中科院化工毕业论文

作者: Raymond George Klaus Hassmann【摘要】燃料电池具有非同寻常的性能： 电效率可达60％以上，而且可以在带着部分负荷运行的情况下进行维修，除了有低比率碳氧化物排放外几乎没有任何有害的排放物。文章介绍按温度划分的4种主要燃料电池(PEMFC、PAFC、MCFC和SOFC)的性能，重点介绍高温固体氧化物燃料电池(SOFC)的应用及其发展前景。 With demonstration projects fuel cells are Well uder way toward penetrating the power market,covering a wide range of application．This paper introduces the main four types of fuel cells which are PEMFC,PAFC，MCFC and SOFC．Then it puts the emphasis on SOFC and its application market． 燃料电池是通过由电解液分隔开的2个电极中间的燃料(如天然气、甲醇或纯净氢气)的化学反应直接产生出电能。与汽轮发电机生产的电能相比，燃料电池具有非同寻常的特性：它的电效率可达60％以上，可以在带部分负荷运行的情况下进行维修，而且除了排放低比率碳氧化物外，几乎没有任何其他的有害排放物。1 燃料电池的分类 目前研制的燃料电池技术在运行温度上有不同的类型，从比室温略高直到高达1000℃的范围。大多数工业集团公司的注意力集中在以下4种主要类型上：(1)运行温度在60-80℃之间的聚合物电解液隔膜型燃料电池(PEMFC)；(2)运行温度在160-220℃之间的磷酸类燃料电池(PAFC)；(3)运行温度在620-660℃之间的熔融碳酸盐类燃料电池(MCFC)；(4)运行温度在880-1000℃之间的固体氧化物燃料电池(SOFC)。 可以将这些类型的燃料电池划分为低温型(100℃及以下)、中温型(约200℃左右)及高温型(600-l000℃)燃料电池。 表1简要地列出了各种类型燃料电池的性能。中温型和高温型燃料电池适于用在静止式装置上，而低温型燃料电池对于静止装置和移动式装置都适用。 实用装置的功率容量差别也很大，可以给笔记本电脑及移动电话供电(数以W计)，也可以给居民住宅(数kW)或是分散的电热设备和动力设备(数百KW到数MW)供电。 最适于用来驱动汽车的是低温型燃料电池。 根据使用期限成本进行的经济性比较结果表明，就发电成本而言，SOFC型燃料电池要PEM型低30％。这个结果是根据SOFC型燃料电池的电效率比PEM型的高，这2种燃料电池最终都可以达到l000美元／KW的投资成本这一假设条件而推导出来的。 2 高温燃科电池 高温型燃料电池具有许多适于在静止式装置上使用的特性。但是在高温型燃料电池产生出电能之前需要较长的加热过程，因而这种技术不能应用于要求在短时间内频繁起动的各种实用装置。此外，高温型燃料电池还具有以下特点： (1)不需要使用贵金属来催化电化学反应。一般情况下使用陶瓷材料。 (2)对CO完全没有限制。CO参加到电化学反应过程并像H2一样被氧化。 (3)对燃料表现出高度灵活性。可以给这类燃料电池发电设备供应天然气，天然气在设备内部被转换成H2和CO。这意味着无需任何外部燃料，从而大大简化了发电设备的平衡问题。 (4)高温可以将燃气轮机连接到该系统上，在这种情况下，燃料电池发电设备是在300kPa压力下运行，并在不考虑燃气轮机输出的情况下将燃料电池的功率密度提高约20％，因此使总的电效率提高10％，可成倍地降低使用期限成本。 (5)较高的运行温度也为排热提供了更多的灵活性。在电效率达60％或更高水平的联合循环系统中可限制废热排放，而在单循环下则会排放出更多的热量。 MCFC和SOFC是这类高温型燃料电池的2种技术。它们使用的材料不同。MCFC是在一只陶瓷容器中放入液态的金属碳酸盐作为电解液，如果没有采取防止电极老化的措施，燃料电他的使用寿命会受到影响。 在MCFC中电化学反应是由CO3离子引发的。MCFC采用的是颊型电池，和SOFC型的管形设计方案相比，这种颊型电他的功率密度要稍微高一些。这在成本上要比SOFC型装置优越。但在另一方面，由于SOFC所用的陶瓷材料非常稳定，可以用在950-1000℃范围内，所以SOFC装置在抗老化性能上更具优越性。到目前为止，所有的长期电池试验和正在运行的试验性机组都表明SOFC型装置的使用寿命可以达到70 000-80 000h，是MCFC型的2倍。 MCFC和SOFC 2种技术在进行100-250kW功率范围的单循环现场试验中，成本都有大幅度的下降。目前在MCFC开发上占有主导地位的是美国的Fuel Cell Energy公司及其在德国的授权单位MTU，日本的Ishikawajima-Harima重工(IHI)和三菱公司等。而Siemens Westinghouse在SOFC开发上处于领先水平。3 中温型燃料电池 目前磷酸类燃料电池(PAFC)是具有最先进技术的燃料电池。80年代，IFC(国际燃料电池公司)决定对其前期商业化生产线进行投资，制造和销售200kW的PAFC装置，并将其投入市场。东芝公司在80年代末就已经努力使PAFC技术进入商用市场。从此，PAFC技术就一直在静止燃料电池的市场中占据着显赫的位置。迄今为止，全球已经安装了150多套PAFC燃料电池装置。 研究表明，这种燃料电池未能实现市场商业化的原因大致有以下几方面： (1)电效率最高为40％，超过维修期限后会降到35％甚至更低水平。通常情况下设备的使用期限不超过20 000运行h。 (2)有些试验性的设备(如东芝公司管理的1套11MW设备未能达到顶期的性能水平。 (3)美国和日本政府大幅度削缩用于PAFC技术研究和开发的投资。 (4)从迄今积累的经验及在改善设计参数和降低产品成本方面的潜力来看，让PAFC技术成功地跻身于当今的市场中的可能性是极低的。4 SOFC在配电市场方面的潜力 Siemens Westinghouse公司根据对市场的分析，决定采取必要的措施加快SOFC技术进入市场的步伐。预计在2003-2004年提供第l批产品，进入商业性生产前的试验阶段，装置容量从目前的2MW扩大到15MW。 北美和欧洲被认为是SOFC燃料电池技术最有希望的市场。Hagler Bailly公司和西门子公司对功率范围为250 kW-l MW的市场进行了调查，结果表明到2005年SOFC燃料电池的市场容量为每年10000MW。北美和欧洲几乎各占50％。考虑到北美洲用户的结构和他们的需求，在北美洲各类小型发电机组的总容量在2010年可能达到每年约1000MW，其中600MW可能是燃料电池发电装置。在各种类型的燃料电池中，SOFC的市场份额约占40％，到2010年在北美洲SOFC的全年销售额将达到亿美元。 在竞争日益激烈的配电市场中的另一个获胜者是微型燃气轮机，主要是作为备用电源或辅助电源。由于SOFC和微型燃气轮机的特性适于不同的应用场所，SOFC效率高但投资成本也高，而微型燃气轮机成本低但效率也低，因而这2种技术不会产生市场上竞争。而往复式发动机会逐渐失去其在市场中的份额。 欧洲电网要比北美洲电网强大得多，欧洲电网强化了集中的大型发电厂的作用。因此在北美洲经常出现的分散式电热设备和动力装置的供电质量和供电可靠性问题在欧洲是不突出的。但另一方面，在欧洲对能量储存更为敏感。 此外，一些国家政府将颁布新的规程和法律及新的能源价格，预计欧洲各国之间市场份额会有重大差异。在有些情况下这个过程会给SOFC用于配电装置起到一定的促进作用。此外，欧洲的自由化近程落后于北美洲。因此，市场预测结果会有很大程度的不确定性。5 SOFC技术应用的扩展 使用天然气作为燃料的SOFC是车载式装置，其扩展应用可有以下几种形式：(1)家庭应用：新一代燃料电池将是扁平管型的，其功率密度是目前所用圆柱型燃料电池技术的2倍，因而将制造出5kW的燃料电池装置。这种设计方案是可行的，在配电市场中可以替代圆柱型燃料电池。(2)l0MW以上的系统装置：很显然，只要SOFC技术占有了功率范围在250-10MW的市场，那么下一步最必然的是要争取占有l0MW以上更大规模发电设备的市场。通过把更多SOFC链接起来便能实现这个目标，也满足了高效率低成本的要求。20MW级规模燃料电池的电效率已经接近甚至超过70％。(3)用液态燃料运行：使用天然气作为燃料将SOFC的应用局限在靠近天然气供气网的区域内，从而使这项新技术的应用受到限制。因此存在着让SOFC使用液态燃料的迫切要求。因此，应与大型石油公司合作进行该课题的研究开发，选择一种适宜的液体燃料并设计出最适于使用这种新燃料的SOFC发电装置，以便为边远的用户服务。 (4)C02的分离：Shell公司和 Siemens Westinghouse公司正在共同研制一种能将CO2从完全反应后的燃料中分离的SOFC设飞方案。例如，当把其装在用于回收油的平台上时，可以把CO2用泵压到地下储层中，这不但可省去CO2的排放税，还可提高原油的产出量。 (5)综合性应用：CO2分离装置可能是点火的火花装置，它使得SOFC在一种封闭且可再生的能量循环中成为关键性部件。经过-段时间，SOFC能产生出热量和电力，例如用于大型暖房的设施中，SOFC装置产生的C02可用来加快植物的生长。而任何一种农作物收获后的剩余有机物都可以转化为气体供给SOFC作燃料。

西部甘肃的玉门、新疆的克拉玛依和兰州炼化公司都是我国石油开采和炼制的发源地和老基地。目前，克拉玛依、独山于、兰州、乌鲁木齐、延安都有一定的石油一次加工能力并具有配套的二次加工能力。其中，兰炼是全国最大的润滑油生产厂之一，也是全国三大炼油催化剂生产基地和两大石油添加剂生产基地之一。今后，这些企业几乎都面临着通过进一步技术改造、提高原油加工深度、减少重质油比重、充分发挥已有加工能力、提高竞争云、贵、川、渝是极大的油品市场，而这些地区却没有象样的炼油厂。其油品的供应是由兰炼扩大炼量用管道输送解决，还是像有人建议的那样在四川建炼厂解决，以带动四川乃至西南地区石油化工的发展，要通过科学论证后再确定。但是这个间题应在2005年之前解决。兰炼应充分发挥其配套二次加工能力的优势，建成我国润滑油、催化剂、润滑油添加剂、道路沥青生产基地。独山子、兰化都有14万t/a～16万t/a乙烯生产装置，在一段时间内，主要应立足于技术改造，扩大生产能力至20万t/a左右，并重点搞好几个后加工产品。西部大乙烯项目的建设，兰化已经做过大量前期工作，有了一定的生产建设中小乙烯装置的经验，原料供应相对有保证。但兰化的原料油的供应距离、价格都不具备明显的竞争优势，加之环保容量的限制，一直进展不快。若合资生产，当前吸引力还不是很大，因此对兰化或西部地区45万t/a～60万t/a乙烯项目的建设，既要积极又要充分论证，认真地做扎实的、多方案的比较后再定。但是笔者相信，随着西部的大开发，一定会有达到国际经济规模的大乙烯装置矗立在祖国西部的土地上。 大力发展磷矿开采及后加工要充分利用西部，特别是云贵一带丰富的、品位较高的磷矿资源。一方面要保证其他省份的磷肥企业生产和建设用矿，同时可在云贵建设几个大型磷肥、氮磷钾复合肥生产基地，还可建设大型磷酸装置以供应其他省份生产磷按或复合肥。在云贵建设磷铰企业规模要达到30万t/a～60万t/a，复合肥企业规模要达到30万t/a～90万t/a，也就是说一定要达到经济规模，以适应加入WTO以后的市场竞争。我国钾肥生产，目前主要靠青海柴达木盆地的钾盐矿。应在“八五”、“九五”建设的基础上，采用国内已掌握的技术，使其生产规模尽快达到100万t/a以上；同时应尽早研究塔里木盆地罗布泊的钾盐矿的开采和利用，有可能的话，在新疆建成新的钾肥生产基地。充分利用其他矿产资源发展无机盐和无机化工产品我国铬矿主要产在西藏等地。重庆、新疆都有铬盐生产企业。重庆的生产规模大、经验比较丰富；新疆有一定的矿源，有必要在达到环境保护要求的前提下，对其铬盐生产企业进行改扩建。在青海、重庆发展电子级碳酸锡，在重庆、贵州发展电子级碳酸钡、锑盐、锰盐、二氧化锰、五氧化二锑都是有基础的。可充分利用云贵川的磷及磷酸资源加工食品级、饲料级添加剂和多种磷酸盐如磷酸氢钙、磷酸二氢钙等产品。青海钾肥厂所用的卤水中含有大量的氯化锂、溴，也到了应考虑开发利用的时候了。综合利用可以大大提高钾矿开采利用的经济效益。四川芒硝、钒、钛矿储量丰富，是发展元明粉、钛白粉、钒催化剂生产的极好原料。总之，发展类似的无机盐和无机化工产品，是西部发展无机精细化工的优势，是比较切实可行的，也是有竞争力的。 其他化工产品重庆有较好的精细化工基础，应建成多行业、多品种的精细化工基地。云、贵、川、渝、陕、宁夏、新疆都有一定的橡胶加工基础，可以根据本地需要加以发展（例如载重钢丝子午胎等）。川化的赖氨酸、三聚氰胺、双氧水、催化剂，甘肃的黄原胶，重庆三峡及兰州永新涂料公司的油漆，重庆、贵州有机厂的醋酸系列产品，宁夏的双氰胺等，都是可进一步发展的产品。加快西部石油和化工发展的几点思考西部大开发是要长期坚持实施的重大战略选择，它既关系到西部的发展又关系到东部的再发展，也可以说关系到中国发展的未来。正确理解这一伟大战略决策，把开发热情与实际结合好，对于加快西部石油和化工发展十分重要。抓住机遇，勇于开拓又不要急于求成抓住机遇加快发展西部石油和化学工业，要积极但不要急于求成，盲目争项目。一定要经过科学论证，尽量减少人为的决策失误。最好的办法是借助“外脑”即咨询公司或专业的顾问公司的力量来完成科学论证。在国外，咨询业是很发达的一个行业。企业和咨询业是生存和发展路上结伴而行的旅友。世界上的大公司和大的咨询公司，不仅在本土上相帮相携，还联手跨国跨洲作战。跨国企业到了哪里，跨国咨询公司也紧随而至。世界企业500强有95％以上都要聘用50～100家咨询公司（或专业的顾问公司）或顾问。我国建立咨询业只有20年的历史，其市场还要进一步培育。但是，咨询业在中国的崛起是必然的，随着市场经济体系的健全和完善，特别是我国加入WTO以后，残酷的竞争最终会使企业的决策者们明白，必须借用“外脑”才能使企业决策更准确，才能使企业发展更快。我国石油和化工行业对项目的科学论证、择优选定，已有较好的基础。在西部大开发中，应进一步加强这方面的工作，企业不要盲目争项目，政府不要盲目批项目。能用市场机制和企业行为去办的事，绝不包揽在政府手中去办。一定不要给西部增加新的包袱，争取上一个成功一个，尽最大努力减少失误。调整工业结构是西部石油和化学工业开发的关键石油和化学工业结构调整，既要适应国内外经济发展的大趋势，也要结合西部的实际，发挥比较优势，努力把资源优势转变为经济优势，并加大技术含量，提高经济效益和竞争力。首先，要把天然气勘探开发作为重点，尽快形成陕甘宁、青、新和川渝天然气生产和外输基地。第二，要开发比较优势明显、市场前景好的钾、磷资源和能转化为经济优势的产品。第三，要加快油田开发、炼油和石油化工的发展（油田开发更为重要）。第四，应加大发展天然气后加工产品合成氨及甲醇的力度。产业结构调整的核心是结构升级，以升级带动调整。西部的不少化工企业从规模上，工艺装备上是落后的，例如小电石、小氯碱、小聚氯乙烯、小矿山、小无机盐、小碳铰、小普钙厂J、油漆厂，有一大批应该被淘汰。要关闭一批浪费资源、污染严重、产品质量低劣的企业，使化工结构升级。在结构调整中，一定要严防把国外和我国东部受到限制、高能耗的化工产业往西部转移。产业结构调整主要体现在增加品种、提高质量、增加经济效益上。为此，一要加大企业技术改造的力度，努力开发有市场需求的新产品、新技术、新工艺（如象青海钾肥厂那样）；二要积极发展新兴产业和高技术产业，例如西安金珠近代化工有限公司等所开发的HFCI34a生产技术，将结束依赖进口HFC134a的历史，打破了西方国家在ODS替代物生产领域的市场和技术垄断。 必须走可持续发展之路中央明确指示，在实施西部大开发战略中，当前和今后一个时期，要把加快基础设施建设作为开发的基础，把加强生态环境的保护和建设作为开发的根本性措施。保护环境就是保护和发展生产力，保护环境才能保证国家可持续发展。这是对西部大开发的要求，更是对石油和化学工业发展的要求。兰州、重庆及长江中上游、乌鲁木齐都有大气、水体污染严重的报道。乌鲁木齐市附近去年曾因大气污染严重，能见度低，造成数十辆汽车相撞事故，飞机也难以起降。今年四川乐山某化工厂因污水滥排，造成大渡河和长江乐山一带大量鱼类中毒死亡。兰州因污染严重，有西雾（污）都之称。重庆嘉陵江受农药、红矾钠生产企业的污染，受到环保和化工管理部门的关注。化工系统容易变成污染大户，化工技术又是治理“三废”污染的主要手段。因此，发展西部石油和化工的过程中，一定要解决好环保问题：一是兼治已有污染源，以新带老；二是新上项目必须做到“三废”治理达标排放；三是经过治理也难以达标的化工企业要坚决限期关闭；四是决不准国外和东部沿海一带向西部转移容易污染环境的项目。东部沿海发达地区对西部进行石油和化工投资开发时，要充分考虑到为西部地区创造经济发展和环境保护相协调的环境，而不要给西部地区带来新污染源。西部污染加重，不仅影响西部的发展，最终也会对东部自身产生深远的影响。 发展科技、教育，加大培养、吸纳人才的力度在知识经济和信息技术时代，国与国之间、企业与企业之间的竞争能力决定于人才。美国比尔·盖茨所经营的微软公司固定资产并不多，但发展却很快，利润率出奇地高，原因就在于它拥有一大批掌握了最新信息技术的人。应该说重庆、成都、兰州、西安等地的化学、化工高教力量也是比较强的，中科院系统、军工系统与化工系统的研究院所也不少，人才也不能说不多。关键是要稳住人才。例如，兰州曾经是我国最重要的石油化工基地，但是由于支援东部新的石油化工基地的建设，加之近几年人才大量流失，技术力量大大削弱，成为企业陷入困境的重要原因之一。因此，稳住现有人才十分重要，十分现实。要吸引和扩大能扎根西部的化工科技队伍：一是要使来自西部的生源能回得去、留得住；二是要实行优惠政策，使东部发达地区或海外归来的愿为石油和化工做贡献的优秀人才自愿流向西部；三是西部设有化工、化学专业的大专院校应主要增加西部生源，并多分配到西部；四是要给科技人才施展才能的空间和条件。做到这几点十分重要。因为实施西部大开发战略，加快中西部地区的发展，将有成千上万的项目上马，成千成万亿的资金投入，如果没有足够的人才投入，没有足够的资金用于人才工程的开发，再大的投资项目也很难获得应有的效益，其结果很可能是事倍功半。因此，人才的教育培养、吸纳和给予施展才能的空间、条件，是十分重要的。 要有长期作战的思想准备加快发展西部石油和化工，是一项规模宏大的系统工程。它是随着基础设施和生态环境设施的建设而前进的。要有紧迫感，更要有长期艰苦奋斗的思想准备。目前，西部大开发尚处在启动阶段，不可能刚开始就遍地上项目，遍地开发。例如塔里木的罗布泊发现了丰富的钾矿，若交通不解决，淡水不解决，没有人生存的起码条件，又怎么去建设一个大钾肥基地呢？某些城市被污染的环境，怎么吸引外商来建设大的石油化学工程？若不花大气力解决环境容量，行吗？要彻底解决这类城市的生态环境保护，又要投入多少？要花多少时间呢？我国西部占全国56％以上的土地面积，普遍缺水，特别是内蒙古、陕北、甘肃、宁夏、青海、新疆等地缺水更为严重。水怎么解决，种草种树，水来之何处，缺水又怎能种活树，种好草？草、树种不活，水土如何保持，沙漠化如何解决？这些工作，不是一代两代人能解决的，不是人有多大胆就什么都能解决的。人才的培养、吸纳，也不是几年就到位的。可以设想，西部的优惠政策比沿海特区还优惠？要想比特区还优惠，那西部又要有多大的承受能力？这些政策的研究和制定，既要解放思想，真正做到改革开放，又不能离开西部的实际，而是要在不断开发的实践中总结和发展起来。除了上述开发条件，石油和化学工业的发展还有它自身的客观规律。首先是产品要有市场，生产有技术，资金有投入，有竞争力，而且要一一经过反复的科学论证。因此，头脑要冷静，不能不切实际地把发展速度定得大高。对开发的长期性、艰巨性必须要有一个清醒的认识，决不能抱有速战速决、速见成效的幻想。这样，发展的步伐才能更稳，效果才能更有保证。

首先肯定是自我介绍。然后是为什么选择这个专业，今后打算，跨专业的优势和劣势。最后是说你的毕业论文和期间有无发表过论文。中国科学院深圳先进技术研究院是与国际接轨，与产业接轨的新型国家科研机构。中国科学院大学深圳先进研究院在2006年2月，由中国科学院、深圳市人民政府及香港中文大学友好协商、共同建立，实行理事会管理，探索体制机制创新。2018年8月23日，中科院深圳先进技术研究院的意念可控假肢被评为首届智博会十大黑科技创新产品。