本发明公开了一种利用高灰煤高效制氢的U型反应器,由活化区、除矸区和制气区组成,依次连接成U型结构,其中除矸区水平向放置,活化区和制气区纵向设置在除矸区的两端,且内部连通。本发明基于高灰煤气化活性低、气化热效率低、冷渣困难的现状和氧化反应与气化反应之间协同作用等最新科研成果而提出。在活化区利用氧化作用改变高灰煤的表面孔隙结构,且促使碳氧键的断裂和高活性基团生成,提高高灰煤活性。在除矸区采用流化筛选和磁铁筛选相结合的形式,对灰含量较高的煤炭进行初步分离,避免其进入制气区白白吸收热量后高温排出,大大提高气化热效率,同时大大减少了高温灰量,降低了灰渣冷却设备的负荷,避免了大灰量的高温冷却难题。
1.一种利用高灰煤高效制氢的U型反应器,由活化区(A)、除矸区(B)和制气区(C)组成,其特征在于:所述的活化区(A)、除矸区(B)和制气区(C)均为圆筒形容器,依次连接成U型结构,其中除矸区(B)水平向放置,活化区(A)和制气区(C)纵向设置在除矸区(B)的两端,且内部连通;所述的活化区(A)和制气区(C)与除矸区(B)的两端焊接固定或者采用一体铸材结构;所述的活化区(A)、除矸区(B)和制气区(C)的组成均包括气体分布器、气体均匀分布室和进气管;所述的活化区(A)、除矸区(B)和制气区(C)分别对应设置第一气体分布器(2)、第二气体分布器(6)和第三气体分布器(10);所述的第一气体分布器(2)和第三气体分布器(10)均为圆筒形容器,第二气体分布器(6)为锥形容器,组成第二气体分布器(6)的分布板锥角在50-135度之间;第一气体分布器(2)、第二气体分布器(6)和第三气体分布器(10)上的开孔形式采用正方形、正三角形或菱形的均匀形式,采用耐磨耐高温材质制作,其中第二气体分布器(6)采用具有磁性的耐磨耐高温材质制作;所述的除矸区(B)中除除矸区(B)的筒体部分外的外表面均附有保温材料层(14);所述的活化区(A)、除矸区(B)和制气区(C)分别对应设置第一进气管(4)、第二进气管(8)和第三进气管(12);所述的第一进气管(4)和第三进气管(12)上分别设置有第二单向阀(b)和第三单向阀(d);所述的第一进气管(4)为气态氧化物质进口,主要是臭氧、氧气或气态的双氧水,其体积浓度不高于6%,以氮气或二氧化碳作为平衡气;所述的第三进气管(12)为氧气和水蒸气混合物的进口,进口氧气和水蒸气的比例由制气温度确定,根据制气区(C)的热量平衡计算求得,制气区(C)的温度不低于1000℃;所述的除矸区(B)包括第二气体分布器(6),与第二气体分布器(6)连通的灰渣出口(9);所述的第二气体分布器(6)与活化区筒体之间形成有第二气体均匀分布室(7),同时活化区筒体上设置有与第二气体均匀分布室(7)连通的第二进气管(8);所述的第二气体均匀分布室(7)与第二气体分布器(6)之间均采用焊接连接;所述的灰渣出口(9)的直径为煤颗粒直径的10-20倍,同时灰渣出口(9)中通入向上的水蒸气,水蒸气表观速度为灰渣颗粒最小流化速度的1.2-2.5倍;所述的除矸区(B)上设置有吹送气口;所述的吹送气口包括设置在活化区(A)与除矸区(B)交汇的左侧面上的第一吹送气口(15),设置在除矸区(B)底部上的第二吹送气口(16),和设置在制气区(C)与除矸区(B)连接的制气区(C)下方除矸区(B)底部上的第三吹送气口(17)。
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