一種碳質材料熱解裝置、包括該熱解裝置的熱解系統、和熱解碳質材料的方法與流程

本發明涉及一種碳質材料熱解裝置、包括該熱解裝置的熱解系統、和熱解碳質材料的方法，尤其涉及一種物料自均勻混合和自均勻分布的熱解裝置、含該物料自均勻混合和自均勻分布的熱解裝置的熱解系統、和用該熱解系統熱解碳質材料的方法。

背景技術：
一直以來，低階煤、尤其是褐煤，因具有水分高、灰分高、揮發分高、熱值低、灰熔點低、和穩定性差等特點，而不宜進行長距離運輸，目前，低階煤主要被用作局部地區動力燃料，因而未能得以充分開采和利用。然而，隨著人們對全球能源枯竭以及環境惡化的關注和擔憂，如何合理、清潔地利用相對高階煤種儲量更為豐富的低階煤炭資源已成為能源應用領域的一個重要課題。煤熱解提質是一種將低階煤轉化為高階煤的有效方式。通過煤熱解提質，可將占我國煤炭資源大多數的褐煤、長焰煤、不粘煤和弱粘煤等低階煤轉化為便于長距離運輸、并且熱值更高的焦或半焦。與運輸同等熱量的褐煤相比，半焦可節省運力25-30%以上。借助低階煤熱解提質技術能有效克服煤質和煤種局限，使低級煤轉變為高質量的氣化原料，同時煤熱解提質還可回收高熱值的熱解氣和高附加值的焦油產品，實現低階煤資源利用價值的最大化。碳質材料中低溫熱解是煤熱解提質技術的一個核心步驟。熱解工藝按照熱載體類型可分為氣體熱載體熱解工藝和固體熱載體熱解工藝。采用氣體熱載體熱解工藝熱解時，使用熱氣體傳遞熱量給碳質材料；采用固體熱載體熱解工藝熱解時，使用熱固體傳遞熱量給碳質材料。與氣體熱載體熱解工藝相比，固體熱載體熱解工藝產生較多的油品，生產的焦油質量較好；熱解氣的純度和熱值也較高，可用作城市煤氣、工業燃料以及化工原料。圖6是一個典型的固體熱載體熱解工藝流程圖。其主要流程包括：干煤粉在提升管2中用來自瓷球加熱器5的熱煙道氣預熱，預熱煤粉在熱解旋轉爐6中和熱瓷球接觸、受熱并發生熱解，產生半焦和熱解氣，半焦在回轉篩7中與瓷球分離并排出，瓷球與半焦分離后進入提升管10中被提升，在被提升到提升管10的頂端后進入瓷球加熱器5中再加熱，加熱器5的燃料為該工藝過程產生的煤氣或燃料油，熱瓷球再加熱后進入熱解旋轉爐6中循環使用。通常，熱解旋轉爐6中反應溫度應在400-700℃之間，干煤粉與熱瓷球通過熱解旋轉爐6的旋轉進行強制混合，進而通過固-固接觸完成熱量傳遞，使干煤粉轉化為氣、液、固熱解產物。為使干煤粉與固體熱載體在盡量短的時間內充分混合并完成熱量傳遞，業界對熱解爐的結構設計、固體熱載體的選擇、混合器的結構設計、熱解工藝參數等進行了各種各樣的嘗試和改進。CN201632202U揭露了一種用于固體有機物熱解的靜態混合進料器。煤粉和高溫爐灰從進料口進入圓通內，受重力作用垂直下落，分別經歷弧形擋板的聚集作用以及圓錐形擋板的分散作用進行混合，二者經過混合器混合后落入置于該混合器下方的熱解反應器中發生熱解反應。在弧形擋板和圓錐形擋板的上表面上設有半球形凸起，部分半球形凸起處還設置有圓形開孔，以使物料通過開孔落入反應器中。然而該靜態混合進料器在實際使用中仍存在需要克服的問題。首先，弧形擋板和圓錐形擋板上設有凸起，而且并非所有凸起上均設置開孔，經過長時間運行后，必然會在凸起周圍形成堆積角。其次，一定量煤粉和固體熱載體尚未進行充分混合就通過凸起上的圓形開孔落入了下方的熱解反應器中，影響了物料的混合效果。再者，受限于弧形擋板的橫向寬度，必須經過兩組弧形擋板和圓錐形擋板才能使全部物料經歷一個聚集-分散過程，這使得混合器必須有足夠的高度來設置多組弧形擋板和圓錐形擋板，進而保證物料在落入熱解反應器之前達到預定的混合均勻度。最后，由于弧形擋板和圓錐形擋板上設有凸起和開孔，使得設備制作工藝復雜化，而多組擋板設計使得混合器的處理量受限、并且占用較大空間。不同固體物料之間的混合裝置和混合方法在現有技術中已有報道，例如，US3664638、US3583678、和US3239197就公開了這樣的混合裝置和方法。然而，碳質材料和固體熱載體在熱解的整個過程中是運動的而非靜止的，在進入熱解反應器前可能是混合和分布均勻的碳質材料和固體熱載體，在進入下行固定熱解反應器后，由于它們比重、粒徑、和/或運動軌跡的差異，仍然有可能在熱解反應器中產生新的分層、離析、或偏析，從而造成因顆粒混合物呈正態非線性堆積所產生的混合和分布原本均勻的碳質材料和固體熱載體在進入熱解反應器后重新產生分布和混合不均勻的局面，這將導致碳質材料熱解質量和效率大幅下降的問題，然而，遺憾的是：這一問題長時間并未引起業界重視，至今，現有技術也未公開解決這一問題的辦法。上述文獻的公開內容在此全文引入以作參考。基于以上對現有技術中存在的問題的描述和分析，本發明旨在對現有碳質材料熱解反應器的結構進行改進和完善，以解決上述懸而未決的技術難題。

技術實現要素：
本發明目的是提供一種具有物料自均勻分布和/或自均勻混合功能的碳質材料熱解裝置、包括該熱解裝置的熱解系統，和用該熱解系統熱解碳質材料的方法。本發明熱解裝置和熱解系統克服了上述現有技術中碳質材料和固體熱載體在進入熱解反應器后重新產生分布和混合不均勻的不足。根據本發明第一個方面，提供一種碳質材料熱解裝置，包括：熱解爐，碳質材料或干燥的碳質材料在其中進行熱解；和物料分布器，在所述熱解爐內，從所述熱解爐上部或頂部延伸到所述熱解爐下部或底部，其中，所述碳質材料和固體熱載體的混合物沿所述分布器自上而下移動時，所述物料分布器使所述混合物沿所述熱解爐的徑向均勻分布，所述物料分布器包括：多個錐狀物、或多個錐狀物和葉片，所述葉片和/或錐狀物交替對稱分布在所述熱解爐的內部空間中，從而自上而下形成多個在縱向上間隔一定距離、在水平方向上相互交錯的布料層。通常，對上述物料分布器的結構不作任何限制，因為其有很多無法窮盡的等同物，然而，在本發明優選實施方式中，所述物料分布器位于同一布料層的葉片和/或錐狀物在其所在的水平面上圍繞所述熱解裝置的中心軸對稱布置，更優選地，在彼此相鄰的兩個布料層中，下層葉片和/或錐狀物的水平投影面與上層相鄰葉片和/或錐狀物之間空隙的水平投影面至少部分重疊。所述物料分布器還包括多個支撐柱，其豎直安裝在所述熱解爐中，用于支撐所述多個葉片和/或錐狀物，其中，優選地，至少一個或全部所述支撐柱為耐高溫金屬桿。更優選地，至少一個所述支撐柱為吹氣管，所述吹氣管的壁上設有至少一個與所述熱解爐實現氣相連通的氣體通道，來源于所述熱解爐外的吹掃氣體經所述吹氣管壁上的氣體通道被送入所述熱解爐中，用于吹掃在熱解爐中形成的熱解氣體，使其迅速離開熱解爐。其中，被支撐在所述吹氣管上的葉片和/或錐狀物的垂直投影面覆蓋所述氣體通道。最優選地，所述氣體通道沿軸向均勻分布在所述吹氣管的壁上，并且所述氣體通道的尺寸由上而下逐漸增大。在本發明優選的實施方式中，所述物料分布器的葉片和/或錐狀物為底徑和/或高度相同或不同、尖端向上的圓錐形擋板。在本發明優選的另一個實施方式中，所述熱解裝置還包括至少部分在所述熱解爐內、位于所述物料分布器上方的物料混合器，所述碳質材料和固體熱載體在其中被迫做緊密接觸、并被充分混合后，直接落入所述物料分布器中。優選地，所述物料混合器包括上下交替設置、使所述碳質材料和固體熱載體的混合物集聚的聚攏葉片和/或錐狀物和使所述碳質材料和固體熱載體的混合物散開的分散葉片和/或錐狀物。作為示范性的實例，所述聚攏錐狀物為大口向上的錐形漏斗，所述分散錐狀物為小口向上的的錐形漏斗和/或尖端向上的圓錐體。在上述混合器的廣義定義中，對所述混合器的結構不作任何具體限定，然而優選的是：經所述混合器混合的碳質材料與固體熱載體的混合均勻度大于或等于70%；所述混合器橫向尺寸小于所述分布器橫向尺寸。任選地，向所述具有物料混合器和物料分布器的熱解裝置中通入吹掃氣體，優選地，所述吹掃氣體經上述吹氣管壁上的氣體通道進入熱解裝置中。同樣優選地，所述吹掃氣體選自惰性氣體、煙氣、冷凝前或冷凝后的氣態熱解產物、和它們的混合物。更優選地，所述吹掃氣體在進入所述熱解爐前被預熱或與固態熱解產物進行熱交換。所述吹掃氣體也可是為所述碳質材料熱解提供熱量的氣體熱載體。最優選地，所述吹掃氣體由下而上運行與所述碳質材料和固體熱載體的混合物逆流接觸。同樣優選地，所述熱解裝置進一步包括至少一個自所述熱解爐內表面向下傾斜延伸的圍擋，所述圍擋填補所述物料分布器的水平投影面與所述熱解爐內表面之間的間隙，從而避免所述碳質材料和固體熱載體的混合物經所述間隙直接落入所述熱解爐的出口。根據本發明第二個方面，提供一種熱解碳質材料反應器系統，包括：任選地，干燥爐，用于干燥碳質材料；熱解爐，任選地與干燥爐相連通，碳質材料或干燥后的碳質材料在其中進行熱解，產生粗熱解氣和固態熱解產物；物料分布器，在所述熱解爐內，從所述熱解爐上部或頂部延伸到所述熱解爐下部或底部，所述碳質材料和固體熱載體的混合物沿所述分布器自上而下移動時，所述物料分布器使所述混合物沿所述熱解爐的徑向均勻分布，所述物料分布器包括多個錐狀物、或多個錐狀物和葉片，所述葉片和/或錐狀物交替對稱分布在所述熱解爐的內部空間中，從而自上而下形成多個在縱向上間隔一定距離、在水平方向上相互交錯的布料層；固體熱載體再熱器，與熱解爐相連通，用于將固體熱載體或用過的固體熱載體加熱或再熱后，使之回到或重新循環回熱解爐中；冷凝裝置，氣相連通所述熱解爐，接收所述熱解爐中產生的粗熱解氣，并對所述粗熱解氣進行冷凝，以獲得液態油和凈熱解氣；固-固分離器，連通所述熱解爐，用于接收所述固態熱解產物和分離固體熱載體和固態熱解產物；和任選地，固態熱解產物冷卻、鈍化裝置，用于對固態熱解產物進行失活和冷卻處理，以降低所述固態熱解產物的活性。優選地，所述熱解爐使用固體熱載體為所述碳質材料熱解提供熱量，所述固體熱載體選自對熱解反應、裂解反應、和/或加氫反應具有催化活性的無機活性材料、或對上述反應沒有催化活性的無機惰性材料。更優選地，所述無機活性材料選自陽離子粘土、陰離子粘土、天然粘土、層狀材料、水合滑石或類似物、礦石或其廢棄物、礦物或其尾礦、工業固體廢棄物、或它們的混合物；所述無機惰性材料選自石英砂、鋯英石沙、陶瓷砂、惰性礦石尾砂、或它們的混合物。作為本發明一個示范性的示例，上述熱解系統還包括將所述固體熱載體或用過的固體熱載體提升到一定高度的機械式提升機。優選地，所述熱解系統進一步包括至少一個熱交換器和/或至少一個氣-固分離器，以從系統中回收余熱和/或從產物氣流和/或廢氣流中回收固體細顆粒和/或粉塵。進一步優選地，所述熱解系統還包括燃燒裝置，富氧氣流、固態熱解產物、和/或回收的固體細顆粒和/或粉塵在其中進行燃燒，產生加熱或再熱所述固體熱載體的熱煙氣。通常，上述熱交換器包括熱交換介質流經其間的盤管式或直管式熱交換器；上述氣-固分離器包括旋風機、旋風機級聯、吸塵器、過濾網、和/或過濾膜等。優選地，上述熱煙氣在加熱或再熱所述固體熱載體后被引入所述干燥爐中，用于干燥所述碳質材料，并產生干燥廢氣，其中，用氣-固分離器從粗熱解氣和/或干燥廢氣中回收固體細顆粒和/或粉塵，所述固體細顆粒和/或粉塵的部分或全部被送至所述燃燒裝置中，和所述富氧氣流一起燃燒，產生所述熱煙氣。同樣優選地，向所述熱解爐中引入來自所述熱解爐外的吹掃氣體，用于將在所述熱解爐中產生的氣態熱解產物迅速吹掃出所述熱解爐；所述吹掃氣體選自惰性氣體、煙氣、粗熱解氣、凈熱解氣、和它們的混合物；更優選地，所述吹掃氣體經至少一個吹氣管被送入所述熱解爐中；最優選地，所述吹氣管為支撐所述物料分布器葉片和/或錐狀物的中空支撐柱。優選地，經上述熱交換器，凈熱解氣與從所述熱解爐中排出的固態熱解產物和固體熱載體的混合物實現部分或全部換熱后作為吹掃氣體被循環回所述熱解爐中。根據本發明第三個方面，提供一種熱解碳質材料的方法，包括：將碳質材料和固體熱載體引入到熱解爐中，在固體熱載體的熱作用下，使碳質材料在相對缺氧的條件下進行熱解；所述碳質材料和固體熱載體的混合物在所述熱解爐中自上而下移動時，使所述混合物沿所述熱解爐的徑向均勻分布；冷凝熱解產生的粗熱解氣，以獲得液態油和凈熱解氣；和將熱解產生的固態熱解產物從固態熱解產物和固體熱載體的混合物中分離出來；加熱固體熱載體或再熱用過的固體熱載體，并將之循環回熱解裝置中，和任選地，對固態熱解產物進行鈍化和/或冷卻處理。優選地，所述方法還進一步包括：在所述熱解裝置中，使所述碳質材料和固體熱載體充分混合和緊密接觸。更優選地，在上述方法中，所述碳質材料和固體熱載體混合物的混合均勻度大于或等于70%。同樣優選地，上述方法進一步包括：機械提升從所述熱解爐中排出的固體熱載體；利用熱煙氣加熱所述被提升的固體熱載體；使用加熱完所述固體熱載體后的熱煙氣干燥所述碳質材料并產生干燥廢氣；和分離所述粗熱解氣和干燥廢氣中的固體細顆粒和/或粉塵，隨后至少部分燃燒所述固體細顆粒和/或粉塵，以產生所述熱煙氣。更優選地，上述方法進一步包括將部分所述固體細顆粒和/或粉塵壓制成型和/或引入吹掃氣體至所述熱解爐中。最優選地，上述方法還包括使所述凈熱解氣與所述固態熱解產物和固體熱載體的混合物進行換熱，以加熱所述凈熱解氣，冷卻所述固態熱解產物，隨后將加熱的凈熱解氣作為吹掃氣體引入到所述熱解爐中。在本說明書中，碳質材料是一個寬泛的概念，其可包括：煤、煤直接液化殘渣、重質渣油、焦、石油焦、油砂、頁巖油、碳質工業廢料或尾料、生物質、合成塑料、合成聚合物、廢輪胎、市政固體垃圾、瀝青和/或它們的混合物。附圖說明從下面參考附圖的描述中可更明顯地看出本發明上述和其它特征和優點，其中：圖1為本發明熱解反應器系統的示意圖；圖2為應用在圖1所示熱解反應器系統中的本發明熱解裝置的一個實施方式的示意圖；圖3為圖2所示的熱解裝置最上面三層布料層的俯視示意圖；圖4為圖2所示的熱解裝置沿吹掃氣體入口橫向切開的吹氣管示意圖；圖5為圖2所示的熱解裝置吹氣管的示意性局部放大圖；和圖6為一個現有固體熱載體熱解工藝流程圖。具體實施方式通過下面參考附圖的描述進一步詳細解釋本發明，其中附圖中所示的相對應或等同的部件或特征用相同的標記數表示，同時以下描述僅用于使本發明所屬技術領域的普通技術人員更加清楚地理解本發明的原理和精髓，不意味著對本發明進行任何形式的限制。如圖1所示，本發明熱解反應器系統100可主要包括：任選的碳質材料干燥器1、熱解爐2、物料混合器3、物料分布器4、固-固分離單元5、固體熱載體再熱單元6、冷凝單元7、和用于回收干燥廢氣中固體細顆粒和/或粉塵的氣-固分離器8。粒徑約為10-60mm、優選為30-60mm碳質材料顆粒被送入干燥器1中干燥。干燥器1優選為旋轉干燥爐，在其中，碳質材料顆粒溫度由室溫升至約120℃，含水量減少至不高于15%、優選小于10%。干燥器1的溫度為100℃～200℃，以保證碳質材料顆粒在去除水分時不會產生熱解和化學變化。可采取任何已知的方式為干燥器1提供熱量，以保持干燥器的溫度，優選地，使用來源于再熱單元6的熱煙氣作為干燥碳質材料顆粒的熱源。干燥器1排出溫度約為100℃干燥氣，通過耐酸、防腐、耐高溫管道12進入氣-固分離器8中。氣-固分離器8優選為旋風機或旋風機級聯，其作用是去除干燥氣中的固體細顆粒和/或粉塵，例如細煤粉。分離出固體細顆粒和/或粉塵的干燥氣經水洗、過濾后可作為廢氣排空。氣-固分離器8收集的固體細顆粒和/或粉塵優選地被送至再熱器6中燃燒，為干燥碳質材料顆粒和加熱固體熱載體提供熱源。對于大規模熱解系統而言，還可以選擇將部分收集的固體細顆粒和/或粉塵壓制成型，形成例如型煤的固體。如圖2所示，在本發明一個實施方式中，熱解爐2包括：頂部進料口20、物料混合區21，底部排料區23，排料區23的底端出口24，在物料混合區21和排料區23之間的熱解區22，和在熱解區22頂部或上部的氣態熱解產物出口25。物料混合器3安裝在熱解爐2的混合區21中，物料分布器4安裝在物料混合器3下方，縱向貫穿整個熱解區22。典型地，熱解爐2、物料混合器3、和物料分布器4內優選只存在非常少量氧氣，以便使碳質材料在其中不發生例如燃燒的氧化反應。熱解爐優選為固定床熱解爐。經干燥器1干燥的碳質材料顆粒和來自于再熱器6、溫度約為600-1100℃、例如900℃固體熱載體經不同管道由進料口20進入熱解爐2中。碳質材料顆粒與固體熱載體充分混合以及熱開始向碳質材料顆粒中轉移主要在物料混合器3中進行。在物料混合器3中，碳質材料顆粒被迫與固體熱載體緊密接觸，熱開始從固體熱載體中轉移到碳質材料顆粒中，同時二者實現充分混合。物料混合器3可選擇為任何已知的固體物料混合器，只要能夠在10～20秒內使碳質材料顆粒與固體熱載體的混合均勻度大于或等于70%即可。如圖2所示，作為物料混合器3的一個具體實施方式，物料混合器3可包括使所述碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物集聚的聚攏葉片和/或錐狀物31和使所述碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物散開的分散葉片和/或錐狀物32。進一步地說，所述聚攏葉片和/或錐狀物31為大口向上的錐形漏斗，所述分散葉片和/或錐狀物32為小口向上的錐形漏斗或尖端向上的圓錐體。聚攏葉片和/或錐狀物31和分散葉片和/或錐狀物32沿熱解爐2的混合區21上下交替排布，使碳質材料和固體熱載體的顆粒經歷數個聚攏-分散的混合過程、優選為2～7級聚攏-分散混合過程后，達到要求的混合均勻度度。聚攏葉片和/或錐狀物31和分散葉片和/或錐狀物32的軸線與熱解爐2的中心線基本重合，所述葉片和/或錐狀物的軸截面頂角為30°～80°，所述錐形漏斗的母線與上底面的夾角為40°～65°。特別是，聚攏葉片和/或錐狀物31大直徑一端的外邊緣大體上應當與混合區21的內表面相貼，從而避免未經混合的碳質材料和固體熱載體顆粒漏到下面熱解區22中，影響熱解效果。此外，為增強混合效果和傳熱效率，混合區21或物料混合器3的寬度或內徑小于熱解區22的橫向尺寸或內徑，如此設計具有兩個優點：1）內徑較小的混合區21使得物料混合器3可以采用高度較小、軸截面頂角較小的漏斗形聚攏葉片31和分散葉片32，因而固體熱載體和碳質材料顆粒可以較快的速度向下流動，進而有利于減少碳質材料在熱解爐2中的停留時間；2）迫使碳質材料與固體熱載體在物料混合器3中發生緊密的固-固接觸，提高傳熱效率。舉例來說，熱解區22的寬度或內徑是物料混合器3寬度或內徑的1.5～2倍。需要說明的是，碳質材料顆粒和固體熱載體顆粒在物料混合器3中的停留時間應不大于20秒，優選不大于10秒，以避免碳質材料顆粒在混合區21中發生明顯熱解反應。顯然，若采用氣體熱載體熱解工藝或外熱式間接傳熱熱解工藝等，不通過固-固接觸提供熱量，則不需要在熱解爐2頂部或上方設置物料混合器3。流過物料混合器3最下端的聚攏葉片和/或錐狀物31的碳質材料與固體熱載體的顆粒混合物進入熱解區22中。物料分布器4安裝在熱解區22中，并且縱向貫穿整個熱解區22，即物料分布器4的上端大體上與熱解區22的最上端對齊，下端大體上與熱解區22的最下端對齊。在熱解區22中安裝物料分布器4旨在避免碳質材料和固體熱載體的顆粒從熱解區22上端向下端移動過程中出現偏析、離析、或分層現象，導致熱解爐2中局部區域因物料不均勻分布或堆積出現溫度偏高或偏低，從而影響傳熱和熱解。如圖2所示，作為物料分布器4的一個具體實施方式，物料分布器4包括：多個葉片和/或錐狀物41，所述葉片和/或錐狀物41交替對稱分布在所述熱解爐2的內部空間中，從而自上而下形成多個上下交錯布置的布料層L1～L8。在本實施方式中，物料分布器4還包括支撐葉片和/或錐狀物41的支撐柱40。眾多支撐柱40通過設在熱解區22上下兩端的龍骨45平行豎立在熱解區22中。優選地，支撐柱40由高強度、耐高溫金屬材料制成，葉片和/或錐狀物41通過螺紋連接或焊接等方式有序安裝到相應支撐柱40上。優選地，如圖3所示，葉片和/或錐狀物41與支撐柱40基本同軸。如圖2和圖3所示，在本實施方式中，葉片和/或錐狀物41優選為底部直徑和/或高度相同或不同、例如底部直徑和高度大體相同、尖端向上的圓錐形擋板，優選地，圓錐形擋板的軸截面頂角大約為30°～80°。在布料層L1～L8中，位于同一布料層的葉片和/或錐狀物41沿熱解爐2的徑向或水平方向對稱布置，而彼此相鄰的兩個布料層中，下層葉片和/或錐狀物41的水平投影面與上層相鄰葉片和/或錐狀物41之間空隙的水平投影面至少部分重疊，換句話說，上下相鄰的布料層在水平方向上相互交錯排布。上下相鄰兩個布料層的葉片和/或錐狀物41的數量可是相同或不相同的，葉片和/或錐狀物41的數量和排布方式取決于熱解區22的內徑和葉片和/或錐狀物41的水平投影面積。葉片和/或錐狀物41排布的基本原則是使碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物盡可能均勻地分布和擴散到物料分布器4的四周、即熱解爐2的內部空間中。以布料層L1～L3為例，布料層L1由1個葉片和/或錐狀物41a組成；布料層L2由4個葉片和/或錐狀物，即葉片和/或錐狀物41b～41e組成；布料層L3由9個葉片/或錐狀物，即葉片和/或錐狀物41f～41j，42a～42d構成。因葉片和/或錐狀物41j位于葉片和/或錐狀物41a的正下方，葉片和/或錐狀物41h的正后方，故未在圖2和圖3中示出。具體地說，葉片和/或錐狀物41a位于物料分布器4的最上層，并與熱解爐2的中心軸同軸設置；葉片和/或錐狀物41b～41e位于一個在縱向上與葉片和/或錐狀物41a隔開一定距離的水平面上，并圍繞熱解爐2的中心軸相對和對稱設置；葉片和/或錐狀物41f～41j，42a～42d位于另一個在縱向上與葉片和/或錐狀物41b～41e所在的水平面隔開一定距離的水平面上，葉片和/或錐狀物41j設在中間，葉片和/或錐狀物41f～41i相對和對稱設置在葉片和/或錐狀物41j的四周。特別是，葉片和/或錐狀物41b～41e的中心軸與葉片和/或錐狀物41a的中心軸之間的距離小于或等于葉片和/或錐狀物41a的寬或直徑，使葉片和/或錐狀物41b～41e的投影面與葉片和/或錐狀物41a的投影面無重疊或邊緣有部分重疊。類似地，葉片和/或錐狀物41f～41i和41j的中心軸與上層葉片和/或錐狀物41b～41e的中心軸之間的距離小于或等于對應的上層葉片和/或錐狀物41b～41e的寬或直徑，從而使葉片和/或錐狀物41f～41j和42a～42d的投影面與葉片和/或錐狀物41b～41e的投影面無重疊或邊緣有部分重疊。經由布料層L1～L3，上述碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物將依次沿以下路徑向下移動：由物料混合器3送出的碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物下落，與布料層L1上的葉片和/或錐狀物41a發生碰撞，部分顆粒混合物沿布料層L1上的葉片和/或錐狀物41a的外表面落到布料層L2的中心區域和/或葉片和/或錐狀物41b～41e上，另一部分顆粒混合物則落到布料層L2的外圍區域、甚至是直接落到布料層L3的葉片和/或錐狀物41f～41i上，經與布料層L2的葉片和/或錐狀物41b～41e的碰撞，又有部分顆粒混合物與之前由布料層L1的葉片和/或錐狀物41a上落到布料層L2外圍區域的顆粒混合物一起從布料層L2的外圍落到布料層L3的葉片和/或錐狀物41f～41i和41j上，由于布料層L3包含有9個葉片和/或錐狀物，即葉片和/或錐狀物41f～41j和葉片和/或錐狀物42a～42d，從布料層L2的中心區域、葉片和/或錐狀物41b～41e、和/或外圍區域落到布料層L3上的混合物被進一步均勻地混合和均勻分布在熱解爐2的水平方向上。如本領域普通技術人員所容易理解的，布料層L4，L6和L8的葉片和/或錐狀物的數量和排布與布料層L2的葉片和/或錐狀物的數量和排布可相同或不同，例如、均包含4個圍繞中心軸相對和對稱布置的葉片和/或錐狀物41，布料層L5和L7的葉片和/或錐狀物的數量和排布與布料層L3的葉片和/或錐狀物的數量和排布可相同或不同，例如、都包含5個葉片和/或錐狀物41和4個葉片和/或錐狀物42。與布料層L1～L3相似，布料層L4～L8將向下移動的碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物沿水平方向逐漸均勻分布到外圍（即中心區域攤簿、邊緣區域增厚）后再稍稍聚攏，再將稍稍聚攏后的碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物均勻地分布到外圍（即中心區域攤簿、邊緣區域增厚），如此反復多次，使得原本在外圍區域的顆粒混合物得以到達中心區域，原本中心區域的顆粒混合物也有機會被分散到外圍區域。這樣得以避免現有技術中碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物在向下移動、并逐漸堆積的過程中，因顆粒混合物的偏析、離析、和/或分層導致顆粒物料混合物堆積呈正態非線性分布，即中間高兩邊低的現象。如本領域普通技術人員所理解的，正態非線性堆積將導致熱解爐2中心區域溫度過高，靠近爐壁的外圍區域溫度過低。此外，一般情況下，固體熱載體的引入量大于碳質材料顆粒，但仍有可能部分碳質材料顆粒因無法持續直接接觸到固體熱載體顆粒而缺少進行充分熱解所需的熱量，但碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物經過與物料分布器4的葉片和/或錐狀物41或42等的碰撞，有助于提高碳質材料顆粒與固體熱載體顆粒的接觸機率，進而改善傳熱效率，達到均勻傳熱和均勻熱解的目的。通常，促使碳質材料發生熱解的熱量還包括位于熱解爐2壁外的伴熱（間接傳熱，未示出），伴熱可通過電加熱、換熱等方式提供。在采用伴熱的情形下，物料分布器4的設置就顯得尤為重要，借助物料分布器4可使熱解爐2中的碳質材料在下落堆積的過程中有更多接受伴熱熱量輻射的機會，進而使碳質材料受熱均勻。如本領域普通技術人員所容易理解的，雖然圖2和圖3中給出的物料分布器4包括8個布料層,這8個布料層中的一部分含有相同數量的葉片和/或錐狀物41，并且葉片和/或錐狀物41的排布方式也相同，但這僅是物料分布器4的一種示范性實施方式。布料層的數量以及布料層中葉片和/或錐狀物的尺寸、數量和排列方式可根據熱解區22的高度、熱解時間、熱解區22的橫截面積、碳質材料顆粒和固體熱載體顆粒的比重、粒徑、混合比、流速等參數進行調整。葉片和/或錐狀物41的形狀也不限于圓錐形，其可是其它任何合適的形狀，例如螺旋下降的環面、三角錐形、或多角錐形等。再者，雖然碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物在物料分布器4中也存在聚攏-分散-再聚攏-再分散的過程，但因葉片和/或錐狀物41和42的排布形式，物料分布器4對混合均勻度提高的貢獻有限，經物料分布器4處理，混合均勻度僅提高3%～10%左右。事實上，由于物料混合器3已將固體熱載體顆粒和碳質材料顆粒混合到混合均勻度達70%～80%的程度，物料分布器4的主要功能是在不進一步破碎碳質材料和固體熱載體的顆粒的情況下，改變碳質材料和固體熱載體的顆粒物料流在重力作用下的下落路徑和/或軌跡，使部分碳質材料顆粒能在下落過程中被碰撞到熱解爐2靠近爐壁的外圍區域，從而形成料面形狀接近線性的堆積。也就是說，如此設計的物料分布器4可以避免碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物在熱解爐2中形成正態分布曲線的堆積，進而使之更加均勻地受熱。熱解爐2的內表面上優選設有多個向下傾斜的圍擋44，所述圍擋44至少填補所述物料分布器4的水平投影面與所述熱解爐2內表面之間的間隙，從而避免所述碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物經所述間隙直接落到出口24處。優選地，如圖1至圖5所示，在本發明實施方式中，熱解裝置還包括至少一個吹氣管43。其中，兩根進氣管45從設在熱解爐2的兩個相對側壁上的進氣口26水平延伸到熱解區22的下部，并通過相對設置的直角彎管46連通四個豎直向上的吹氣管43。吹氣管43的壁上有至少一個貫穿所述壁的氣體通道430，用于使吹氣管43和熱解爐2實現氣相連通。來源于熱解爐2外部的吹掃氣體經兩根進氣管45、兩根直角彎管46、和四根吹氣管43壁上的氣體通道430被送入熱解爐2的內部空間中，并將熱解爐2中的氣態熱解產物迅速吹掃到氣態熱解產物出口25附近，同時，吹掃氣體也有助于增強固體熱載體顆粒和碳質材料顆粒之間的熱量傳遞。更優選地，在吹氣管43上間隔設置的氣體通道430的尺寸從上到下逐漸增大，以確保在碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物在熱解爐2中堆積到預定高度后，熱解爐2上部和下部的壓力大體保持相等。同樣優選地，每一個氣體通道430上方有一個安裝在壁外表面上、自壁外表面向外和向下延伸的擋料板（如圖5所示），用于防止固體熱載體或碳質材料的顆粒進入吹氣管43的內部或堵塞對應的氣體通道430。更優選地，每隔一段距離，吹氣管43壁上設有一圈氣體通道430，在該圈氣體通道430的上方有一個用作所述物料分布器4的葉片和/或錐狀物41的尖端向上的圓錐形擋板42。由于吹氣管43的直徑可大于支撐柱40的直徑，所以圓錐形擋板42的高度可略低于其它葉片和/或錐狀物41，呈小口向上的漏斗形。吹氣管43優選由金屬或其它耐高溫材料制成，其橫截面可為圓形、橢圓形、方形、矩形、多邊形、和/或任何規則形狀。貫穿的氣體通道430可為孔、槽、和/或任何規則形狀的貫穿開口。吹氣管43的數量、尺寸和排布方式可根據熱解爐2的尺寸和熱解參數進行調整。也可以全部使用吹氣管43來支撐物料分布器4的葉片和/或錐狀物41和/或42。為進一步提高液態熱解產物的收率，用于送入吹掃氣體的吹氣管43可經進氣口26與泵（未示出）相連通，以便在吹氣管43中形成正壓，這樣做的好處是氣態熱解產物在正壓力的作用下能更快地被吹掃出熱解爐2。所述吹掃氣體選自惰性氣體、煙氣、粗熱解氣、凈熱解氣、和它們的混合物。優選地，所述吹掃氣體是經冷凝分離出液態熱解產物后的凈熱解氣。碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物流經物料分布器4后，在熱解爐2中呈均勻分布和堆積，并進行充分熱解，碳質材料在熱解爐2中的總停留時間約為20～60分鐘，產生的粗熱解氣隨吹掃氣體一道迅速離開熱解爐2，并進入冷凝單元7，同時，固體熱載體和固態熱解產物、如焦或半焦一同被排出熱解爐2外，并被送入固-固分離單元5中，實現固體熱載體和固態熱解產物的分離。固-固分離單元5可包括熱交換器50和固-固分離器52。熱交換器50在此處也可看作是熄焦裝置。在熱交換器50中，固態熱解產物和固體熱載體的顆粒混合物與來自于冷凝單元7的凈熱解氣實現換熱，用于鈍化和冷卻固態熱解產物，降低所述固態熱解產物的活性，以便于后續的存儲和長途運輸。換熱后，溫度約為450℃～600℃的熱凈熱解氣被通入進氣管45中，并作為吹掃氣體經吹氣管43壁上的氣體通道430被送入熱解爐2中。降溫后的固態熱解產物和固體熱載體的顆粒混合物被送到固-固分離器52中實現分離。作為一個具體實例，固-固分離器52可是篩式分離器，利用固體熱載體和固態熱解產物顆粒的粒徑差實現固體熱載體和固態熱解產物顆粒的分離。分離所得到的固體熱載體顆粒隨后被引入固體熱載體再熱單元6中，從而實現固體熱載體再熱后的循環利用。作為一個具體的實例，固體熱載體再熱單元6包括高溫斗式機械提升機60、燃燒器64和再熱器66。分離所得到的固體熱載體被送到機械提升機60底部的收集料斗62中，通過機械力傳送到提升機60的頂部。提升機60的頂部高度應大于熱解爐2的頂部高度。收集料斗62中的固體熱載體顆粒被提升后，緊接著被引入到再熱裝置66中。向燃燒器64中通入空氣等富氧氣流和從氣-固分離器8和72中收集的碳質材料固體細顆粒和/或粉塵，使它們在燃燒器64中進行燃燒，以產生熱煙氣。從再熱器66底端引入上述熱煙氣，以將固體熱載體加熱或再熱至約600-1100℃、例如900℃。從再熱器66上端排出的廢熱煙氣隨后被送到干燥器1中干燥其中的碳質材料顆粒。這樣設計使得工藝氣攜帶的熱量和可燃碳質材料細顆粒和/或粉塵被收集和加以利用，提高了系統的熱效率和排空氣體的質量，尤其是，對熱煙氣的多級利用有利于提高能源利用率。固體熱載體再熱單元6也可以被替換為任何其它已知形式的加熱或再熱設備或裝置，例如流化床式燃燒提升管等氣動式提升加熱或再熱裝置。含有吹掃氣體、可冷凝氣態熱解產物、不可冷凝氣態熱解產物、和固體細顆粒和/或粉塵的粗熱解氣從熱解爐2的氣態熱解產物出口25被排出，隨后被引入到冷凝單元7中。在一個示范性實施方式中，冷凝單元7包括氣-固分離器、例如旋風機或除塵裝置72和一級或多級冷凝器70。氣-固分離器72用于除塵和收集上述粗熱解氣夾裹的固體細顆粒和/或粉塵，上述固體細顆粒和/或粉塵包含相當比例的固態熱解產物細顆粒和/或粉塵，該細顆粒和/或粉塵隨后被送到燃燒器64中燃燒和/或被壓制成塊狀型煤。在冷凝器70中，除塵后的熱解氣中可冷凝氣態熱解產物被冷卻和凝結為液態焦油后，被送到儲油罐等存儲設備中，不可冷凝的氣態熱解產物作為凈熱解氣或煤氣被送入儲氣罐中備用。在實施圖1所示的本發明系統時，原煤、生物質、市政垃圾等各種固態碳質材料首先被破碎成直徑約為10-60mm、優選約為30-60mm的顆粒物。破碎后的碳質材料可隨后被送入干燥器1中被干燥至預定含水量。接下來，干燥后的碳質材料顆粒和熱固體熱載體顆粒從熱解爐2的上方被引入到位于熱解爐2頂部的物料混合器3中。本發明無意對所用固體熱載體做特殊限制，只要是具有載熱功能的無機材料即可，例如氧化鋯陶瓷球。上述碳質材料顆粒與固體熱載體顆粒在物料混合器3中經例如2～7級聚-散混合達到70%以上的混合均勻度。混合充分的碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物經物料分布器4緩慢向下移動并在熱解爐2中逐漸堆積。由于物料分布器4的葉片和/或錐狀物41和42有規律地改變了顆粒混合物的移動軌跡，使得顆粒混合物在堆積過程中其料面形狀始終接近線性，因而避免了因離析、偏析/偏行、和/或分層現象導致顆粒分布不均或顆粒混合物堆積呈正態非線性分布，進而提高了傳熱和/或熱解的均勻度，改善了熱解質量和效率。上述顆粒混合物在熱解爐2中的停留時間約為20～60分鐘，固態熱解產物隨固體熱載體一起經固態熱解產物出口24被排出，粗熱解氣經氣態熱解產物出口25被排出。熱解爐2可為固定床型熱解爐。任選地，固態熱解產物和固體熱載體的顆粒混合物與冷凝粗熱解氣所得的凈熱解氣進行換熱，從而冷卻和鈍化固態熱解產物，加熱凈熱解氣。溫度約為300-600℃、例如570℃的凈熱解氣可優選作為吹掃氣體經吹氣管43被循環回熱解爐2中。任選地，所述吹氣管43用來支撐物料分布器4的葉片和/或錐狀物42。吹掃氣體的來源也不局限于上述純凈熱解氣，還可選用惰性氣體、煙氣、合成氣、焦爐煤氣、荒煤氣、和它們的混合物。但無疑上述純凈熱解氣是最優選的，因為無需再進行熱解氣和吹掃氣體的分離。冷卻至約400℃的固態熱解產物與固體熱載體在固-固分離器52中實現分離，固態熱解產物被送去存儲或燃燒，固體熱載體則被回收到固體熱載體再熱單元6中，并被斗式機械提升機60提升至一定高度后在再熱器66中再熱。任選地，在燃燒器64中燃燒從干燥廢氣和粗熱解氣中分離出的固體細顆粒和/或粉塵，以產生再熱固體熱載體的熱煙氣，優選地，向再熱器66中通入所述熱煙氣先再熱固體熱載體，再將熱煙氣廢氣從再熱器66中引入到干燥器1中，干燥碳質材料顆粒。溫度例如約為900℃的再熱固體熱載體隨后被送入熱解爐2上方的物料混合器3中，與碳質材料顆粒進行混合和接觸，為熱解碳質材料提供熱量。任選地，在熱解爐2的側壁上提供伴熱，作為熱解碳質材料的補充熱量。上述熱解裝置、熱解系統、以及熱解工藝至少可以實現以下部分或全部優點：1用燃燒固態熱解產物的細顆粒和/或粉塵產生的熱煙氣提供再熱固體熱載體和干燥碳質材料的熱量，實現熱量的充分合理利用，提高了熱效率；2碳質材料和固體熱載體在熱解爐入口處就基本被充分混合，在熱解爐中又被二次混合和均勻分布，所以其堆積角被消除，傳熱和熱解更加均勻，從而克服了傳統熱解爐內物料混合和分布不均導致傳熱不均的問題；3通入吹掃氣體，同時實現固-固熱量傳遞和氣-固熱量傳遞，并減少了粗熱解氣在熱解爐中的停留時間，從而降低了焦油等液態熱解產物在熱解爐內發生二次裂解的可能，提高了收油率；4通過凈熱解氣與固態熱解產物的換熱，實現了固態熱解產物的鈍化和/或冷卻，減少了工藝的整體能耗；5回收了工藝氣中的固態熱解產物的細顆粒和/或粉塵，既減少了環境污染，又增加了固態熱解產物的利用率；和6使用機械式提升機提升固體熱載體，相對于流化床燃燒氣態提升管節能效果更顯著。本發明熱解裝置、熱解系統、以及熱解工藝可被用于熱解或干餾各種固態碳質材料，例如煤、煤直接液化殘渣、重質渣油、焦、石油焦、油砂、頁巖油、碳質材料廢料或尾礦、生物質、合成塑料、合成聚合物、廢輪胎、市政工業廢料、瀝青、和它們的混合物，而優選地被用于熱解含水量高、揮發分也高的低階煤種，例如含水量大于15重量%和揮發分大于25重量%的低階煤，而特別優選地被用于熱解或干餾褐煤或長焰煤。需要說明的是：本發明熱解裝置、熱解系統、以及熱解工藝可以有多種不違背本發明原理和實質的變通和改進。例如，布料層中，葉片和/或錐狀物可不通過支撐柱來固定，而是通過連接件被固定在熱解爐的內壁和/或頂部；上下相鄰兩個布料層中，物料分布器的葉片和/或錐狀物的結構和形狀可采用如物料混合器的結構，即采用包括使所述碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物集聚的聚攏葉片和/或錐狀物和使所述碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物散開的分散葉片和/或錐狀物的結構、特別是采用其中使所述聚攏錐狀物為大口向上的錐形漏斗、所述分散錐狀物為小口向上的錐形漏斗和/或尖端向上的圓錐體的結構。在本說明書中，混合均勻度按以下方式定義和測量：在同一取料口每隔相等的時間抽取一定量的碳質材料和固體熱載體的顆粒混合物，測量碳質材料在該顆粒混合物中的比例或濃度，其中，提取顆粒混合物的次數為n次，每次測量的碳質材料在該顆粒混合物中的比例或濃度為xi,i為小于或等于n的整數，按以下數式（1）計算抽取次數為n的碳質材料顆粒在該顆粒混合物中的平均比例或平均濃度X：之后，按以下數式（2）計算碳質材料顆粒在該顆粒混合物中的比例或濃度的標準偏離值S：隨后，按以下數式（3）計算表征比例或表征濃度的標準偏離值R：最后，按以下數式（4）得出碳質材料顆粒在該顆粒混合物中的混合均勻度H：H=100％-R(4)實施例實施例1用以下入料和工藝參數，在下述操作條件下，運行具有圖2-4所示的物料混合器和物料分布器的圖1所示的本發明熱解反應器系統。本實施例中所用的碳質材料是一種典型的中國褐煤，其工業分析和元素分析如表1和表2所示。其中工業分析和元素分析的基準均是空氣干燥基，而元素分析僅針對有機物進行分析，不包括灰分和水分。表1表2熱解反應器系統的工藝參數和操作條件如下：反應器系統的壓力為常壓，干燥器溫度為120℃，熱解爐溫度為650℃，再熱器溫度為900℃。采用規模為1000噸/天的小試固定床熱解爐，該熱解爐內徑4m，物料入口口徑1.5m，高20m，在熱解爐中共安裝9根支撐柱，4根吹氣管，吹氣管內徑均為0.1m。物料混合器包括三個聚攏葉片和兩個分散葉片，聚攏葉片為軸截面頂角50°、高0.5m、大口朝上的錐形漏斗擋板，分散葉片為軸截面頂角30°、底部半徑0.4m、高0.8m、尖端朝上的圓錐體擋板。物料分布器的葉片為軸截面頂角30°、底部半徑0.4m、高0.8m，尖端朝上的圓錐體擋板。物料分布器共包含8個布料層，所述布料層縱向間隔設置，上下相鄰的兩個布料層中，下層葉片的水平投影面與上層相鄰葉片之間空隙的水平投影面重疊，以使上下層葉片在水平方向上相互交錯排布。褐煤顆粒平均粒徑為35mm，氧化鋯瓷球固體熱載體平均粒徑為3mm；褐煤顆粒與固體熱載體重量比為1：5，褐煤和熱載體在上述熱解爐中總停留時間為35分鐘。吹掃氣體流速為5噸/小時。熱解所得焦油產率、半焦產率、煤氣產率、和水產率、以及系統熱效率分別表示在下面表3中。對比實施例1從上述熱解爐中拆除物料布料器，在上述工藝參數和操作條件不變的情況下重復實施例1的過程，熱解所得焦油產率、半焦產率、煤氣產率、和水產率、以及熱效率也分別表示在下面表3中。表3比較表3的實驗數據發現：與未采用本發明物料分布器的熱解反應器系統相比，本發明熱解反應器系統提供了較高的焦油收率和熱效率以及較低的凈熱解氣（煤氣）產率。本說明書所用的術語和表述方式僅被用作描述性、而非限制性的術語和表述方式，在使用這些術語和表述方式時無意將已表示和描述的特征或其組成部分的任何等同物排斥在外。盡管已表示和描述了本發明的幾個實施方式，但本發明不被限制為所描述的實施方式。相反，本發明所屬技術領域的技術人員應當意識到在不脫離本發明原則和精神的情況下可對這些實施方式進行任何變通和改進，本發明的保護范圍由所附的權利要求及其等同物所確定。