具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现“上”、“下”、“内”、“背”等指示方位或位置关系的术语，其为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；若出现“第一”、“第二”、“第三”等术语，其也仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，在本发明的描述中，除非另有明确的限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“连接件”应做广义理解。例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，亦或是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明涉及一种耦合式煤粉热解与半焦还原CO₂制取CO的设备，该耦合式煤粉热解与半焦还原CO₂制取CO的设备，包括上下连通设置的两段流化床反应器。其中，上段为热解段，下段为还原段。热解段设有进料装置和排气部，且热解段内上下间隔地设有多层层板。进料装置用于将物料供入热解段内的顶部，物料依次经各层层板下落后，进入还原段。

在还原段上设有排灰口和若干进气口，由进气口进入的气流将还原段内的物料吹动成流化态。排灰口用于排出物料和气流反应生成的灰渣。由还原段进入热解段的气流，依次通过各层层板后经排气部排出，并将各层层板处的物料吹动成流化态。如此设置，可利用CO₂还原过程中产生的高温气体来加热和热解煤粉，简化了制取工艺，提高了热源利用率。

基于上述的设计思想，本发明的耦合式煤粉热解与半焦还原CO₂制取CO的设备的一种示例性结构如图1所示，其主要包括上下连通设置的两段流化床反应器。其中，上段为热解段1，下段为还原段2。在本发明中，热解段1和还原段2均配置为圆筒状，其中，热解段1的直径为0.8～10m，高度为1～20m；还原段2的直径为0.6～10m，高度为2～20m。采用圆筒状的热解段和还原段，有利于流化态物料及气流的流动，对热解段1和还原段2进行限定，可保证CO的制取有充足的反应空间。

在上述热解段1上设有进料装置10和排气部11，且热解段1内上下间隔地设有多层层板。其中，进料装置10用于将物料供入热解段1内的顶部，物料依次经各层层板下落后，进入还原段2。如图1所示，排气部11可设置在热解段1的顶部，为了提高排出气体中CO的浓度，上述热解段1的截面顶部呈半圆形，有便于进行CO的富集。排气部11可配置为旋风分离器111，如此设置，可以将气流中的固体分离，以提高气体中CO的纯度，以及固体物料的利用率。

在还原段2设有排灰口204和若干进气口，由进气口进入的气流可将还原段2内的物料吹动成流化态。如图1-3所示，排灰口204位于还原段2的下部，用于排出物料和气流反应生成的灰渣。而进气口则向还原段2输入反应气体，反应气体至少包括CO₂和O₂。经过还原段2进入热解段1的气流，会依次通过各层层板后经排气部11排出，并将各层层板处的物料吹动成流化态。

为了避免因还原段2内部空间较大，出现气体与物料未能接触反应的现象出现，当还原段2的直径超过1m，可在还原段2内设置垂直挡板或网格作为构件，对还原段2内的流体进行分割，以保证还原段2内CO还原反应的充分进行。

为了提高CO还原反应的中CO的制备效率，在上述还原段2内设有导流结构，以便在气流吹动下，因导流结构的引导，使得物料在还原段2内能够形成不同的流段，进而形成内循环筒形气固流化床形式。落入还原段内的半焦被气体吹动呈流化态，并在导流结构引导下形成能够形成不同的流段。如此设置，有利于进一步地提高半焦和气体的反应效果。其中，内循环筒形气固流化床的总高度分为密相段(浓相区)和稀相段(分离区)，而煤料与气体接触发生反应，主要的反应区域是密相段，也就是浓相段。浓相段主要存在于还原段2的上部，并靠近导流结构。

基于上述的结构进行优化，上述导流结构包括与还原段2同轴设置的导流筒21。在本发明中，导流筒21呈圆筒状，导流筒21的材质可选用耐火材料，例如耐高温钢材、氧化铝、二氧化硅或氧化镁。导流筒21可通过基础支架支撑或固定在还原段2内，导流筒21的设置可使进气口进入的气流在导流筒21和还原段2之间形成环流，从而在导流筒21的内部和外部形成不同的流段。为了保证反应的充分进行，当导流筒21的直径超过1m，则可在导流筒中加入垂直挡板或网格作为构件，将导流筒21中的流体分割为边长为0.15～0.5m的通道。

同时，为了提高气体环流的效果，导流筒21的底部可构造为喇叭形，使得导流筒21下端口与上端口的面积之比为1.0～1.5。将导流筒21底部构造为喇叭形，有利于提高气体在还原段2的流动效果，保证气体进行稳定而持久环流。

如图1所示，上述进气口包括设于还原段2底部的第三进气口203，以及设于热解段1的侧壁上、并将气流向下引至导流筒21和热解段1的内壁之间的第一进气口201。在本发明中，第一进气口201的高度位置低于导流筒21的上口端，且与导流筒21上口端的距离为0.3～1.0m。通过第一进气口201进入还原段2的气体为CO₂，通过第三进气口203进入还原段2底部的气体为O₂。物料随第三进气口203进入的CO₂在导流筒21内上升，并随第一进气口201进入的O₂从导流筒21外部回流至导流筒21内，以形成环流。如此设置，在导流筒21外部的流段，半焦和由第一进气口201进入CO₂发生还原反应；在导流筒21内部的流段，半焦和由第三进气口203进入O₂发生氧化反应，提升了还原段2内的热反应效果。配合导流筒21使得气体在导流结构内形成环流，可推动物料流动，使得物料在环流中与气体充分反应，提高了CO制取的效率。

此外，如图1所示，为了避免物料因自身重力而在还原段2底部沉积或未能随O₂而流动，在本发明中，在还原段2的底部构造有与第三进气口203连通的进气仓206，进气仓206呈倒置的圆锥状，进气仓206的顶部设有将气流引入导流筒21内的布气结构207。布气结构207可以是单个直孔泡帽、直孔筛板、泡帽侧缝分布板、泡帽侧孔分布板、条形侧缝分布板、直孔泡帽分布板、锥形侧孔分布板、锥形侧缝分布板中的一种，材质为耐高温金属材料，例如耐高温钢材、氧化铝、二氧化硅或氧化镁等耐火材料。如此设置，可对气体主要流动方向进行把控，同时也有利于实现气体的分散流动，增加气体与物料的接触空间。

基于上述进气口的结构进行优化，如图2所示，可在还原段2的底部中央设有与第三进气口203连通的喷气管205，喷气管205可将气流吹入导流筒21内。在本发明中，导流筒21的下端面与喷气管205上端口的距离为-0.2～0.5m，当导流筒21的下端面与喷气管205上端口的距离为负值时，此时喷气管205上端口探入到导流筒21下端面中，并位于导流筒21下端面的上方。

另外，如图2所示，为了减少物料因自身重力而沉积导致反应无法充分，还可以环绕喷气管205设置有回流托底22。回流托底22的横截面呈曲线形，以将导流筒21外部的物料引流到导流筒21内。通过设置喷气管205可以提高气流吹入时的流动速度，保证气体流动的动力充足，同时，构造的回流托底22也有利于提高物料的流动性，以保证反应的充分进行。

此外，为了提高气体的环流速度，可在第一进气口201的下方设置有第二进气口202，设置第二进气口202不仅可以加快环流的速度，还可向还原段2内补充反应所需的气体，提高反应气体的浓度。作为一种可行的实施方式，如图2和图3所示，通过第二进气口202向还原段2内补充O₂，通过第三进气口203向还原段2内补充O₂和CO₂。

上述热解段1被配置为圆筒状，层板12采用旋流板，旋流板与热解段1的内壁之间间隙设置，而形成供物料下落的下料通道121。下料通道121的下方设有引导结构122，引导结构122用于将通过下料通道121的物料引导至下方相邻的层板12上。将热解段1配置为圆筒状，有利于层板12的安装及气体的流动。采用旋流板作为层板12，可将物料进行分散。同时，引导结构的设置可确保预热后物料向下流动。。

在本发明中，层板12的数量为3～15，且上下相邻的层板间距为0.3～1.5m。上述的进料装置10位于最上一个层板12的上方0.3～1.0m。层板12为旋流型，包括旋流板和下料管。结合图4和图5所示，旋流板由多个叶片组成，其中，叶片仰角为α，叶片径向角为β。此外，旋流板的截面积占热解段1内截面积之比为0.80～0.95，旋流板1的开孔率为10～40％；下料管为环隙形或多管型，下料管的截面积占热解段内截面积之比为0.05～0.2。层板12的材质为耐火材料，例如耐高温钢材、氧化铝、二氧化硅或氧化镁等，层板12可通过预制和组装固定在热解段1内。

如图1所示，层板12依照上升气流的流向设置，在本发明中，旋流板采用外向板型，由多个螺旋状叶片组成，叶片数量为30～300个，叶片仰角α为5～45度，叶片径向角β为10～30度。对于大直径热解段1，旋流板可以采用双程或多程旋流板形式。如此设置，热解段1内的上升气流通过层板12上的开孔，将旋流板上的物料吹起而呈硫化状态，并由于旋流板为外向板的设置，物料会向着旋流板流动，并因重力大部分落到下料通道121内。在此过程中，气体和物料在热解段1内形成逆流接触，有利于延长高温气体与物料接触的停留时间，提高CO₂还原过程中产生热量的利用率。除此之外，上述的层板12还可以选用无下降管筛板形式，也可达到上述的目的，此时，上述的层板12的筛孔直径为0.005～0.015m，筛板开孔率为10～45％。

为了在热解段1内延长CO₂还原过程中产生的高温气体与物料的接触时间，还可以采用如图2所示的结构，在热解段1内设有与热解段1同轴设置的导流管13，各层板12环绕导流管13、并依照下降气流的流向设置。在本发明中，层板12由向下旋流板和降料管组成。此时，热解段1内的上升气流径直通过导流管13后迂回，再由上至下依次经过各层板12。排气部11设于最底层的层板12的下方。通过设置导流管13并将层板12环导流管13设置，可使气固在热解段1内形成并流接触，有利于提高CO₂还原过程中产生高温的利用率。

基于上述导流管13的结构，可将导流管13的底部构造为喇叭口状，由还原段2上升的高温气体可被引导而流入导流管13，以便于实现气固并流的接触形式，可提高气固并流多层流化床形式的工艺效果。

此时，上述排气部11配置在热解段1和还原段2之间，其中一种结构形式包括旋风分离器111、排气腔110、回排管112、连通管113和排气阀114，其中，回排管112一端连接在还原段2的顶部，一端安装有旋风分离器111，旋风分离器111的顶部出口与连通管113连通。旋风分离器111的侧部入口与热解段1内的排气腔110连通。在本发明中，连通管113采用环设备主体设置的环状结构，且在连通管113固装有排气阀114。设置旋风分离器111可以将气流中的固体分离，以提高气体中CO的纯度，以及固体物料的利用率。

除此之外，还可以采用如图3所示的结构，将上述的气固逆流的接触形式和气固并流的接触形式结合设置在热解段1中，热解段1分为上热解段和下热解段两部分，其中，下热解段为气固并流接触多层流化床，包括与热解段1同轴设置的导流管13，环绕导流管13、并依照下降气流的流向设置的各层板12，以及设于热解段1外的引流管路15。此时，导流管13的结构，以及层板12的结构、尺寸和链接方式与图2中所示的相同，在此不多加详述。引流管路15的一端连通设置在导流管13下沿和最下层层板12之间。引流管路15的另一端与下述中转腔14连通。

上热解段为气固逆流接触多层流化床，高温热气体与物料通过层板12逆流接触，上热解段包括层板12、中转腔14、进料装置10和排气部11。此时，层板12的结构、尺寸和链接方式，以及进料装置10和排气部11的结构均与图1所示相同，在此也不再详加赘述。其中，中转腔14位于上热解段的底部，可以避免气体直接从下热解段流向上热解段，上述引流管路15的另一端与中转腔14连通。

采用上述实施方案的耦合式煤粉热解与半焦还原CO₂制取CO的设备很好地通过将流化床反应器分为上下设置的热解段1和还原段2，可将含碳颗粒的焦化过程与焦炭还原CO₂为CO过程耦合一起，将焦炭还原CO₂过程中产生大量的热量用于含碳颗粒的焦化，简化了制取工艺，提高了热源利用率。

另外，本发明还涉及一种还原CO₂制取CO的方法，该方法基于上述的耦合式煤粉热解与半焦还原CO₂制取CO的设备完成制备。

该方法是将煤粉供入热解段1的顶部，使煤粉在下落过程中依次经过各层层板，同时为还原段2至少供入CO₂和O₂，且至少在设备启动时，对供入的气体进行预热；

由还原段2进入热解段1的高温气流依次通过各层层板，以将层板处的煤粉吹动成流化态，并最终排出；高温气流与煤粉充分接触而使煤粉热解为半焦；由热解段1下落至还原段2的半焦与供入还原段2的气体反应产生高温的CO，该CO形成进入热解段1的高温气流。

本方法通过采用上述的耦合式煤粉热解与半焦还原CO₂制取CO的设备，可以将含碳颗粒的焦化过程与焦炭还原CO₂为CO过程耦合一起，其中，采用了层板作为固体分散及气固接触的主要部件，大大地延长了气固接触的时间，使得焦炭还原CO₂过程中产生大量的高温气体高效的用于含碳颗粒的焦化，提高了热源利用率。此外，该方法在实行前的预热处理，也保证了CO制取的正常运行。

在制备反应正常运行时，此时，O₂主要从设备底部的第三进气口203进入，并经布气结构207或者喷气管205进入还原段2，与导流筒21外部循环下来的半焦颗粒一起进入导流筒21内，在向上流动的过程中与半焦发生氧化和燃烧反应，加热半焦颗粒达到炽热状态，然后在导流筒21上部的浓相段中实现大部分气体与半焦颗粒浓相床的分离。炽热状态的半焦颗粒随后进入导流筒21与还原段2内壁之间的环隙并向下流动，与第一进气口201进来的、且经预热后的CO₂气体进行反应生成CO。

自浓相段反应出来的高温气体向上进入热解段1并通过层板12，与由进料装置10送进来的煤粉，在层板12上实现气固的多级接触，此时，高温气体会加热煤粉并使其发生热解反应。热解后煤粉会逐级降落，进入还原段2的浓相料层中.经过最高处的层板12上来的含热解产物和CO的气体会经排气部11后进入下一工序。

为了有利于延长气固接触的时间，在还原段2内设置导流结构，落入还原段2内的半焦被气体吹动呈流化态，并在导流结构引导下形成能够形成不同的流段。导流结构的设置，有利于进一步地提高半焦和气体的反应效果。

同时，进了提高上述热解反应的反映效果，本方法中进入热解段1的高温气流，采用与下落的煤粉并流、逆流或并流和逆流交替设置的形式流经各层板。如此设置，可以极大地提高热量的利用率，保证含碳颗粒的焦化反应高效进行。

此外，在还原段2内的反应操作温度设置为800～1200℃；CO₂、O₂和半焦的摩尔比设置为1：1.3～4.7：1.5～4.5。供入还原段2的气体流速设为0.3～3.0m/s。对反应温度、物料及气体流速进行规范，可有效地确保制取CO工作的实施，有利于提高制取的CO浓度及反应热量的利用率。

为更便于理解和实施本发明的方案，下面将参考附图并结合实施例来进一步说明本发明。

实施例一

本实施例所述的耦合式煤粉热解与半焦还原CO₂制取CO的设备采用如图1所示的结构，设备主要包括上下连通设置的两段流化床反应器。其中，上段为热解段1，下段为还原段2。位于上方的热解段1采用多层气固逆流接触的流化床形式，直径为1m，高度为4m；下段为热解产物半焦还原CO₂制CO的还原段2，采用内循环导流筒形气固流化床形式，直径为0.8m，高度为4m，其中浓相段高3.5m。

其中，热解段1中的层板12数量为6，上下相邻的层板间距为0.5m。进料装置10配置有两个，且位于最上一个层板12的上方0.8m。层板12为旋流型，采用单程旋流板形式，旋流板的叶片数量为30个，叶片仰角α为12度，叶片径向角β为10～30度。旋流叶片材质为耐高温钢材。旋流板的截面积占热解段内截面积之比为0.85，旋流板的开孔率为25％。下料管为环隙形，下料管的截面积占热解段1内截面积之比为0.1。

还原段2流化床浓相段料层上料面与热解段1最下面一层旋流板的距离为1m，排灰口204在布气结构207之上0.3m。导流筒21通过基础支架支撑和固定在还原段2内，且导流筒21下端面距布气结构207的距离为0.3m。导流筒21为下端为喇叭口的圆筒，导流筒的横截面积与还原段2截面积之比为0.6，导流筒21与还原段2中流化床浓相段高度之比为0.7，下端面截面积与上端面截面积之比为1.3。布气结构207为单个直孔泡帽形，材质为耐高温金属材料。

在还原段2中，进入进气仓206的气体为O₂，经第一进气口201进入的气体为CO₂，还原段2流化床空塔气速为0.4m/s。还原段2中浓相料层的反应操作温度为1000℃，半焦停留时间为5min，CO₂、O₂和半焦的摩尔比1:1.87:2.5。导流筒21中的空塔气速为4m/s。

热解段1的操作温度呈自上而下的温度范围为400～1000℃，气体空塔气速为0.6m/s，煤粉在热解段1多级旋流板上与气体逆向接触的停留时间为5min。

实施例二

本实施例所述的耦合式煤粉热解与半焦还原CO₂制取CO的设备采用如图1所示的结构，热解段1采用多层气固逆流接触的流化床形式，直径为3m，高度为5m，还原段2采用内循环导流筒形气固流化床形式，直径为2.5m，高度为5m，其中浓相段高4m。

其中，层板12数量为10，上下相邻的层板间距为0.4m。进料装置10配置有两个，且位于最上一个层板12的上方1.0m。层板12为旋流型，采用双程旋流板形式，每程叶片数量分别为60个，叶片仰角α为10度，叶片径向角β为15度。旋流叶片材质为氧化铝耐火材料，通过预制和组装进行固定。旋流板的截面积占热解段内截面积之比为0.95，旋流板的开孔率为30％。下料管为多管型，下料管的截面积占热解段1内截面积之比为0.08。

还原段2流化床浓相段料层上料面与热解段1最下面一层旋流板的距离为1.3m，排灰口204在布气结构207之上0.4m。导流筒21下端面距布气结构207的距离为0.5m，通过基础支架支撑和固定在还原段2内。导流筒21为下端为喇叭口的圆筒，导流筒21中加入垂直挡板或网格作为构件，将导流筒21中的流体分割为边长为0.3m的通道，导流,21的横截面积与还原段2截面积之比为0.8，导流筒21与还原段2中流化床浓相段高度之比为0.8，下端面截面积与上端面截面积之比为1.1。布气结构207为泡帽侧孔分布板，材质为耐高温金属材料。

在还原段2中，进入进气仓206的气体为O₂+CO₂，经第一进气口201进入的气体为O₂+CO₂，还原段2流化床空塔气速为0.5m/s。还原段2中浓相料层的反应操作温度为1100℃，半焦停留时间为10min，CO₂、O₂和半焦的摩尔比1:2.5:2.0。导流筒21中的空塔气速为3.0m/s。

热解段1的操作温度呈自上而下的温度范围为500～800℃，气体空塔气速为0.6m/s，煤粉在热解段1多级旋流板上与气体逆向接触的停留时间为3min。

实施例三

本实施例所述的耦合式煤粉热解与半焦还原CO₂制取CO的设备采用如图1所示的结构，热解段1采用多层气固逆流操接触的流化床形式，直径为5m，高度为12m，还原段2直径为4m，高度为8m，其中浓相段高7m，内部安装垂直挡板或网格作为构件。

其中，层板12数量为15，上下相邻的层板间距为0.8m。进料装置10配置有两个，且位于最上一个层板12的上方1.0m。层板12为无下降管筛板形式，筛孔直径为10mm，筛板开孔率为25％。

还原段2流化床浓相段料层上料面与热解段1中最下面层板12的距离为1.5m，排灰口204在布气结构207之上0.5m。导流筒21的下端面距布气结构207的距离为0.8m，通过基础支架支撑和固定在还原段2内。导流筒21为直径相同的圆筒，导流筒21中加入垂直挡板或网格作为构件，将导流筒21中的流体分割为边长为0.5m的通道。导流筒21的横截面积与还原段2截面积之比为0.6，导流筒21与还原段2中流化床浓相段高度之比为0.9。布气结构207为条形侧缝分布板，材质为氧化镁的耐火材料。

在还原段2，进入进气仓206的气体为O₂，经第一进气口201进入的气体为CO₂，还原段2流化床空塔气速为0.4m/s。还原段2中浓相料层的反应操作温度为1000℃，半焦停留时间为6min，CO₂、O₂和半焦的摩尔比1:1.7:1.5。

热解段1的操作温度呈自上而下的温度范围为500～800℃，气体空塔气速为0.5m/s，煤粉在热解段1无下降管筛板上与气体逆向接触的停留时间为5min。

实施例四

本实施例所述的耦合式煤粉热解与半焦还原CO₂制取CO的设备采用如图2所示的结构，设备主要包括上下连通设置的两段流化床反应器。其中，上段为热解段1，下段为还原段2。其中，位于上方的热解段1采用多层气固并流接触的流化床形式，直径为3m，高度为10m；下段为热解产物半焦还原CO₂制CO的还原段2，采用内循环导流筒形气固流化床形式，直径为2.5m，高度为6m，其中浓相段高5m。

其中，层板12为旋流型，旋流板为向下的外向板型，采用双程旋流板形式，每程都由螺旋状叶片数量分别为60个，叶片俯视角α为5度，叶片径向角β为16度，材质为氧化铝。

还原段2流化床浓相段料层上料面与热解段1最下面一层旋流板的距离为1.0m，还原段2底部设置有喷气管205和回流托底22。其中，回流托底22截面为中间凹陷的“苹果底”形状，喷气管205为单管。导流筒21通过基础支架支撑和固定在还原段2内，导流筒21下端面距喷气管205上端口的距离为-0.1m。导流筒21为下端为喇叭口的圆筒，导流筒21中加入垂直挡板或网格作为构件，将导流筒21中的流体分割为边长为0.35的通道。导流筒21的横截面积与还原段2截面积之比为0.75，导流筒21与还原段2中流化床浓相段高度之比为0.85，下端面截面积与上端面截面积之比为1.15。

在还原段2上，经第三进气口203的气体为O₂，经第一进气口201进入的气体为CO₂，还原段2流化床空塔气速为0.2～0.8m/s。第三进气口203中气体流速为10m/s。还原段2中浓相料层的反应操作温度为1050℃，半焦停留时间为15min，CO₂、O₂和半焦的摩尔比1:2.3:1.7。导流筒21中的空塔气速为0.8m/s。

热解段1的操作温度呈自上而下的温度范围为500～1000℃，气体空塔气速为0.8m/s，煤粉在热解段1多级旋流板上与气体接触的停留时间为8min。

实施例五

本实施例所述的耦合式煤粉热解与半焦还原CO₂制取CO的设备采用如图2所示的结构，其中，位于上方的热解段1采用多层气固并流接触的流化床形式，直径为5m，高度为10m；下段为热解产物半焦还原CO₂制CO的还原段2，采用内循环导流筒形气固流化床形式，直径为4m，高度为10m，其中浓相段高8.5m。

其中，层板12为旋流型，旋流板为向下的外向板型，为三程旋流板形式，每程由150个螺旋状叶片组成，叶片俯视角α为8度，叶片径向角β为20度，材质为氧化镁耐火材料，经预制而成和组装固定。

还原段2流化床浓相段料层上料面与热解段1最下面一层旋流板的距离为1.5m。其中，喷气管205为多管。导流筒21下端面距喷气管205上端面的距离为0.1m。导流筒21为下端为喇叭口的圆筒或直径相同的圆筒，导流筒21中加入垂直挡板或网格作为构件，将导流筒21中的流体分割为边长为0.4m的通道。导流筒21的横截面积与还原段2截面积之比为0.55，导流筒21与还原段2中流化床浓相段高度之比为0.65，下端面截面积与上端面截面积之比为1.3。

在还原段2上，经第三进气口203的气体为O₂+CO₂，经第一进气口201进入的气体为O₂+CO₂，还原段2中空塔气速为0.4m/s。第三进气口203中气体流速为7m/s。还原段2中浓相料层的反应操作温度为950℃，半焦停留时间为20min，CO₂、O₂和半焦的摩尔比1:3.3:1.8。导流筒21中的空塔气速为0.6m/s。

热解段1的操作温度呈自上而下的温度范围为400～900℃，气体空塔气速为0.3m/s，煤粉在热解段1多级旋流板上与气体接触的停留时间为10min。

实施例六

本实施例所述的耦合式煤粉热解与半焦还原CO₂制取CO的设备采用如图3所示的结构，设备主要包括上下连通设置的两段流化床反应器。其中，上段为热解段1，下段为还原段2。其中，位于上方的热解段1分为上热解段和下热解段两部分，上热解段为气固逆流接触多层流化床，高温热气体与煤粉通过下旋流层板12逆流接触。

下热解段为气固并流接触多层流化床，高温热气体与煤粉通过向上旋流层板并流接触。下方为热解产物半焦还原CO₂制CO的还原段2，采用内循环导流筒形气固流化床形式，直径为1.6m，高度为8m，其中浓相段高6.5m。

上热解段和下热解段高度比为1.0，上热解段上旋流板数量与下热解段下旋流板数量之比为1.0。

上热解段中的层板12数量为6层，上下相邻的层板间距为0.7m。进料装置10位于最上一个层板12的上方1.0m。层板12为旋流型，采用双程旋流板形式，每程叶片数量分别为60个，叶片仰角α为10度，叶片径向角β为15度。旋流叶片材质为氧化铝耐火材料，通过预制和组装固定。旋流板的截面积占热解段1内截面积之比为0.95，旋流板的开孔率为25％。下料管为多管型，下料管的截面积占热解段1内截面积之比为0.08。

下热解段中层板12的数量为6层，上下相邻的层板间距为0.7m。层板12为旋流型，旋流板为向下的外向板型，采用双程旋流板形式，每程叶片数量分别为60个，叶片俯视角α为10度，叶片径向角β为15度，旋流叶片材质为氧化铝耐火材料，通过预制和组装固定。

还原段2流化床浓相段料层上料面与热解段1最下面一层下旋流层板12的距离为1m。还原段2底部设置有喷气管205和回流托底22。其中，回流托底22截面为中间凹陷的“苹果底”形状，喷气管205为多管。导流筒21通过基础支架支撑和固定在还原段2内，且导流筒21下端面距喷气管205上端面的距离为0.2m。导流筒21为下端为喇叭口的圆筒，导流筒21的横截面积与还原段2截面积之比为0.7，导流筒21与还原段2中流化床浓相段高度之比为0.86，下端面截面积与上端面截面积之比为1.25。

在还原段2中，第三进气口203的气体是O₂；经第一进气口201进入的气体是CO₂。还原段2中空塔气速为0.5m/s，第三进气口203中气速为20m/s。还原段2中浓相料层的反应操作温度为1000℃，半焦停留时间为12min，CO₂、O₂和半焦的摩尔比1:3.7:1.5，内循环导流筒(8)中的空塔气速为0.6m/s；

热解段1的操作温度呈自上而下温度变化范围为400～1000℃，气体空塔气速为0.7m/s，煤粉在热解段1上热解段和下热解段的总停留时间为10min。

实施例七

本实施例所述的耦合式煤粉热解与半焦还原CO₂制取CO的设备采用如图3所示的结构，其中，上热解段为气固逆流接触多层流化床，高温热气体与煤粉通过下旋流层板12逆流接触。下热解段气固并流接触多层流化床，高温热气体与煤粉通过向上旋流层板并流接触。下方为热解产物半焦还原CO₂制CO的还原段2，采用内循环导流筒形气固流化床形式，直径为3.5m，高度为10m，其中浓相段高8.5m。

上热解段和下热解段高度比为1.2，上热解段上旋流板数量与下热解段下旋流板数量之比为1.2。

上热解段中的层板12数量为10层，上下相邻的层板间距为0.8m。进料装置10位于最上一个层板12的上方1.5m。层板12为无下降管筛板形式，筛孔直径为12mm，筛板开孔率为30％。

下热解段中层板12的数量为8层，上下相邻的层板间距为0.8m。层板12为旋流型，旋流板为向下的外向板型，采用三程旋流板形式，每程叶片数量分别为80个，叶片俯视角α为8度，叶片径向角β为16度，旋流叶片材质为耐高温钢材。

还原段2流化床浓相段料层上料面与热解段1最下面一层下旋流层板12的距离为1.5m。回流托底22截面为中间凹陷的“苹果底”形状，喷气管205由多管组成。导流筒21下端面距喷气管205的距离为0.1m。导流筒21为直径相同的圆筒，导流筒21中加入垂直挡板或网格作为构件，将导流筒21中的流体分割为边长为0.46m的通道。导流筒21的横截面积与还原段2截面积之比为0.8，导流筒21与还原段2中流化床浓相段高度之比为0.8。

在还原段2中，第三进气口203的气体是O₂+CO₂，经第一进气口201进入的气体是CO₂。还原段2中空塔气速为0.4m/s，第三进气口203中气速为8m/s。还原段2中浓相料层的反应操作温度为980℃，半焦停留时间为20min，CO₂、O₂和半焦的摩尔比1:3.2:1.9，内循环导流筒(8)中的空塔气速为0.8m/s。热解段1的操作温度呈自上而下温度变化范围为400～950℃，气体空塔气速为0.6m/s，煤粉在热解段1上热解段和下热解段的总停留时间为12min。

综上所述，上述实施例均可将CO₂还原过程中产生的高温气体来加热和热解煤粉，都可简化反应工艺，提高热源利用率。在实际生产中，使用者可根据需求进行设备的筛选，并将其用于CO生产。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。