。氧气和氮气是工业气体中规模突出、耗量最大的代表。据智研咨询，液氧主要应用在冶金行业，占比 59%；液氮主要应用在电子、医疗等领域。

下游钢铁产量的稳定增长为传统工业气体需求提供支撑。传统市场需求以钢铁冶炼、石油化工、金属焊接加工为主，我国生铁、粗钢产量稳步增长，今年来增速保持在 5%以上。根据前瞻产业研究院，2020 年生铁产量达 8.9 亿吨，同比增长 9.8%；粗钢产量超十亿吨，达 10.53 亿吨，同比增长为 5.7%。据杭氧股份招股说明书，每百万吨高炉炼钢对空分设备制氧量需求为 1.5 万 m3 /h，每百万吨熔融还原炼铁对空分设备制氧量需求为 5 万 m3 /h，将为工业气体需求提供基础支撑。

半导体为特种气体的主要应用领域，行业处于成长期将带动相关电子特种气体需求的持续增长。据金宏气体招股说明书引用 SEMI 数据，2018 年全球半导体制造材料中电子气体占比 14%，仅次于占比 33%的硅片。根据中国产业信息网，中国半导体材料市场规模逐年增长，从 2014 年的 60 亿美元增长至 2019 年的 87 亿美元，复合增长率为 7.65%；其中 2018 年市场规模为 85 亿美元，半导体材料中电子气体市场规模约为 75 亿人民币，则占整体特种气体市场规模为 60%以上，为特种气体的重要应用领域。据中商产业研究院，2021 年半导体材料市场规模达 99 亿美元，将进一步带动电子特气的需求的增长。

环保政策要求带来新增长点，氢气有望于能源去碳化中发挥重要作用。由于氢气以分子形式携带能量，燃烧后不涉及污染物排放，并可部署于难以电气化的场景中，氢能可能成为能源领域最大的投资主题之一。自2014年国家正式将“氢能与燃料电池” 作为能源科技创新战略方向以来，氢气布局已得到政府和政策的大力支持，《国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确提出2030碳达峰及 2060年碳中和的目标，预计氢气将发挥重大作用。

氢气和合成气是下一个激增市场，高质量或成核心竞争力。目前我国氢气消耗量集中于石化及冶金行业，未来汽车行业燃料电池对氢气的利用有望带动需求增长。 2020 年工业气体生产商供应氢气规模为 31 亿人民币，预计到 2025 年将达到 41 亿元，预期复合增长率为 5.8%。Frost & Sullivan 估计，工业气体生产商所供应的氢气市场规模 2050 年将增加至 2941 亿元，以 16.4%的复合增长率强势赶超能源和化工企业贡献的市场增长率。同时，作为相对环保的产品，合成气的生产技术正快速进步，进一步推动中国工业气体生产商所供应的合成气市场规模的增长。

从商业模式来看，现场制气是国内最大商业模式，大宗气体次之。外包供气又分现场制气、大宗气体与包装气体。现场制气指工业气体公司在客户生产场所内或附近建造空气分离装置，并通过自身管道向指定区域内的客户供应工业气体。由于现场制气基于客户的特定需求提供一对一或一对多的客户服务，生产商和客户之间的业务关系相对稳定，此类合同往往是15年以上的长期协议。2020年现场制气约占中国工业气体生产市场总量的65.5%，金额达到1010亿元。

步入三方供气转型期，工业气体生产商渗透率有望进一步提升。工业气体市场的生产商可分为内部供应和外部供应，也即自建供气与三方供气，前者指拥有自己的设施生产工业气体的下游客户。过去，大部分终端用户均安装自有设施来供应内部对工业气体的需求。为提高运营效率、降低固定制造成本，越来越多的大型工业气体消费者已转向将工业气体生产业务外包。

外包供气比例与发达市场存在差距，增长空间显著。Frost & Sullivan 的资料显示， 2020 年外包供应的全球工业气体市场规模为 896 亿美元，占同年全球工业气体市场的约 66.5%，美国及欧洲等发达国家工业气体市场的外包市场占比超过 80%。国内工业气体的供给处于从自建转向外包转型期，外包供应市场规模由 2015 年的 503 亿元人民币增至 2020 年的 872 亿元，年复合增长率为 11.6%，预计到 2025 年市场规模将达到 1475 亿元，三方供应比例由 2015 年的 50.5%升至 2020 年 56.5%。我国工业气体市场的外包份额仍低于发达市场及全球平均水平，国内外包供应市场仍有极大的增长空间，预计将于 2025 年进一步增至 63.5%。

（二）寡头竞争格局，业务与地域呈现聚集性

我国工业气体供应商市占率分为三个层次，第一梯队为国际巨头林德集团、法国液化空气，各企业市场占有率超过 20%。由于历史悠久、技术领先、品牌认可度高，短期内其优势地位难以通过企业除大型并购行为外的发展撼动。第二梯队为美国空气化工与国内气体动力（原盈德气体，2021 年收购宝钢气体 64.82%股权后更名）、杭氧股份，尽管成立时间晚于两大巨头，但在近年来有迎头赶上之势。第三梯队为金宏气体、华特气体等，受益于政策引导、下游产业发展，近几年表现出较快增速，市占率在 0.5%-5%不等，未来成长潜力巨大。

国内呈现垄断竞争局面，小型气体生产商以零售业务为主。不同于全球市场的寡头垄断特性，只看国内企业在中国市占率，盈德气体为 22.3%；杭氧次之，约占7.69%。除头部玩家外，我国大量企业涉及工业气体产品，且企业间布局的气体种类、业务全面性与应用领域各有不同，垄断竞争特点明显。总体来看，我国企业多布局于电子特气，更倾向于气体零售业务与新兴市场，符合我们对小型制造商切入点为特种需求、零售气体的判断。伴随工业气体企业雨后春笋般的成立，国产替代提速也正可能由此入手。

从地域看，华东与中部地区为工业气体企业首选之地。2021 年超 9 万家工业气体制造企业在江苏布局业务，包括雅克科技、金宏气体等六家上市公司落地江苏，河南、四川各有三家上市企业，国内领军者杭氧与气体动力总部分别位于杭州、上海。国内长尾气体生产商整体呈散状分布，领先的供应商已成功构建覆盖不同地理区域的供应网络，在全国各省市拥有充足的气体生产基地。

技术、资金与品牌效益三大壁垒限制新入局者。以林德为首的全球领先的工业气体企业均展现出具有技术引导、资本密集与同客户长期合作的特性，因此技术、资金和品牌成为决定能否在国内甚至国际市场立足的关键因素。技术壁垒：主要工业气体生产商在装置运营方面已积累丰富经验，能够不断改进技术以降低成本，甚至推动新的下游应用产生并快速布局。资本壁垒：规模化地制备工业气体需要大量前期投资以兴建生产设施、购置设备、采购原材料及组建经营团队。同时，持续投资以实现更具优势的技术也是必须的。品牌壁垒：工业气体行业用户黏性较高，业内的签单（尤其是现场制气业务）往往是长期的，较高的客户知名度和用户黏性有助于公司获得稳定的收入来源。另一方面，2022 年 7 月国家能源局印发《防止电力生产事故的二十五项重点要求（意见征求稿）》，明确要求氢冷系统中氢气纯度须不低于 96%，含氧量不应大于 1.2%；制氢设备中气体含氢量不应低于 99.5%，含氧量不应超过 0.5%；大型气体生产商更可能在严格质量标准下开展业务，行业集中度有望进一步提升。（报告来源：未来智库）

（三）重走海外巨头之路，杭氧气体业务打开新局面

杭氧股份是国内最大的气体分离设备企业，依托设备优势进军气体领域。依托在空分设备设计制造的优势，杭氧向气体产业进军，形成了空分设备、气体销售双足鼎立的业务格局，2014 年开始气体业务营收占比已经超过空气设备业务营收占比， 2021 年收入占比分别为 36%、56%。

空分设备不断突破，技术实力在国内处于绝对领先地位。据杭氧股份官网，2017 年，首套神华宁煤十万等级空分设备成功出氧，紧接着实现神华宁煤 6 套 10 万等级空分设备的突破，达到了世界先进水平，打破了国外企业在特大型设备上的垄断； 2018 年，首次为电子领域提供大型纯氮设备；2020 年 4 月，杭氧研制的世界上已经投运的单体最大整装冷箱空分设备通过考核验收；2020 年 5 月，杭氧为浙江石化研制造的 105000m3 /h 空分设备整装冷箱正式启运。根据官网，目前杭氧大型空分设备技术性能指标已达到国际领先水平，在国内处于绝对领先地位。根据杭氧可转债募集说明书，2020 年，以我国 12 家主要空分设备生产厂商制氧总容量为统计口径，杭氧市占率约 43%。

气体业务布局全面，各地覆盖多个业务模式。据杭氧股份官网，截止目前，在全国 15 个省份成立了 30 余家气体公司。杭氧气体以氧、氮、氩、二氧化碳等常规气体为主要产品，开发包括液氧、液氮、液氩、高纯氧、氖气、氦气、氪气、氙气以及各类包装气产品。可为客户提供现场贮槽投放、现场无人值守设备供气业务和物流配送业务。

杭氧21年气体项目实现突破，规模有望逐渐赶超。盈德气体为国内气体业务龙头，至今气体业务规模已达到 160 亿元以上；根据盈德官网，在运营的项目气体中，氧、氮等大宗气体规模为 324 万方，合成气体规模为 43.2 万。杭氧股份 2003 年开始进入气体业务，依托设备优势，在 2021 年气体业务规模突破 60 亿元。根据我们对公司气体项目公告的统计，2021 年集团气体项目发力，实现约 64 万方新增项目，根据杭氧股份 22 年 4 月 28 日披露的投资者调研纪要，21 年底公司已投产的气体项目运营总规模为 150 万方左右，加上 22 年已披露的气体项目规模，我们计算推测杭氧股份已覆盖的气体项目总规模在 200 万方以上（包含尚未投产的气体项目）。

发力特种气体业务，推动特种气体国产化。特种气体广泛用于电子、石油化工、钢铁、医学研究及诊断等领域，纯度要求高，稀有气体只能从空气和天然气中提取，对空分设备的要求很高，国产化率低。据前瞻产业研究院，2019 年电子特气领域国内气体公司市场份额仅为 12%。随着半导体、芯片、大规模集成电路在我国越来越受重视，特种气体国产化也开始提上日程。公司 2017 年设立衢州杭氧特种气体有限公司，开始发力稀有气体、特种气体等高附加值业务，到公司 2019 年首个半导体项目落地，2020 年，杭氧稀有气体（氩、氪、氙）已荣获“2020 年中国气体行业知名品牌”称号，杭氧特种气体业务发展迅猛。根据杭氧股份 2022 年 5 月 27 日发布的投资者调研纪要，公司氙气、氪气精提取装置项目将于今年下半年完工投产，届时，我们预计杭氧股份稀有气体业务规模有望进一步扩大。

基于杭氧股份在空分设备上建立的竞争优势，与气体项目运营规模的不断增长以及气体种类的多样化扩张，对标海外龙头林德，我们认为杭氧有望伴随着国内工业气体行业的不断发展，以及自身竞争力的不断增强，实现长期稳定的成长。

（本文仅供参考，不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息，请参阅报告原文。）

精选报告来源：【未来智库】。未来智库 - 官方网站