CN109181778A

CN109181778A - 一种利用高灰煤高效制氢的u型反应器

Info

Publication number: CN109181778A
Application number: CN201811225937.3A
Authority: CN
Inventors: 程相龙; 郭晋菊; 程子恩; 宋成建; 张延兵; 王要令; 刘丽华
Original assignee: Henan University of Urban Construction
Current assignee: Henan Dedi Zhizun Industrial Co.,Ltd.
Priority date: 2018-10-21
Filing date: 2018-10-21
Publication date: 2019-01-11
Anticipated expiration: 2038-10-21
Also published as: CN109181778B

Abstract

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。

Description

一种利用高灰煤高效制氢的U型反应器

技术领域

本发明涉及高灰煤制氢设备领域，具体为一种利用高灰煤高效制氢的U型反应器。

背景技术

随着对煤炭资源的大规模开采和利用，优质煤炭资源越来越少，大量的劣质煤资源，尤其是高灰煤在剩余资源中比例增大。据不完全统计，仅河南义马煤田原煤灰分可能达到 40%以上的高灰煤约1.1亿吨，山西省2800多亿吨煤炭储量中高灰煤（多伴随高硫、高灰熔点）约占1/3。开发高灰煤清洁利用技术，不但可以缓解我国的能源危机和环境危机，对我国的能源战略也具有显著的积极意义。这些高灰劣质煤大多煤质年轻黏结性差或无粘结性，不适宜作炼焦用煤或炼焦配煤；作为直接液化用煤，其灰含量远远超标，碳氢比也不合适，碳含量太低；做发电用煤，其热值较低，只能少量掺烧；固定床气化原料需要6-50mm块煤，这些劣质煤中块煤所占比例太少，大量细粒煤无法充分利用；利用水煤浆气化，这些煤炭内水含量、灰分含量的影响，难以制得高浓度、性能良好的水煤浆^[8]；用于气流床壳牌气化则因原料煤灰分高、热值低而无法使用。

利用高灰煤气化制取氢气是高效利用高灰煤的有效手段，目前，常见的高灰煤制气装置为流化床气化炉。目前，从世界范围看，高灰煤流化床煤气化技术尚未实现大规模推广与应用，我国的流化床煤气化技术走在世界前列，流化床气化技术正处于“试运行”阶段，国内先后建立了0.6MPa和1.0MPa的加压气化示范装置，其中1.0MPa装置是目前全球压力最高流化床气化炉。从运行情况来看，常压/加压流化床气化炉可以“消化”灰含量30-40%的高灰煤，产出富含CO和H₂的煤气。

但是存在下列问题：（1）气化炉单位时间的煤炭处理量（气化强度）明显偏低，仅为设计值的60-80%；（2）在设计的停留时间下，炭转化率较低，约为75-86%。（3）大量的灰分在炉内被加热到1000℃以上，然后排出气化炉，不但气化炉热效率低，且浪费大量的煤炭（燃烧热），气化效率低。（4）高灰煤气化灰渣具有温度高、灰量大的特点，在常压条件下，多采用螺旋冷渣机或空气逐级冷却，存在设备庞大，装置占地面积大，冷却效果非常不理想，能耗高。在加压条件下，采用螺旋冷渣机冷却灰渣还存在转动部分密封困难、煤气容易泄露等问题。其中问题（1）和问题（2）都说明流化床中高灰煤活性低，气化速率低，需要较长的炉内停留时间。问题（3）说明了高灰煤灰分白白带走大量热量，气化热效率较低。问题（4）说明了大量高温灰的难以实现高效冷却。这些问题严重制约了高灰煤流化床气化技术的大规模推广和安全稳定运行，更谈不上满负荷运行和经济运行。

因此，针对高灰煤气化活性低，气化热效率低及高温大灰量难冷却的问题，开发一种高气化速率、高热效率的反应器已经是一个值得研究的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种可以提高高灰煤的反应活性，增大气化速率，提高气化热效率的利用高灰煤高效制氢的U型反应器。

本发明的目的是这样实现的：

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，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包括设置在活化区筒体上方的高灰煤进口1，以及设置在活化区筒体内的第一气体分布器2；所述的第一气体分布器2的外本体上缠绕有电热丝5，第一气体分布器2与活化区筒体之间为第一气体均匀分布室3；活化区筒体上设置有外界与第一气体均匀分布室3连通的第一进气管4；所述的第一气体均匀分布室3与第一气体分布器2之间均采用焊接连接；所述的高灰煤进口1上设置有第一单向阀a；

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；

所述的活化区C包括与除矸区B一端连通固定的第三气体分布器10，所述的第三气体分布器10的下端与除矸区B一端连通，上端连通设置有安全阀e的出气管13；所述的第三气体分布器10与除矸区B的筒体之间为第三气体均匀分布室11；所述的除矸区B的筒体上设置有与第三气体均匀分布室11连通的第三进气管12；所述的第三气体均匀分布室11与第三气体分布器10之间均采用焊接连接；

所述的气体分布器包括第一气体分布器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；

所述的制气区C的直径不大于活化区A的1/3，除矸区B的直径不大于活化区A的1.5倍；制气区C的直径同时满足制气区C中表观气体流速不低于上升速度的5倍；

所述的进气管包括第一进气管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；

所述的高灰煤进口1的直径为煤颗粒直径的8到30倍，不大于第一气体分布器2的直径的1/3，高灰煤进口1与气体分布器2采用锥形容器连接；

所述的灰渣出口9的直径为煤颗粒直径的10到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℃；

所述的出气管13的直径不大于第三气体分布器10的直径的1/4，出气管13与第三气体分布器10采用锥形容器连接；

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。

积极有益效果：本发明利用最新的研发成果——氧化反应与气化反应的协同作用，同时考虑高灰煤气化活性低、气化热效率低、大灰量冷渣冷却困难的现状，将高灰煤的制氢过程分为活化区，除矸区和制气区，提高高灰煤活性，降低灰含量，以便增大气化速率，同时减少进入高温区的灰分，进而减少灰分带出的热量，提高热效率，减少高温灰量，解决冷渣难题。

（1）通过在活化区的活化作用，大大提高高灰煤的反应活性，进而提高高灰煤在制气区的气化速率。这主要是由于氧化反应的开孔和扩孔作用使碳颗粒使碳颗粒微孔数量、比表面积、孔容、吸附量大大增加，更多的碳表面活性位暴露出来；氧化反应也促进了半焦中C=O键（(531.6±0.5)eV）、-C-O键（(534.1±0.4)eV）的断裂和高活性的羧基COO-（(533±0.6)eV）等活性基团的生成。

（2）通过在除矸区的筛选对灰含量较高的煤炭（如灰分大于47%）进行初步分离，避免进入制气区，白白吸收热量后高温排出，大大提高气化热效率。这是由于除矸区采用了流化筛选和磁铁筛选相结合的形式，高灰分煤炭密度大、灰分中磁性氧化物含量多容易被拦截下来，直接排除反应器，避免进入高温制气区被加热后再排除。

（3）该反应器减少了高温灰渣量，不但提高了热效率，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。目前大灰量的高温冷却问题仍是高灰煤气化亟待解决的难题之一，尤其是加压下大量灰渣的冷却问题。高灰煤气化灰渣具有温度高、灰量大的特点，目前多采用螺旋冷渣机或空气逐级冷却，存在设备庞大，装置占地面积大，冷却效果差，能耗高。在加压条件下，还存在转动部分密封困难、煤气容易泄露等问题。

（4）该反应器气化速率高，处理量相同的情况下，设备占地面积小，投资少，操作容易。该反应器热效率高，节省了燃烧的煤炭，经济效益较好。同时灰渣易于冷却，减少了冷却过程的飞灰量，减轻粉尘污染，实现了节能环保。

附图说明

图1为本发明的结构示意图一；

图2为本发明的结构示意图二；

图3为本发明的结构示意图三；

图4为本发明的结构示意图四；

图中为：活化区A、除矸区B、制气区C、高灰煤进口1、第一气体分布器2、第一气体均匀分布室3、第一进气管4、电热丝5、第二气体分布器6、第二气体均匀分布室7、第二进气管8、灰渣出口9、第三气体分布器10、第三气体均匀分布室11、第三进气管12、出气管13、保温层14、第一吹送气口15、第二吹送气口16、第三吹送气口17、第一单向阀a、第二单向阀b、第三单向阀d、安全阀e。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步的说明：

如图1所示，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，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的温度不高于500度，由热电热丝或热电热带5提供。

所述的气体分布器包括第一气体分布器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；

所述的制气区C的直径不大于活化区A的1/3，除矸区B的直径不大于活化区A的1.5倍；制气区C的直径同时满足制气区C中表观气体流速不低于上升速度的5倍；上升速度按照下式计算，制气区C中总气量难以使气体速度达到上升速度的5倍时，可以用水蒸气，二氧化碳补充，优先选用水蒸气。

所述的进气管包括第一进气管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有制气温度确定，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，或设置在制气区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；采取气体分布器与气体均匀分布室相结合的形式，实现均匀布气；在底部设置吹送气口时，气室位于除矸区B正下方，覆盖面积不大于管道外表面的1/2，保证气流上行；在左侧面设置吹送气口时，气室位于气体分布室3正下方，覆盖面积不大于除矸区B管道垂直截面的1.1倍；冲送气选用水蒸气或二氧化碳。

本发明中所使用的的高灰煤是以空气干燥机为基准灰分大于38%，水分不高于12%的高灰煤，尤其是长焰煤和褐煤。

实施例1

反应器由活化区A、除矸区B及制气区C组成，活化区A、除矸区B及制气区C均为圆筒形容器，依次连接成U型，活化区A、制气区C竖直放置，除矸区B水平放置。活化区A由高灰煤进口1、第一气体分布器2、第三气体均匀分布室3、设置在分布室3上的第一进气管4及第一气体分布器2上缠绕的电热丝5组成；除矸区B由第二气体分布器6，第二气体均匀分布室7、设置在第二气体均匀分布室7上的第二进气管8及灰渣出口9组成。活化区C由第三气体分布器10，第三气体均匀分布室11、设置在第三气体均匀分布室11上的第三进气管12及出气管13组成。所述的除矸区B中部分外表面附有保温材料层14。

所述的高灰煤是以空气干燥机为基准灰分大于38%，水分不高于12%的长焰煤；所述的活化区A、除矸区B及制气区C均为圆筒形容器，所述的除矸区B两端分别与活化区A和制气区C之间采用加工制造时一体浇铸；

所述的气体分布室与气体分布器之间均采用焊接连接。

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，分布板锥角120度；3个气体分布器的开孔形式可以采用正三角形，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。

所述的制气区C的直径等于活化区A的1/4，除矸区B的直径等于活化区A的1.3倍。制气区C的直径还满足，制气区C中表观气体流速不低于上升速度的5倍，上升速度按照下式计算，制气区C中总气量难以使气体速度达到上升速度的5倍时，选用水蒸气补充。

所述的第一进气管4为氧气进口，其体积浓度等于4%，以二氧化碳作为平衡气。

所述的活化区A的温度为400度，由电热丝5提供。出气管13

所述的高灰煤进口1的直径为煤颗粒直径的8倍，不大于第一气体分布器2的直径的1/3，高灰煤进口1与第一气体分布器2采用锥形容器连接。

所述的灰渣出口9的直径为煤颗粒直径的20倍，同时满足，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倍.

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有制气温度确定，根据制气区C的热量平衡计算求得；制气区C的温度1100℃。

所述的出气管13的直径为第三气体分布器10的直径的1/4，出气管13与第三气体分布器10采用锥形容器连接。所述的进气管包括第一进气管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；

如图2所示，所述的除矸区B，根据煤颗粒的大小，在除矸区B左侧面，即活化区A与除矸区B交汇侧面设置吹送气15，采取分布器与气室相结合的形式，实现均匀布气。在左侧面设置吹送气时，气室位于气体分布室3正下方，覆盖面积约等于除矸区B管道垂直截面的1倍；冲送气选用二氧化碳。

实施例2

在实施例1的基础上，如图3所示，根据煤颗粒的大小，在除矸区B底部的右半部分设置第二吹送气口16，采取分布器与气室相结合的形式，实现均匀布气，气室位于除矸区B正下方，覆盖面积等于除矸区B底部的右半部分管道外表面的1/2，气流上行。冲送气可选用水蒸气。

所述的高灰煤是以空气干燥机为基准灰分大于38%，水分不高于12%的褐煤。

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，分布板锥角在135度之间；3个气体分布器的开孔形式采用正方形，采用耐磨耐高温材质制作，其中气体分布器6采用具有磁性的耐磨耐高温材质制作。

所述的制气区C的直径为活化区A的1/3，除矸区B的直径等于活化区A的1.5倍。制气区C的直径还需满足，制气区C中表观气体流速为上升速度的5倍，上升速度按照下式计算，制气区C中总气量难以使气体速度达到上升速度的5倍时，用二氧化碳补充。

所述的第一进气管4为气态臭氧进口，其体积浓度6%，以氮气作为平衡气。

所述的活化区A的温度为500度，由电热丝或电热带5提供。

所述的高灰煤进口1的直径为煤颗粒直径的30倍，不大于第一气体分布器2的直径的1/3，高灰煤进口1与第一气体分布器2采用锥形容器连接。

所述的灰渣出口9的直径为煤颗粒直径的10倍，同时满足，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倍.

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有制气温度确定，根据制气区C的热量平衡计算求得。制气区C的温度为1000℃。

所述的出气管13的直径等于第三气体分布器10的直径的1/5，出口13与第三气体分布器10采用锥形容器连接。

实施例3

在实施例1的基础上，如图4所示，根据煤颗粒的大小，在除矸区B底部的右半部分制气区C水平投影部分设置第三吹送气口17，采取分布器与气室相结合的形式，实现均匀布气，气室位于除矸区B正下方，覆盖面积等于制气区C水平投影对应的管道外表面积。冲送气选用水蒸气。

本发的工艺流程为：高灰煤通过高灰煤进口1进入活化区A，与来自第一进气管4的低浓度氧气在电热丝5加热维持设定温度下反应，电热丝5提供反应需要的热量，维持反应温度。在活化区A通过氧化反应的开孔和扩孔作用，使碳颗粒使碳颗粒微孔数量、比表面积、孔容、吸附量大大增加，更多的碳表面活性位暴露出来；氧化作用也促进了半焦中C=O键（(531.6±0.5)eV）、-C-O键（(534.1±0.4)eV）的断裂和高活性的羧基COO-（(533±0.6)eV）等活性基团的生成，因此大大提高高灰煤的活性，为高灰煤的制气反应提供有利条件。

经过活化区A的活化作用后，高灰煤变为半焦，在活性大大提高的同时，灰含量进一步增大。高灰煤半焦在气流作用下（来自第一进气管4或/和第一吹送气口15）进入除矸区B,通过来自第二进气管8的流化风的流化筛选和第二气体分布器6的磁筛对灰含量相对较高的半焦进行初步分离，使其通过灰渣出口9排出，避免进入制气区C。

经过活化、除矸后，高活性、相对低灰含量的半焦进入制气区C，与来自第三进气管12的氧气和水蒸气在1000℃以上高温下发生如下反应，生成合成气，成分以氢气为主。反应温度主要有反应（1）和（2）提供，属于自热式。

经过以上反应，半焦气化形成合成气，同时形成灰渣，灰渣主要成分为金属氧化物，相对半焦，其密度显著增大，向上的气流难以托浮，在重力作用下返回制气区C与除矸区B的交汇处，即除矸区B的右侧，经过一定时间的累积后，灰渣量达到一定值，停止所有进料，包括高灰煤和所有气体。在来自第二吹送气口16或第三吹送气口17的气流冲送下灰渣从灰渣出口9排出。然后再重新从高灰煤进口1加入高灰煤，开始制气。如此循环操作。

本发明利用最新的研发成果——氧化反应与水蒸气气化反应的协同作用，同时考虑高灰煤气化活性低，气化热效率低的现状，将高灰煤的制氢过程分为活化区，除矸区和制气区，提高高灰煤活性，降低灰含量，以便增大气化速率，同时减少进入高温区的灰分，进而减少灰分带出的热量，提高热效率。具体表现在以下几个方面：

（2）通过在除矸区的筛选对灰含量较高的如灰分大于47%的煤炭进行初步分离，避免进入制气区，白白吸收热量后高温排出，大大提高气化热效率。这是由于除矸区采用了流化筛选和磁铁筛选相结合的形式，高灰分煤炭密度大、灰分中磁性氧化物含量多容易被拦截下来，直接排除反应器，避免进入高温制气区被加热后再排除。

以上实施案例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。

Claims

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。

2.根据权利要求1所述的一种利用高灰煤高效制氢的U型反应器，其特征在于：所述的活化区（A）包括设置在活化区筒体上方的高灰煤进口（1），以及设置在活化区筒体内的第一气体分布器（2）；所述的第一气体分布器（2）的外本体上缠绕有电热丝（5），第一气体分布器（2）与活化区筒体之间为第一气体均匀分布室（3）；活化区筒体上设置有外界与第一气体均匀分布室（3）连通的第一进气管（4）；所述的第一气体均匀分布室（3）与第一气体分布器（2）之间均采用焊接连接；所述的高灰煤进口（1）上设置有第一单向阀（a）。

3.根据权利要求1所述的一种利用高灰煤高效制氢的U型反应器，其特征在于：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到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。

4.根据权利要求1所述的一种利用高灰煤高效制氢的U型反应器，其特征在于：所述的活化区C包括与除矸区（B）一端连通固定的第三气体分布器（10），所述的第三气体分布器（10）的下端与除矸区（B）一端连通，上端连通设置有安全阀（e）的出气管（13）；所述的第三气体分布器（10）与除矸区（B）的筒体之间为第三气体均匀分布室（11）；所述的除矸区（B）的筒体上设置有与第三气体均匀分布室（11）连通的第三进气管（12）；所述的第三气体均匀分布室（11）与第三气体分布器（10）之间均采用焊接连接。

5.根据权利要求1所述的一种利用高灰煤高效制氢的U型反应器，其特征在于：所述的气体分布器包括第一气体分布器（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）；所述的进气管包括第一进气管（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）。

6.根据权利要求4所述的一种利用高灰煤高效制氢的U型反应器，其特征在于：所述的制气区（C）的直径不大于活化区（A）的1/3，除矸区（B）的直径不大于活化区（A）的1.5倍；制气区（C）的直径同时满足制气区（C）中表观气体流速不低于上升速度的5倍。

7.根据权利要求2所述的一种利用高灰煤高效制氢的U型反应器，其特征在于：所述的高灰煤进口（1）的直径为煤颗粒直径的8到30倍，不大于第一气体分布器（2）的直径的1/3，高灰煤进口（1）与第一气体分布器（2）采用锥形容器连接。

8.根据权利要求5所述的一种利用高灰煤高效制氢的U型反应器，其特征在于：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℃。

9.根据权利要求5所述的一种利用高灰煤高效制氢的U型反应器，其特征在于：所述的出气管（13）的直径不大于第三气体分布器（10）的直径的1/4，出气管（13）与第三气体分布器（10）采用锥形容器连接。

10.根据权利要求1或3所述的一种利用高灰煤高效制氢的U型反应器，其特征在于：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）。