中文摘要：

化学工业过程中通常将多个不同反应过程耦合在紧凑的集成式反应器内，如何优化不同反应区之间的重叠程度及耦合传递已成为普遍需要吸热和放热耦合的当代化工行业中面临的最重要的任务之一。针对多过程集成反应器中的共性问题，本项目以催化燃烧和物料预热气化、蒸汽重整等过程的耦合集成为目标体系，系统研究小型集成反应器的限制空间内不同反应速率的吸放热反应协调控制理论、非均匀温度场及有限空间内的传热强化、化学反应耦合与热点及副反应控制之间的协同行为，建立通过匹配物流和能流分布、消除反应热点，达到提高产品气质量、反应器效率的设计理论；并用以指导解决氢-燃料电池实用小型化所面临的集成式重整制氢反应器设计难题，同时为化工行业中需吸热和放热耦合的体系提供新的设计思路。

结论摘要：

化学工业过程中通常将多个不同反应过程耦合在紧凑的集成式反应器内，如何优化不同反应区之间的重叠程度及耦合传递已成为普遍需要吸热和放热耦合的当代化工行业中面临的最重要的任务之一。针对多过程集成反应器中的共性问题，本项目以催化燃烧和物料预热气化、蒸汽重整等过程的耦合集成为目标体系，采用实验研究与理论计算相结合的研究方法，结合温度均匀分布的多过程集成反应器的设计思路，将放热反应和吸热反应按不同方式耦合，利用结构催化剂的天然微通道、阻力降低的优势，研发了可与微型燃料电池相匹配的微型制氢重整器，使重整、催化燃烧、原料气化及其水气变换反应高度耦合于同一系统中；并以提高燃料转化率和产品气质量为目标，以系统热效率和能量效率最优化为原则，从反应器结构、物流分配方式等方面入手，优化反应器性能，实现集成式天然气重整制氢反应器的应用；本课题研究中所涉及的流体在微小尺度内的流动、传热、传质过程及多反应耦合过程，通过实验研究及反应模型的建立，为燃料重整与燃料电池的集成系统中相关整体催化反应器、流场分布设计等提供了理论依据，并能为催化燃烧和吸热过程相结合的工业过程提供技术支撑。