高性能重整制氢微通道反应器多孔反应载体加工与作用机理

微通道反应器能将醇类燃料催化重整反应即时产生氢气，成为氢燃料电池车的理想供氢方式。但传统微通道加工制造复杂、生产成本高，难以适应未来大批量生产需求。本项目提出以切削加工金属纤维为原材料，利用烧结技术形成高孔率大孔径的金属纤维烧结板，并将其作为催化反应载体结构设计与制造新型重整制氢微通道反应器，显著提高微反应器的制氢性能。项目通过设计多齿刀具切削加工获得金属纤维，研究加工参数对金属纤维及其表面形貌的影响规律；制订合理烧结工艺，研究不同尺度范围金属纤维烧结板的成形机理以及结构与性能之间的相互关系；基于金属纤维烧结板载体结构及其负载方法，设计与制造重整制氢微反应器，通过数值模拟与实验研究方法，分析重整制氢反应过程中传热传质特性与作用机理，建立催化反应过程的理论模型，实现由功能需求主动设计催化反应载体结构参数和特征的目的，提高我国在微通道反应器及其反应载体领域的制造技术和理论研究水平。

多孔纤维载体结构的制氢微反应器可以实现醇类燃料的催化重整反应即时产生氢气，成为氢燃料电池车的理想供氢方式。本项目利用多齿切削加工技术实现连续型铜纤维的加工，并以铜纤维纤维为原材料，利用烧结技术形成高孔率大孔径的多孔金属纤维烧结板，并将其作为催化反应载体结构设计与制造新型重整制氢微通道反应器，显著提高微反应器的制氢性能。项目在金属纤维的加工及形貌表征、多孔金属纤维烧结板的制造、纤维板几何模型与三维重建、纤维烧结板的压缩、剪切、弯曲、亲疏水及电学性能作用关系、甲醇重整制氢微反应器的设计及性能研究等方面都取得重要研究进展，并在国际期刊氢能等国际期刊发表研究论文13篇（其中录用1篇），申请专利7项，授权3项。通过本项目的研究工作，成功开发出的多孔金属纤维烧结板具有高孔隙、大孔径、高比表的结构特征，在Cu/Zn/Al/Zr催化剂的负载过程中表现出优异的性能，并对于重整制氢反应过程中传热传质过程具有显著的改善效果，是未来理想的催化剂反应载体材料的重要选择。因此，本项目的研究工作对于提高我国在微通道反应器及其反应载体领域的制造技术和理论研究水平具有非常重要的意义。