[实用新型]一种带多孔微通道结构的多尺度反应载体

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种反应载体，尤其是一种带多孔微通道结构的多尺度反应载体。

背景技术

随着社会经济的发展和人口数量的提高，能源正以越来越快的速度被消耗，当前，新能源的研究和开发已成为世界范围内的难题和热点。氢能和燃料电池作为21世纪洁净高效的能源利用技术，已成为全球性的研究热点之一。氢能是一种极为优越的新能源，其主要优点有：燃烧热值高，燃烧产物无污染，制氢资源丰富。氢燃料电池以其能效高，方便可靠等优点，获得了大力发展；目前，纯氢的运输、存储和加注技术及设施不能满足分散性氢站尤其是进入家庭使用的要求，因此通过现有的化石燃料的储运加注设施，并利用燃料重整制氢为一种高效、方便和快捷的方式。

目前，醇类自热重整制氢是醇类制氢的一个重要发展方向。它是通过醇类或氢气等燃料的燃烧，为醇类水汽重整提供足够的热量，以实现醇类自热重整制氢。醇类水汽重整得到的气体产物中，氢气含量高，一氧化碳含量低（一氧化碳可使氢燃料电池的阳极中毒失效），从而提高了醇类的转化效率和醇类反应器的能量密度，并降低了一氧化碳的去除难度。

近些年来，世界各国的很多相关单位开展了对自热型重整制氢反应机理的研究。催化剂附着程度和化学反应的面积是改善反应过程的两个重要条件，通过提高催化剂附着和化学反应的实际反应面积，从而设计性能更好的反应器。同时，微反应器设计的可加工性、成本高低、难易程度等也是需要考虑的因素。因此，设计性能更好、易于加工、可批量生产和易于催化剂附着的微反应器结构和制造方法是自热型制氢微反应器技术的重要方面。

中国实用新型专利（申请号 200610104598.4）公开了一种金属泡沫催化重整反应器。该反应器采用套管结构，套管之间设置有金属泡沫作为催化剂载体，外层催化燃烧释放的热量，传递到内管中间的金属泡沫进行催化重整，高效清洁地制取氢气，但是采用管式结构，不易扩大反应规模，热传递效率低。

中国实用新型专利（申请号 200610124078.X）公开了一种用作催化剂载体的定向铜纤维烧结毡及其制造方法，制造铜纤维，并将其按照一定规律缠绕在不锈钢板凹槽中，压紧后用氧化铝粉末覆盖，随后在高温下烧结，得到定向铜纤维烧结毡。该方法制造出的反应载体热导性不好，不利于反应载体的层叠扩展。

中国实用新型专利（申请号 201310554712.3）公开了一种自热错排微凸台阵列型醇类重整器，包括重整制氢板和催化燃烧板，用于进行醇类燃烧和水汽重整制氢反应，实现自热运行，但是表面负载的催化剂易脱落，导致反应速率的降低和醇类转化率的下降。

在醇类重整制氢微反应器中产生的氢气，可以直接应用在燃料电池中，而微型氢源和DMFC的集成可以实现分散性燃料电池或可移动氢源的快速发展。随着小型家用电器的普及，相应的清洁高效的微电源系统必定会获得大力发展，因而，微型氢源集成系统的市场前景非常广阔。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本实用新型提出了一种带多孔微通道结构的多尺度反应载体。

本实用新型采用的技术方案是：

以矩形板作为反应载体在矩形板上开有多排平行间隔均布的微通道，微通道的截面呈倒梯形，在微通道内三个表面上均开有均匀分布的微孔，微孔内部为粗糙表面，由微孔、微通道和反应载体形成微观-介观-宏观的多尺度反应载体。

所述的微孔为不规则形状的微孔。

所述的微孔的深度为50-300μm。

所述的微通道倒梯形截面中，长底边的长为0.8-1.5mm，高为0.6-1mm，斜边与长底边的夹角为60-70°。

所述的两条相邻微通道之间的距离为0.2-0.4mm。

本实用新型具有的有益效果是：

本实用新型与传统的微通道反应载体相比，可以显著增大其比表面积，同时提高催化剂的附着面积和附着力，从而提高醇类重整制氢的反应速率和转化率。

本实用新型与泡沫金属反应载体相比，多尺度复合结构的一次成型制造，改善了反应载体的传热能力，利于反应载体温度的均匀分布，并可以显著降低反应的压降，利于反应载体的层叠扩展，扩大反应的规模。

本实用新型可采用表面烧结溶解法，完成了多尺度复合结构的一次成型制造，简单高效，成本低廉，利于大规模推广。

本实用新型可采用表面烧结溶解法，基于粉末冶金的工艺，成形效果好，随后的机械加工量较少，节约金属，降低生产成本。

本实用新型采用的表面烧结溶解法，与烧结溶解法进行泡沫金属的制备相比，显著降低了粉末冶金成形对压强、烧结温度和时间的要求，大大降低了生产成本。