CN112218709A - 用于处理的系统和方法 - Google Patents

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C·J-P·卡迪纳尔
P·L·约翰逊
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Abstract

可以使用本文提供的系统和方法生成颗粒。所述颗粒可以包括碳颗粒。

Description

用于处理的系统和方法
交叉引用
本申请要求于2018年4月3日提交的美国临时申请号62/652,106的权益，该申请通过引用整体并入本文。
背景技术
颗粒被用于许多家庭和工业所应用。可以通过各种化学过程来产生颗粒。与此类化学过程相关的性能和能量供应已经随着时间的推移而逐步发展。
发明内容
本公开内容认识到需要更高效和有效的过程来产生颗粒，如碳颗粒。本文还认识到需要提高生产速度、提高产量、减少制造设备的磨损特性等。本公开内容可以提供例如将含烃材料转化为碳颗粒的改进方法。
例如，本公开内容提供一种用于生成碳颗粒的方法，其包括：提供第一材料流；将所述第一材料流的至少一部分转化为第二材料流；加热第三材料流；以及在包括所述第三材料流以及所述第一材料流和所述第二材料流中的至少一种的反应器中生成所述碳颗粒。该方法还可以包括在基本不含大气氧的情况下生成所述碳颗粒。该方法还可以包括将所述第三材料流与所述第一材料流和所述第二材料流中的至少一种混合，以生成所述碳颗粒和氢气。所述碳颗粒可以包括炭黑。该方法还可以包括电加热所述第三材料流。该方法还可以包括借助等离子体发生器电加热所述第三材料流。该方法还可以包括将所述第一材料流的至少一部分催化转化为所述第二材料流。该方法还可以包括将至少约1％、10％或30％的所述第一材料流转化为所述第二材料流。所述第三材料流可以包括大于约60％的氢气。所述第一材料流可以包括一种或多种烃。所述第一材料流可以包括按重量计至少约70％的甲烷、乙烷、丙烷或其混合物。所述第一材料流可以包括甲烷。所述第一材料流可以包括天然气。所述第二材料流可以包括甲烷、天然气、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、萘、甲基萘、二甲基萘、蒽、甲基蒽、炭黑油、裂解燃料油、煤焦油、粗煤焦油、重油、乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯、苯乙烯、乙醇、甲醇、丙醇、苯酚、一种或多种酮类、一种或多种醚类、一种或多种酯类、一种或多种醛类或其任何组合。该方法还可以包括在生成所述碳颗粒的步骤和将所述第一材料流的至少一部分转化为所述第二材料流的步骤之间共享废热。该方法还可以包括使用来自生成所述碳颗粒的废热来提供所需热能的至少一部分，以将所述第一材料流的至少一部分转化为所述第二材料流。
这些和额外的实施方案在下文进一步描述。
附图说明
本发明的新颖特征在所附权利要求书中具体阐述。通过参考以下对利用到本发明原理的说明性实施方案加以阐述的详细描述以及附图(本文也称为“图”)，将会获得对本发明的特征和优点的更好理解，在这些附图中：
图1示出了方法的实例的图示表示；以及
图2示出了系统的实例的图示表示。
具体实施方式
本文示出的细节仅仅是作为实例并且出于对本发明的各种实施方案进行说明性讨论的目的，并且为了提供被认为是本发明的原理和概念方面的最有用和易于理解的描述而呈现。在这方面，不尝试以比基本理解本发明所必需的更详细地显示本发明的细节，该描述使本领域技术人员明白如何能够在实践中体现本发明的几种形式。
现在将参考更详细的实施方案描述本发明。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施方案。相反，提供这些实施方案是为了使本公开内容更加彻底和完整，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
除非另有定义，否则本文使用的全部技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本文的本发明说明书中使用的术语仅用于描述特定实施方案，而不旨在限制本发明。除非上下文另有明确规定，否则如在本发明的说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式“一个”、“一种”和“该”也意在包括复数形式。本文提及的所有出版物、专利申请、专利和其他参考文献都通过引用整体明确地并入本文。
除非另有说明，否则在说明书和权利要求书中使用的表示成分的数量、反应条件等的所有数字应理解为在所有情况下均由术语“约”修饰。因此，除非另有相反指示，否则在以下说明书和所附权利要求书中阐述的数值参数是近似值，其可以根据通过本发明寻求获得的期望性质而变化。至少，并且并非试图将等同原则的应用限制在权利要求书的范围内，每个数值参数应该根据有效数位的数字和普通的舍入方法来解释。
尽管阐述本发明广泛范围的数值范围和参数是近似值，但具体实例中阐述的数值的报告尽可能精确。然而，任何数值固有地包含由在其各自的测试测量中出现的标准偏差必然导致的某些误差。在整个本说明书中给出的每个数值范围将包括落入这样的较宽的数值范围内的每个较窄的数值范围，如同这样的较窄的数值范围都在本文中明确写出。
本发明的额外优点将在下面的描述中部分地阐述，并且将从描述中部分地容易理解，或者可以通过本发明的实践来了解。应当理解，前述一般描述和以下详细描述仅为示例性和解释性的，并非限制请求保护的本发明。应当理解，本发明的不同方面可以单独地、共同地或彼此组合地进行理解。
本公开内容提供了用于影响化学变化的系统和方法。影响此类化学变化可以包括使用本公开内容的系统和方法制造颗粒(例如碳颗粒，例如碳黑)本公开内容的系统(例如，装置)和方法以及借助本文的系统和方法实现的过程可以允许连续产生，例如，炭黑或含碳化合物。本文所述的系统和方法可实现连续操作和高质量碳颗粒的产生(例如，炭黑)。该过程可包括转化含碳原料。本文所述的系统和方法可以包括迅速加热烃以形成碳颗粒(例如，炭黑)。例如，可以迅速加热烃以形成碳颗粒(例如，炭黑)和氢气。在一些情况下，氢气可以指大部分为氢气。例如，该氢气的一些部分还可包含甲烷(例如，未耗尽的甲烷)和/或各种其他烃(例如，乙烷、丙烷、乙烯、乙炔、苯、甲苯、多环芳烃(PAH)如萘等)。
该过程可以包括用电能(例如，来自DC或AC源)加热热传递气体(例如，等离子体气体)。可以通过电弧来加热热传递气体。可以通过焦耳加热(例如，电阻加热、感应加热或其组合)来加热热传递气体。可以通过焦耳加热和通过电弧(例如，焦耳加热的下游)来加热热传递气体。可以通过热交换、焦耳加热、电弧或其任何组合来加热热传递气体。可以通过热交换、焦耳加热、燃烧或其任何组合来加热热传递气体。该过程可以进一步包括将注射的原料与加热的热传递气体(例如，等离子气体)混合以实现合适的反应条件。烃可以与热气体混合以影响从烃中除去氢气。反应的产物可以冷却，并且碳颗粒(例如，炭黑)或含碳化合物可以与其他反应产物分离。如此产生的氢气可以再循环回反应器。
在一些情况下，可在无氧环境中加热热传递气体。在一些情况下，可在无氧气氛中产生(例如，制造)碳颗粒。无氧气氛可包括例如，按体积计少于约5％的氧气、少于约3％的氧气(例如，按体积计)或少于约1％的氧气(例如，按体积计)。
热传递气体可以包含至少约60％的氢气到至多约100％的氢气(按体积计)，并且还可以包含至多约30％的氮气、至多约30％的CO、至多约30％的CH4、至多约10％的HCN、至多约30％的C2H2和至多约30％的Ar。例如，热传递气体可以是大于约60％的氢气。此外，热传递气体还可以包含多环芳烃如蒽、萘、蔻、芘、
Figure BDA0002813955460000051
芴等。此外，热传递气体可以存在有苯和甲苯或者类似的单芳烃组分。例如，热传递气体可以包含大于或等于约90％的氢气，以及约0.2％的氮气、约1.0％的CO、约1.1％的CH4、约0.1％的HCN和约0.1％的C2H2。热传递气体可包含大于或等于约80％的氢气，并且其余部分可以包括前述气体、多环芳烃、单芳烃和其他组分的一些混合物。可以使用诸如氧气、氮气、氩气、氦气、空气、氢气、一氧化碳、烃(例如，甲烷、乙烷、不饱和烃)等(单独使用或者以两种或更多种的混合物使用)等热传递气体。热传递气体可以包含按体积计大于或等于约50％的氢气。热传递气体可以包含例如氧气、氮气、氩气、氦气、空气、氢气、烃(例如，甲烷、乙烷)等(单独使用或者以两种或更多种的混合物使用)。热传递气体可以包含按体积计大于约70％的H2，并且可以包含至少约1ppm水平的气体HCN、CH4、C2H4、C2H2、CO、苯或多环芳烃(例如，萘和/或蒽)中的至少一种或多种。多环芳烃可以包括例如萘、蒽和/或其衍生物。多环芳烃可以包括例如甲基萘和/或甲基蒽。热传递气体可以包括按重量、体积或摩尔计大于或等于约1ppm、5ppm、10ppm、25ppm、50ppm、0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％的浓度(例如，在热传递气体的混合物中)的给定热传递气体(例如，在前述热传递气体中)。备选地或附加地，热传递气体可以包括按重量、体积或摩尔计小于或等于约100％、99％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、49％、48％、47％、46％、45％、44％、43％、42％、41％、40％、39％、38％、37％、36％、35％、34％、33％、32％、31％、30％、29％、28％、27％、26％、25％、24％、23％、22％、21％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4.5％、4％、3.5％、3％、2.5％、2％、1.9％、1.8％、1.7％、1.6％、1.5％、1.4％、1.3％、1.2％、1.1％、1％、0.9％、0.8％、0.7％、0.6％、0.5％、0.4％、0.3％、0.2％、0.1％、0.05％、0.01％、50ppm、25ppm、10ppm、5ppm或1ppm的浓度(例如，在热传递气体的混合物中)的给定热传递气体。热传递气体可以包括相似或不同浓度的另外的热传递气体(例如，在热传递气体的混合物中)。这样的另外的热传递气体可在例如未被选择作为给定热传递气体的前述热传递气体中选择。给定热传递气体本身可包括混合物。在加热之前、期间和/或之后，热传递气体可以具有这样组成的至少子集。
烃原料可以包括具有式CnHx或CnHxOy的任何化学物质，其中n为整数；x(i)在1与2n+2之间，或(ii)对于燃料如煤、煤焦油、裂解燃料油等，为小于1；并且y在0与n之间。烃原料可包括，例如，简单烃类(例如，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等)、芳族原料(例如，苯、甲苯、二甲苯、甲基萘、裂解燃料油、煤焦油、煤、重油、石油、生物油、生物柴油、其他生物衍生的烃等)、不饱和烃类(例如，乙烯、乙炔、丁二烯、苯乙烯等)、含氧烃类(例如，乙醇、甲醇、丙醇、苯酚、酮类、醚类、酯类等)或其任何组合。提供这些实例作为可接受的烃原料的非限制性实例，其还可以与其他组分组合和/或混合用于制造。烃原料可以指其中大部分原料(例如，按重量计大于约50％)本质上是烃的原料。反应性烃原料可包含按重量计至少约70％的甲烷、乙烷、丙烷或其混合物。烃原料可以包括或可以是天然气。烃可以包括或可以是甲烷、乙烷、丙烷或其混合物。烃可以包括甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、乙炔、乙烯、炭黑油、煤焦油、粗煤焦油、柴油、苯和/或甲基萘。烃可以包括(例如，附加的)多环芳烃。烃原料可以包括一种或多种简单烃、一种或多种芳香原料、一种或多种不饱和烃、一种或多种含氧烃、或其任何组合。烃原料可以包括，例如，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、天然气、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、萘、甲基萘、二甲基萘、蒽、甲基蒽、其他单环或多环芳烃、炭黑油、柴油、裂解燃料油、煤焦油、粗煤焦油、煤、重油、石油、生物油、生物柴油、其他生物衍生的烃、乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯、苯乙烯、乙醇、甲醇、丙醇、苯酚、一种或多种酮类、一种或多种醚类、一种或多种酯类、一种或多种醛类或其任何组合。原料可以包括本文所述的原料化合物的一种或多种衍生物，例如，苯和/或其衍生物、萘和/或其衍生物、蒽和/或其衍生物等。烃原料(本文也称为“原料”)可以具有如本文其他地方所述的组成。
可以以例如大于或等于约1标准立方米/小时(Nm3/hr)、2Nm3/hr、5Nm3/hr、10Nm3/hr、25Nm3/hr、50Nm3/hr、75Nm3/hr、100Nm3/hr、150Nm3/hr、200Nm3/hr、250Nm3/hr、300Nm3/hr、350Nm3/hr、400Nm3/hr、450Nm3/hr、500Nm3/hr、550Nm3/hr、600Nm3/hr、650Nm3/hr、700Nm3/hr、750Nm3/hr、800Nm3/hr、850Nm3/hr、900Nm3/hr、950Nm3/hr、1,000Nm3/hr、2,000Nm3/hr、3,000Nm3/hr、4,000Nm3/hr、5,000Nm3/hr、6,000Nm3/hr、7,000Nm3/hr、8,000Nm3/hr、9,000Nm3/hr、10,000Nm3/hr、12,000Nm3/hr、14,000Nm3/hr、16,000Nm3/hr、18,000Nm3/hr、20,000Nm3/hr、30,000Nm3/hr、40,000Nm3/hr、50,000Nm3/hr、60,000Nm3/hr、70,000Nm3/hr、80,000Nm3/hr、90,000Nm3/hr或100,000Nm3/hr的速率将热传递气体提供至系统(例如，提供至反应器，例如，本文所述的反应器102或212)。备选地或附加地，可以以例如小于或等于约100,000Nm3/hr、90,000Nm3/hr、80,000Nm3/hr、70,000Nm3/hr、60,000Nm3/hr、50,000Nm3/hr、40,000Nm3/hr、30,000Nm3/hr、20,000Nm3/hr、18,000Nm3/hr、16,000Nm3/hr、14,000Nm3/hr、12,000Nm3/hr、10,000Nm3/hr、9,000Nm3/hr、8,000Nm3/hr、7,000Nm3/hr、6,000Nm3/hr、5,000Nm3/hr、4,000Nm3/hr、3,000Nm3/hr、2,000Nm3/hr、1,000Nm3/hr、950Nm3/hr、900Nm3/hr、850Nm3/hr、800Nm3/hr、750Nm3/hr、700Nm3/hr、650Nm3/hr、600Nm3/hr、550Nm3/hr、500Nm3/hr、450Nm3/hr、400Nm3/hr、350Nm3/hr、300Nm3/hr、250Nm3/hr、200Nm3/hr、150Nm3/hr、100Nm3/hr、75Nm3/hr、50Nm3/hr、25Nm3/hr、10Nm3/hr、5Nm3/hr或2Nm3/hr的速率将热传递气体提供至系统(例如，提供至反应器)。可以以这样的速率组合本文所述的一种或多种原料流速将热传递气体提供至系统(例如，提供至反应器)。
可以以例如大于或等于约50克/小时(g/hr)、100g/hr、250g/hr、500g/hr、750g/hr、1千克/小时(kg/hr)、2kg/hr、5kg/hr、10kg/hr、15kg/hr、20kg/hr、25kg/hr、30kg/hr、35kg/hr、40kg/hr、45kg/hr、50kg/hr、55kg/hr、60kg/hr、65kg/hr、70kg/hr、75kg/hr、80kg/hr、85kg/hr、90kg/hr、95kg/hr、100kg/hr、150kg/hr、200kg/hr、250kg/hr、300kg/hr、350kg/hr、400kg/hr、450kg/hr、500kg/hr、600kg/hr、700kg/hr、800kg/hr、900kg/hr、1,000kg/hr、1,100kg/hr、1,200kg/hr、1,300kg/hr、1,400kg/hr、1,500kg/hr、1,600kg/hr、1,700kg/hr、1,800kg/hr、1,900kg/hr、2,000kg/hr、2,100kg/hr、2,200kg/hr、2,300kg/hr、2,400kg/hr、2,500kg/hr、3,000kg/hr、3,500kg/hr、4,000kg/hr、4,500kg/hr、5,000kg/hr、6,000kg/hr、7,000kg/hr、8,000kg/hr、9,000kg/hr或10,000kg/hr的速率将原料(例如，烃)提供至系统(例如，提供至反应器，例如，本文所述的反应器102或212)。备选地或附加地，可以以例如小于或等于约10,000kg/hr、9,000kg/hr、8,000kg/hr、7,000kg/hr、6,000kg/hr、5,000kg/hr、4,500kg/hr、4,000kg/hr、3,500kg/hr、3,000kg/hr、2,500kg/hr、2,400kg/hr、2,300kg/hr、2,200kg/hr、2,100kg/hr、2,000kg/hr、1,900kg/hr、1,800kg/hr、1,700kg/hr、1,600kg/hr、1,500kg/hr、1,400kg/hr、1,300kg/hr、1,200kg/hr、1,100kg/hr、1,000kg/hr、900kg/hr、800kg/hr、700kg/hr、600kg/hr、500kg/hr、450kg/hr、400kg/hr、350kg/hr、300kg/hr、250kg/hr、200kg/hr、150kg/hr、100kg/hr、95kg/hr、90kg/hr、85kg/hr、80kg/hr、75kg/hr、70kg/hr、65kg/hr、60kg/hr、55kg/hr、50kg/hr、45kg/hr、40kg/hr、35kg/hr、30kg/hr、25kg/hr、20kg/hr、15kg/hr、10kg/hr、5kg/hr、2kg/hr、1kg/hr、750g/hr、500g/hr、250g/hr或100g/hr的速率将原料(例如，烃)提供至系统(例如，提供至反应器)。
图1示出了方法100的流程图示例。该方法可以通过向热气体添加烃(例如，热量+烃)101来开始。该方法可以包括加热气体(例如，热传递气体)、将烃添加至热气体(例如，101)，通过炉或反应器102，以及使用一个或多个热交换器103(例如，与反应器连接)、过滤器(例如，主过滤器)104(例如，与热交换器连接)、脱气(例如，脱气室或装置)105(例如，与过滤器连接)以及后端106中的一个或多个步骤。作为其他组件的非限制性实例，可以加入输送过程、过程过滤器、旋风分离器、分级机和/或锤磨机(例如，任选地)。后端设备106可以包括例如制粒机(例如，与脱气装置连接)、粘合剂混合槽(例如，与制粒机连接)和干燥器(例如，与制粒机连接)中的一种或多种。反应器的后端可以包括制粒机、干燥器和/或装袋器作为组件的非限制性实例。可以添加或去除更多组件或更少组件。碳颗粒(例如，炭黑)还可以穿过分级机、锤磨机和/或其他尺寸减小设备(例如，以便减少产物中砂砾的比例)。
热气体可以是平均温度约2,200℃以上的热气体流。热气体可以具有如本文其他地方所述的组成(例如，热气体可包含按体积计大于50％的氢气)。该过程可以包括加热气体(例如，包含按体积计50％或更多的氢气)然后在101将该热气体添加至烃。可以(例如还)通过来自反应器壁的潜在辐射热提供热量。这可以通过经由外部提供的能量加热壁或通过从热气体加热壁来实现。热量可以从热气体转移到烃原料。这可在向反应器或反应区102中的热气体添加烃原料后立即发生。“反应器”可以指装置(例如，包括反应器部分(或反应室或反应区)的较大装置)，或仅指反应器部分(或反应室或反应区)。烃可在完全转化为碳颗粒(例如，炭黑)之前开始裂解和分解。反应产物可以在制造后冷却。可以用骤冷冷却反应产物。例如，可以用包含大部分氢气的骤冷。可以将骤冷注射到过程的反应器部分。可以使用热交换器冷却过程气体。在热交换器中，过程气体可以暴露于大量的表面积从而允许冷却，同时产物流可以同时地传输通过过程。气体的排出流和碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以(例如，随后)穿过过滤器，该过滤器允许50％以上的气体穿过，将基本上所有的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)捕获在过滤器上。可以在过滤器上捕获按重量计至少约98％的碳颗粒(例如，炭黑颗粒)。伴有残余气体的碳颗粒(例如，炭黑)可以(例如，随后)穿过脱气装置，在脱气装置中可燃气体的量减少(例如，至按体积计小于约10％)。碳颗粒(例如，炭黑颗粒)可以(例如，随后)通过粘合剂与水混合并随后形成丸粒，然后在干燥器中除去大部分的水。
本公开内容的系统的至少一部分(例如，颗粒生成部分)可以被配置用于实现封闭的过程。这样的封闭的颗粒生成系统可以包括例如封闭的颗粒生成反应器。封闭过程可以包括热发生器(例如，等离子体发生器)、反应室、主过滤器和脱气室。这些组件可以基本上不含氧气或其他大气气体。该过程(或其部分)可以只允许给定的气氛。
本公开内容的过程的至少一部分(例如，颗粒生成部分)可以包含反应物和产物直至完成脱气步骤以去除烃原料(例如，甲烷)裂解产生的可燃气体(例如，氢气)。氢气这种高度可燃的气体可以从如此产生的碳颗粒(例如，碳黑)分离，以便操作碳颗粒。
图2示出了系统200的实例。该系统可以包括热发生器(例如，等离子体发生器)210，该热发生器210生成可以向其添加(例如，在原料气入口处)原料(例如原料气体，例如甲烷)211的热气体(例如等离子体)。混合气体可以进入反应器212，在那里生成碳颗粒(例如，炭黑)，随后是热交换器213。然后，碳颗粒(例如，炭黑)可以在过滤器214过滤，在制粒机215中制粒，并在干燥器216中干燥。例如在所示的过滤器和制粒机单元之间，或在需要或适当的其他地方(例如，如本文其他地方所述)可以存在其他单元操作。它们可以包括例如氢气/尾气去除单元、输送单元、过程过滤器单元、分类单元、降砂磨机单元、吹扫过滤器单元(例如，可以从干燥器排出的蒸汽中过滤掉炭黑)、灰尘过滤器单元(例如，可以从其他设备收集灰尘)、劣质产品混合单元等。
注射的烃可以被裂解，使得最初通过共价键化学连接至烃的氢中按摩尔计至少约80％的可作为双原子氢进行同原子键合。同原子键合可以指在两个相同的原子之间的键(例如，如在双原子氢或H2中)。C-H可以是杂原子键。烃可从杂原子键合的C-H变为同原子键合的H-H和C-C。这可以仅指来自CH4或其他烃原料的H2(例如，等离子体中的H2可以仍然存在)。
可以以例如大于或等于约1％、5％、10％、25％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％或99.9％的产率(例如，基于原料转化率、基于注射的总烃、基于碳的重量百分比或通过产物碳的摩尔数与反应物碳的摩尔数测量的碳颗粒的产率)生成碳颗粒。备选地或附加地，可以以例如小于或等于约100％、99.9％、99.5％、99％、98％、97％、96％、95％、94％、93％、92％、91％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、25％或5％的产率(例如，基于原料转化率、基于注射的总烃、基于碳的重量百分比或通过产物碳的摩尔数与反应物碳的摩尔数测量的碳颗粒的产率)生成碳颗粒。
本公开内容的系统(例如，设备)和方法，以及借助本文的系统和方法实现的过程可以，例如，提供原料灵活性，增加给定等级的碳颗粒(例如，炭黑)的总产量和/或提供其他优点(例如，如本文其他地方更详细的描述)。
例如，本公开内容提供用于在具有一系列单独容量的单元操作的设备中裂解原料(例如，具有等离子体)的系统和方法。单元操作可以包括至少一个反应器单元，至少一个热交换器单元和/或至少一个过滤器单元。单元操作可以包括至少一个干燥器单元。单元操作可以包括至少一个制粒机单元。通过用较重的原料(例如，原料的分子量比甲烷重)取代至少一部分原料，可以基本平衡该单元操作的各个容量，这可以导致单元操作的各个容量的利用率提高和/或总吞吐量增加。较重的原料可以是至少一种气体。较重的原料可以含有较高的碳含量(例如，高于甲烷的碳含量)。较重的原料可以包括或为例如乙烷、丙烷、丁烷、乙炔、乙烯、炭黑油、煤焦油、粗煤焦油、柴油、苯和甲基萘中的一种或多种。较重的原料可以包括一种或多种(例如，额外的)多环芳族烃。
给定原料的至少一部分可以用较重的原料取代。虽然较重是指相对分子量(例如，克/摩尔)，但原料的碳含量(例如，按重量计的％碳)可以最好地表示改进的潜力。原料中不饱和键的存在增加可能以(例如也)对该过程有积极影响，例如，使用乙烯取代乙烷或除乙烷之外还使用乙烯。如果烃原料由化学式CnH(2n+2)表示，则本文所述的结果可以随着“n”的增加而改进。然而，对于不饱和和/或环状化合物，+2实际上可以变为更小的或负数(例如，炉内过程中的炭黑原料通常为CnHn，并且煤焦油为CnHn/2)。尽管通常可以使用气体形式的原料，虽然它可以更昂贵，但可以(例如也)采用本文所述的液体形式的原料。尽管相对成本可以是选择时要考虑的因素，但除乙烷外，还可以选择任何额外的气体或液体(例如，在常规炭黑生产过程中可操作的气体或液体)，其包括但不限于例如丙烷、丁烷、乙炔、乙烯、炭黑油、煤焦油、粗煤焦油、柴油、苯、甲基萘等。
较重的原料(例如，乙烷或较重的原料气体)可以用于降低成本并平衡反应器(例如，等离子体反应器)的反应器容量。例如，可以使用乙烷和/或比甲烷重的其他烃取代部分或全部甲烷作为过程的原料。在本文所述的过程(例如，等离子体过程)中使用较重的原料(例如，比甲烷重的原料)可以减少每生产单元所需的能量。使用较重的原料可以导致较低的原材料成本和/或较高的能源效率。用较重的原料取代部分或全部较轻的原料(例如，甲烷/天然气)作为原料，可以更好地(或理想地充分)利用前端和后端的单个单元容量，从而通过将固定成本摊分到每单位时间生产的更高数量的产品中，或仅通过生成额外的产品出售降低总成本或提高收益性，即使较重原料的成本高于较轻的原料。使用较重的原料可以(例如也)改善产品质量(例如，较低的砂砾和/或从成型产品中提取更快、更高结构/CDBP(粉碎邻苯二甲酸二丁酯值)或DBP(邻苯二甲酸二丁酯值)和/或更高的表面积)。使用较重的原料可以提供本文所述的上述和/或其他优点的各种组合。
以增加例如反应器、热交换器和/或过滤器的容量，使得其与例如热交换器/产品冷却器、过滤器、制粒机和/或干燥器容量的可用下游容量(通常干燥器是生产的限制)相匹配的方式使用较重的原料(例如乙烷)取代部分较轻的原料(例如甲烷)可以是极其有利的。例如，容量的这种平衡可以由于反应器、热交换器或过滤器有限等级产品的销售增加而导致更高的收益性，即使由于乙烷或较重的原料的潜在成本较高而导致产品的原材料成本，或甚至总成本增加。较重原料的使用可以丰富所使用的原料，因此增加了后端(例如，等离子体单元的后端)的利用率，这可以导致更高的销售和收益性，和/或满足客户对额外更昂贵的产品的需求。
使用如本文所述较重的原料可以产生平衡或匹配每个操作单元的容量的能力。全套设备的生产可能受限于最低的单个单元容量步骤，这些容量限制通常由生产等级和所用原料等因素决定。通常，反应器极限可以与过滤器极限匹配，但热交换器极限可以代表该过程的不同极限。例如，炉内过程通常将反应器和热交换器的极限结合在一起。干燥器中也可以存在给定的蒸发速率。更换干燥器可以很昂贵，并在一些情况下可代表该单元的限制。因此，当反应器、热交换器、过滤器或其他受益于较重原料的单元操作无法在使用甲烷或较轻原料来利用所有干燥器容量提供足够的产品时，始终使用较重的原料来利用全部干燥器容量可以提高生产链的收益性。
取代任何水平(例如，即使按重量或体积计低至1％、2％、3％等，最高达100％，或如本文另有所述)的较轻原料(例如甲烷)的量可以是有意义的。在一个实例中，例如，一旦100％的甲烷被乙烷取代，则可以通过用较重的原料(如，丙烷等)取代乙烷，例如以此类推直到更重和更高分子量的气体和液体，来获得额外的容量效益。在另一个实例中，较重原料的混合物可以用于取代较轻原料的至少一部分。在又另一个实例中，第一原料的至少一部分可以被第二(例如，较重的)原料取代，并且随后第一原料的至少一部分，或者第一原料和第二原料的至少一部分，可以被第三原料(例如，其可以比第一原料重并且比第二原料轻，或者可以比第一原料和第二原料都轻)取代。因此，原料组成可以根据需要在较轻和较重之间变化。例如，给定(例如，较轻的)原料的取代量可以按给定原料的重量、体积或摩尔计大于或等于约0％、0.001％、0.005％、0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、99％、99.5％或99.9％。备选地或附加地，例如，给定(例如，较轻的)原料的取代量可以按给定原料的重量、体积或摩尔计小于或等于约100％、99.9％、99.5％、99％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、8％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.9％、0.8％、0.7％、0.6％、0.5％、0.4％、0.3％、0.2％、0.1％、0.05％、0.01％、0.005％或0.001％。
有利地取代或混合不同原料的能力可以提供原料灵活性。在一些情况下，例如，当较轻的原料的可用性降低时，较重的原料可以用于取代较轻原料的至少一部分。在一些情况下，原料灵活性可以允许多种原料互换使用，从而确保充足的原料供应(例如，在给定原料不可用的情况下的冗余)。在一些情况下，例如，当纯原料的可用性降低时，可以使用原料混合物代替纯原料。原料灵活性可以适应原料供应的变化(例如，天然气和/或其他原料，例如，垃圾填埋/废气、炼厂气流(例如，炼厂尾气)、煤层气等的组成变化)。如果需要给定(例如，较重的)原料，则可以将其分开提供或从另一(例如，较轻的)原料转化而来。可以提供这种原料转化作为本文所述的系统和方法的一部分。本公开内容的系统(例如，装置)和方法，以及借助于本文的系统和方法实施的过程，可以被配置为允许使用一种或多种不同的原料。
烃原料(本文也称为“原料”)可以包括原料混合物。原料可以包括第一原料(例如，甲烷或天然气)和一种或多种额外的(例如，第二、第三、第四、第五等)原料(例如，乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、萘、甲基萘、二甲基萘、蒽、甲基蒽、其他单环或多环芳烃、炭黑油、柴油、裂解燃料油、煤焦油、粗煤焦油、煤、重油、石油、生物油、生物柴油、其他生物衍生的烃、乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯、苯乙烯、乙醇、甲醇、丙醇、苯酚、一种或多种酮类、一种或多种醚类、一种或多种酯类、一种或多种醛类或其任何组合)。给定原料(例如，第一原料、第二原料、第三原料、第四原料、第五原料等)本身可以包括混合物(例如，天然气)。原料可以包括不含第一原料的一种或多种额外原料中的至少一种(例如，原料可以包括乙烷、乙烯、炭黑油、裂解燃料油、煤焦油、粗煤焦油或重油)。原料可以包括浓度按重量、体积或摩尔计大于或等于约1ppm、5ppm、10ppm、25ppm、50ppm、0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％的第一原料(例如，甲烷或天然气)。作为备选，原料可以包括浓度按重量、体积或摩尔计小于约99％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、49％、48％、47％、46％、45％、44％、43％、42％、41％、40％、39％、38％、37％、36％、35％、34％、33％、32％、31％、30％、29％、28％、27％、26％、25％、24％、23％、22％、21％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4,5％、4％、3.5％、3％、2.5％、2％、1.9％、1.8％、1.7％、1.6％、1.5％、1.4％、1.3％、1.2％、1.1％、1％、0.9％、0.8％、0.7％、0.6％、0.5％、0.4％、0.3％、0.2％、0.1％、0.05％、0.01％、50ppm、25ppm、10ppm、5ppm或1ppm的第一原料(例如，甲烷或天然气)。原料可以包括各种水平的额外原料。例如，原料可以包括第二原料和第三原料。原料可以包括浓度按重量、体积或摩尔计大于或等于约1ppm、5ppm、10ppm、25ppm、50ppm、0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％的第二原料(例如，乙烷)。作为备选，原料可以包括浓度按重量、体积或摩尔计小于约99％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、49％、48％、47％、46％、45％、44％、43％、42％、41％、40％、39％、38％、37％、36％、35％、34％、33％、32％、31％、30％、29％、28％、27％、26％、25％、24％、23％、22％、21％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4,5％、4％、3.5％、3％、2.5％、2％、1.9％、1.8％、1.7％、1.6％、1.5％、1.4％、1.3％、1.2％、1.1％、1％、0.9％、0.8％、0.7％、0.6％、0.5％、0.4％、0.3％、0.2％、0.1％、0.05％、0.01％、50ppm、25ppm、10ppm、5ppm或1ppm的第二原料(例如，乙烷)。原料可以包括与至少第三原料(例如丙烷、丁烷、戊烷、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、萘、甲基萘、二甲基萘、蒽、甲基蒽、其他单环或多环芳烃、炭黑油、柴油、裂解燃料油、煤焦油、粗煤焦油、煤、重油、石油、生物油、生物柴油、其他生物衍生的烃、乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯、苯乙烯、乙醇、甲醇、丙醇、苯酚、一种或多种酮类、一种或多种醚类、一种或多种酯类或一种或多种醛类)组合的第二原料，第三原料的浓度按重量、体积或摩尔计大于或等于约1ppm、5ppm、10ppm、25ppm、50ppm、0.01％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％、1％、1.1％、1.2％、1.3％、1.4％、1.5％、1.6％、1.7％、1.8％、1.9％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％、30％、31％、32％、33％、34％、35％、36％、37％、38％、39％、40％、41％、42％、43％、44％、45％、46％、47％、48％、49％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％。作为备选，原料可以包括与至少第三原料(例如，丙烷、丁烷、戊烷、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、萘、甲基萘、二甲基萘、蒽、甲基蒽、其他单环或多环芳烃、炭黑油、柴油、裂解燃料油、煤焦油、粗煤焦油、煤、重油、石油、生物油、生物柴油、其他生物衍生的烃、乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯、苯乙烯、乙醇、甲醇、丙醇、苯酚、一种或多种酮类、一种或多种醚类、一种或多种酯类或一种或多种醛类)组合的第二原料，第三原料的浓度按重量、体积或摩尔计小于约99％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、49％、48％、47％、46％、45％、44％、43％、42％、41％、40％、39％、38％、37％、36％、35％、34％、33％、32％、31％、30％、29％、28％、27％、26％、25％、24％、23％、22％、21％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4,5％、4％、3.5％、3％、2.5％、2％、1.9％、1.8％、1.7％、1.6％、1.5％、1.4％、1.3％、1.2％、1.1％、1％、0.9％、0.8％、0.7％、0.6％、0.5％、0.4％、0.3％、0.2％、0.1％、0.05％、0.01％、50ppm、25ppm、10ppm、5ppm或1ppm。原料可以包括第三原料而不含第二原料。例如，第二原料可以选自上述一种或多种额外的原料(例如，可以选择以下物质来代替乙烷：丙烷、丁烷、戊烷、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、萘、甲基萘、二甲基萘、蒽、甲基蒽、其他单环或多环芳烃、炭黑油、柴油、裂解燃料油、煤焦油、粗煤焦油、煤、重油、石油、生物油、生物柴油、其他生物衍生的烃、乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯、苯乙烯、乙醇、甲醇、丙醇、苯酚、一种或多种酮类、一种或多种醚类、一种或多种酯类或一种或多种醛类)。然后可以从一种或多种额外原料的剩余物中适当地选择第三原料。原料可以包括其他(例如，第四、第五、第六、第七、第九、第十、第11、第12、第13、第14、第15、第16、第17、第18、第19、第20等)额外的原料(例如，以相似的或不同的浓度)。例如，可以从上述一种或多种未被选择作为第二原料和第三原料的额外原料中选择这种其他额外原料。
第一原料和一种或多种额外原料(例如，第二原料、第三原料、第四原料、第五原料等)可以选自例如简单烃、芳族原料、不饱和烃、含氧烃或其任何组合。例如，原料可以包括以下组合中的一种或多种：一种或多种简单烃，以及一种或多种芳族原料；一种或多种简单烃，以及一种或多种不饱和烃；一种或多种简单烃，以及一种或多种含氧烃；一种或多种简单烃，一种或多种芳族原料，以及一种或多种不饱和烃；一种或多种简单烃，一种或多种芳族原料，以及一种或多种含氧烃；一种或多种简单烃，一种或多种不饱和烃，以及一种或多种含氧烃；一种或多种简单烃，一种或多种芳族原料，一种或多种不饱和烃，以及一种或多种含氧烃；一种或多种芳族原料，以及一种或多种不饱和烃；一种或多种芳族原料，以及一种或多种含氧烃；一种或多种芳族原料，一种或多种不饱和烃，以及一种或多种含氧烃；以及一种或多种不饱和烃，以及一种或多种含氧烃。第一原料和一种或多种额外原料(例如，第二原料、第三原料、第四原料、第五原料等)可以选自例如，甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、天然气、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、萘、甲基萘、二甲基萘、蒽、甲基蒽、其他单环或多环芳烃、炭黑油、柴油、裂解燃料油、煤焦油、粗煤焦油、煤、重油、石油、生物油、生物柴油、其他生物衍生的烃、乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯、苯乙烯、乙醇、甲醇、丙醇、苯酚、一种或多种酮类、一种或多种醚类、一种或多种酯类、一种或多种醛类或其任何组合。原料可以包括(例如，第一原料和一种或多种额外原料中的至少一种可以为)，例如，以下组合中的一种或多种：甲烷和/或乙烯(例如，甲烷；乙烯；或甲烷和乙烯)；甲烷和/或乙烯，以及乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷(例如，甲烷和乙烷；甲烷和丙烷；甲烷和丁烷；甲烷和戊烷；甲烷、乙烷和丙烷；甲烷、乙烷和丁烷；甲烷、乙烷和戊烷；甲烷、乙烷、丙烷和丁烷；甲烷、乙烷、丙烷和戊烷；甲烷、乙烷、丁烷和戊烷；甲烷、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷；甲烷、丙烷和丁烷；甲烷、丙烷和戊烷；甲烷、丙烷、丁烷和戊烷；甲烷、丁烷和戊烷；乙烯和乙烷；乙烯和丙烷；乙烯和丁烷；乙烯和戊烷；乙烯、乙烷和丙烷；乙烯、乙烷和丁烷；乙烯、乙烷和戊烷；乙烯、乙烷、丙烷和丁烷；乙烯、乙烷、丙烷和戊烷；乙烯、乙烷、丁烷和戊烷；乙烯、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷；乙烯、丙烷和丁烷；乙烯、丙烷和戊烷；乙烯、丙烷、丁烷和戊烷；乙烯、丁烷和戊烷；甲烷、乙烯和乙烷；甲烷、乙烯和丙烷；甲烷、乙烯和丁烷；甲烷、乙烯和戊烷；甲烷、乙烯、乙烷和丙烷；甲烷、乙烯、乙烷和丁烷；甲烷、乙烯、乙烷和戊烷；甲烷、乙烯、乙烷、丙烷和丁烷；甲烷、乙烯、乙烷、丙烷和戊烷；甲烷、乙烯、乙烷、丁烷和戊烷；甲烷、乙烯、乙烷、丙烷、丁烷和戊烷；甲烷、乙烯、丙烷和丁烷；甲烷、乙烯、丙烷和戊烷；甲烷、乙烯、丙烷、丁烷和戊烷；或甲烷、乙烯、丁烷和戊烷)；甲烷和/或乙烯，以及苯、甲苯、二甲苯和/或萘(例如，甲烷和苯；甲烷和甲苯；甲烷和二甲苯；甲烷和萘；甲烷、苯和甲苯；甲烷、苯和二甲苯；甲烷、苯和萘；甲烷、甲苯和二甲苯；甲烷、甲苯和萘；甲烷、二甲苯和萘；甲烷、苯、甲苯和二甲苯；甲烷、苯、甲苯和萘；甲烷、苯、二甲苯和萘；甲烷、甲苯、二甲苯和萘；甲烷、苯、甲苯、二甲苯和萘；乙烯和苯；乙烯和甲苯；乙烯和二甲苯；乙烯和萘；乙烯、苯和甲苯；乙烯、苯和二甲苯；乙烯、苯和萘；乙烯、甲苯和二甲苯；乙烯、甲苯和萘；乙烯、二甲苯和萘；乙烯、苯、甲苯和二甲苯；乙烯、苯、甲苯和萘；乙烯、苯、二甲苯和萘；乙烯、甲苯、二甲苯和萘；乙烯、苯、甲苯、二甲苯和萘；甲烷、乙烯和苯；甲烷、乙烯和甲苯；甲烷、乙烯和二甲苯；甲烷、乙烯和萘；甲烷、乙烯、苯和甲苯；甲烷、乙烯、苯和二甲苯；甲烷、乙烯、苯和萘；甲烷、乙烯、甲苯和二甲苯；甲烷、乙烯、甲苯和萘；甲烷、乙烯、二甲苯和萘；甲烷、乙烯、苯、甲苯和二甲苯；甲烷、乙烯、苯、甲苯和萘；甲烷、乙烯、苯、二甲苯和萘；甲烷、乙烯、甲苯、二甲苯和萘；或甲烷、乙烯、苯、甲苯、二甲苯和萘)；甲烷和/或乙烯、以及乙苯；甲烷和/或乙烯，以及甲基萘和/或二甲基萘(例如，甲烷和甲基萘；甲烷和二甲基萘；甲烷、甲基萘和二甲基萘；乙烯和甲基萘；乙烯和二甲基萘；乙烯、甲基萘和二甲基萘；甲烷、乙烯和甲基萘；甲烷、乙烯和二甲基萘；或甲烷、乙烯、甲基萘和二甲基萘)；甲烷和/或乙烯，以及蒽和/或甲基蒽(例如，甲烷和蒽；甲烷和甲基蒽；甲烷、蒽和甲基蒽)；乙烯和蒽；乙烯和甲基蒽；乙烯、蒽和甲基蒽；甲烷、乙烯和蒽；甲烷、乙烯和甲基蒽；或甲烷、乙烯、蒽和甲基蒽)；甲烷和/或乙烯，以及炭黑油；甲烷和/或乙烯，以及裂解燃料油；甲烷和/或乙烯，以及煤焦油；甲烷和/或乙烯，以及粗煤焦油；甲烷和/或乙烯，以及重油；甲烷和/或乙烯，以及乙炔；甲烷和/或乙烯、以及丙烯；甲烷和/或乙烯，以及丁二烯；甲烷和/或乙烯，以及苯乙烯；甲烷和/或乙烯，以及甲醇、乙醇和/或丙醇(例如，甲烷和甲醇；甲烷和乙醇；甲烷和丙醇；甲烷、甲醇和乙醇；甲烷、甲醇和丙醇；甲烷、乙醇和丙醇；甲烷、甲醇、乙醇和丙醇；乙烯和甲醇；乙烯和乙醇；乙烯和丙醇；乙烯、甲醇和乙醇；乙烯、甲醇和丙醇；乙烯、乙醇和丙醇；乙烯、甲醇、乙醇和丙醇；甲烷、乙烯和甲醇；甲烷、乙烯和乙醇；甲烷、乙烯和丙醇；甲烷、乙烯、甲醇和乙醇；甲烷、乙烯、甲醇和丙醇；甲烷、乙烯、乙醇和丙醇；或甲烷、乙烯、甲醇、乙醇和丙醇)；甲烷和/或乙烯，以及苯酚；甲烷和/或乙烯，以及一种或多种酮类；甲烷和/或乙烯，以及一种或多种醚类；甲烷和/或乙烯，以及一种或多种酯类；甲烷和/或乙烯，以及一种或多种醛类；天然气，以及苯、甲苯、二甲苯和/或萘(例如，天然气和苯；天然气和甲苯；天然气和二甲苯；天然气和萘；天然气、苯和甲苯；天然气、苯和二甲苯；天然气、苯和萘；天然气、甲苯和二甲苯；天然气、甲苯和萘；天然气、二甲苯和萘；天然气、苯、甲苯和二甲苯；天然气、苯、甲苯和萘；天然气、苯、二甲苯和萘；天然气、甲苯、二甲苯和萘；或天然气、苯、甲苯、二甲苯和萘)；天然气和乙苯；天然气，以及甲基萘和/或二甲基萘(例如，天然气和甲基萘；天然气和二甲基萘；或天然气、甲基萘和二甲基萘)；天然气，以及蒽和/或甲基蒽(例如，天然气和蒽；天然气和甲基蒽；或天然气、蒽和甲基蒽)；天然气和炭黑油；天然气和裂解燃料油；天然气和煤焦油；天然气和粗煤焦油；天然气和重油；天然气和乙烯；天然气和乙炔；天然气和丙烯；天然气和丁二烯；天然气和苯乙烯；天然气，以及甲醇、乙醇和/或丙醇(例如，天然气和甲醇；乙醇；天然气和丙醇；天然气、甲醇和乙醇；天然气、甲醇和丙醇；天然气、乙醇和丙醇；或天然气、甲醇、乙醇和丙醇)；天然气和苯酚；天然气，以及一种或多种酮类；天然气，以及一种或多种醚类；天然气，以及一种或多种酯类；天然气，以及一种或多种醛类；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷(例如，乙烷；丙烷；丁烷；戊烷；乙烷和丙烷；乙烷和丁烷；乙烷和戊烷；乙烷、丙烷和丁烷；乙烷、丙烷和戊烷；乙烷、丁烷和戊烷；乙烷、丙烷、丁烷和戊烷；丙烷和丁烷；丙烷和戊烷；丙烷、丁烷和戊烷；或丁烷和戊烷)；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及苯、甲苯、二甲苯和/或萘；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及乙苯；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及甲基萘和/或二甲基萘；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及蒽和/或甲基蒽；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及炭黑油；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及裂解燃料油；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及煤焦油；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及粗煤焦油；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及重油；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及乙炔；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及丙烯；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及丁二烯；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及苯乙烯；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及甲醇、乙醇和/或丙醇；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷以及苯酚；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及一种或多种酮类；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及一种或多种醚类；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及一种或多种酯类；乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷，以及一种或多种醛类；苯、甲苯、二甲苯和/或萘(例如，苯；甲苯；二甲苯；萘；苯和甲苯；苯和二甲苯；苯和萘；甲苯和二甲苯；甲苯和萘；二甲苯和萘；苯、甲苯和二甲苯；苯、甲苯和萘；苯、二甲苯和萘；甲苯、二甲苯和萘；或苯、甲苯、二甲苯和萘)；苯、甲苯、二甲苯和/或萘，以及乙苯；苯、甲苯、二甲苯和/或萘，以及甲基萘和/或二甲基萘；苯、甲苯、二甲苯和/或萘，以及蒽和/或甲基蒽；苯、甲苯、二甲苯和/或萘，以及乙炔；苯、甲苯、二甲苯和/或萘，以及丙烯；苯、甲苯、二甲苯和/或萘，以及丁二烯；苯、甲苯、二甲苯和/或萘，以及苯乙烯；苯、甲苯、二甲苯和/或萘，以及甲醇、乙醇和/或丙醇；苯、甲苯、二甲苯和/或萘，以及苯酚；苯、甲苯、二甲苯和/或萘，以及一种或多种酮类；苯、甲苯、二甲苯和/或萘，以及一种或多种醚类；苯、甲苯、二甲苯和/或萘，以及一种或多种酯类；苯、甲苯、二甲苯和/或萘，以及一种或多种醛类；乙苯，以及甲基萘和/或二甲基萘；乙苯，以及蒽和/或甲基蒽；乙苯和乙炔；乙苯和丙烯；乙苯和丁二烯；乙苯和苯乙烯；乙苯，以及甲醇、乙醇和/或丙醇；乙苯和苯酚；乙苯，以及一种或多种酮类；乙苯，以及一种或多种醚类；乙苯，以及一种或多种酯类；乙苯，以及一种或多种醛类；甲基萘和/或二甲基萘(例如，甲基萘；二甲基萘；或甲基萘和二甲基萘)；甲基萘和/或二甲基萘，以及蒽和/或甲基蒽；甲基萘和/或二甲基萘，以及乙炔；甲基萘和/或二甲基萘，以及丙烯；甲基萘和/或二甲基萘，以及丁二烯；甲基萘和/或二甲基萘，以及苯乙烯；甲基萘和/或二甲基萘，以及甲醇、乙醇和/或丙醇；甲基萘和/或二甲基萘，以及苯酚；甲基萘和/或二甲基萘，以及一种或多种酮类；甲基萘和/或二甲基萘，以及一种或多种醚类；甲基萘和/或二甲基萘，以及一种或多种酯类；甲基萘和/或二甲基萘，以及一种或多种醛类；蒽和/或甲基蒽(例如，蒽；甲基蒽；或蒽和甲基蒽)；蒽和/或甲基蒽，以及乙炔；蒽和/或甲基蒽，以及丙烯；蒽和/或甲基蒽，以及丁二烯；蒽和/或甲基蒽，以及苯乙烯；蒽和/或甲基蒽，以及甲醇、乙醇和/或丙醇；蒽和/或甲基蒽，以及苯酚；蒽和/或甲基蒽，以及一种或多种酮类；蒽和/或甲基蒽，以及一种或多种醚类；蒽和/或甲基蒽，以及一种或多种酯类；蒽和/或甲基蒽，以及一种或多种醛类；乙炔和丙烯；乙炔和丁二烯；乙炔和苯乙烯；乙炔，以及甲醇、乙醇和/或丙醇；乙炔和苯酚；乙炔，以及一种或多种酮类；乙炔，以及一种或多种醚类；乙炔，以及一种或多种酯类；乙炔，以及一种或多种醛类；乙炔和炭黑油；乙炔和裂解燃料油；乙炔和煤焦油；乙炔和粗煤焦油；乙炔和重油；丙烯和丁二烯；丙烯和苯乙烯；丙烯，以及甲醇、乙醇和/或丙醇；丙烯和苯酚；丙烯，以及一种或多种酮类；丙烯，以及一种或多种醚类；丙烯，以及一种或多种酯类；丙烯，以及一种或多种醛类；丙烯和炭黑油；丙烯和裂解燃料油；丙烯和煤焦油；丙烯和粗煤焦油；丙烯和重油；丁二烯和苯乙烯；丁二烯，以及甲醇、乙醇和/或丙醇；丁二烯和苯酚；丁二烯，以及一种或多种酮类；丁二烯，以及一种或多种醚类；丁二烯，以及一种或多种酯类；丁二烯，以及一种或多种醛类；丁二烯和炭黑油；丁二烯和裂解燃料油；丁二烯和煤焦油；丁二烯和粗煤焦油；丁二烯和重油；苯乙烯，以及甲醇、乙醇和/或丙醇；苯乙烯和苯酚；苯乙烯，以及一种或多种酮类；苯乙烯，以及一种或多种醚类；苯乙烯，以及一种或多种酯类；苯乙烯，以及一种或多种醛类；苯乙烯和炭黑油；苯乙烯和裂解燃料油；苯乙烯和煤焦油；苯乙烯和粗煤焦油；苯乙烯和重油；甲醇、乙醇和/或丙醇(例如，甲醇；乙醇；丙醇；甲醇和乙醇；甲醇和丙醇；乙醇和丙醇；或甲醇、乙醇和丙醇)；甲醇、乙醇和/或丙醇，以及苯酚；甲醇、乙醇和/或丙醇，以及一种或多种酮类；甲醇、乙醇和/或丙醇，以及一种或多种醚类；甲醇、乙醇和/或丙醇，以及一种或多种酯类；甲醇、乙醇和/或丙醇，以及一种或多种醛类；甲醇、乙醇和/或丙醇，以及炭黑油；甲醇、乙醇和/或丙醇，以及裂解燃料油；甲醇、乙醇和/或丙醇，以及煤焦油；甲醇、乙醇和/或丙醇，以及粗煤焦油；甲醇、乙醇和/或丙醇，以及重油；苯酚，以及一种或多种酮类；苯酚，以及一种或多种醚类；苯酚，以及一种或多种酯类；苯酚，以及一种或多种醛类；一种或多种酮类，以及一种或多种醚类；一种或多种酮类，以及一种或多种酯类；一种或多种酮类，以及一种或多种醛类；一种或多种酮类，以及炭黑油；一种或多种酮类，以及裂解燃料油；一种或多种酮类，以及煤焦油；一种或多种酮类，以及粗煤焦油；一种或多种酮类，以及重油；一种或多种醚类，以及一种或多种酯类；一种或多种醚类，以及一种或多种醛类；一种或多种醚类，以及炭黑油；一种或多种醚类，以及裂解燃料油；一种或多种醚类，以及煤焦油；一种或多种醚类，以及粗煤焦油；一种或多种醚类，以及重油；一种或多种酯类，以及一种或多种醛类；一种或多种酯类和炭黑油；一种或多种酯类，以及裂解燃料油；一种或多种酯类，以及煤焦油；一种或多种酯类，以及粗煤焦油；一种或多种酯类，以及重油；一种或多种醛类，以及炭黑油；一种或多种醛类，以及裂解燃料油；一种或多种醛类，以及煤焦油；一种或多种醛类，以及粗煤焦油；一种或多种醛类，以及重油；以及炭黑油、裂解燃料油、煤焦油、粗煤焦油和/或重油(例如，炭黑油和裂解燃料油；炭黑油和煤焦油；炭黑油和粗煤焦油；炭黑油和重油；裂解燃料油和煤焦油；裂解燃料油和粗煤焦油；裂解燃料油和重油；煤焦油和重油；粗煤焦油和重油；炭黑油、裂解燃料油和煤焦油；碳黑油、裂解燃料油和粗煤焦油；碳黑油、裂解燃料油和重油；碳黑油、煤焦油和重油；碳黑油、粗煤焦油和重油；裂解燃料油、煤焦油和重油；裂解燃料油、粗煤焦油和重油；煤焦油、粗煤焦油和重油；炭黑油、裂解燃料油、煤焦油和重油；炭黑油、裂解燃料油、粗煤焦油和重油)。除上述组合之外或代替上述组合，可以使用其他组合(例如，上述组合中的至少一种组分或其单独的化合物可以代替另一种组分或其单独的化合物的组合)(例如，包含本文所述的其他原料的组合，例如包括其他单环或多环芳烃、柴油、煤、石油、生物油、生物柴油和/或其他生物衍生的烃的组合)。上述组合可以包括至少第一组分(例如，单一化合物或化合物的混合物)。上述组合可以包括至少第一组分(例如，单一化合物或化合物的混合物)和第二组分(例如，单一化合物或化合物的混合物)。原料可以以例如，可如本文关于第一原料、第二原料或第三原料的浓度所述的浓度(例如，单独或总浓度)包括第一组分或其单独的化合物。原料可以以例如可如本文关于第一原料、第二原料或第三原料的浓度所述的浓度(例如，单独或总浓度)包括第二组分或其单独的化合物。原料可以一致地包括一种或多种上述组合(例如，原料可以包括一种或多种上述组合的组合)。例如，原料可以包括(例如，两个、三个或更多个)第一组合的第一组分、第一组合的第二组分、第二组合的第一组分、第二组合的第二组分等(例如，组分可以仅与甲烷、与甲烷和乙烷、丙烷、丁烷和/或戊烷组合，与天然气代替甲烷，或与本文所述的包括甲烷的另一种合适的混合物结合；与共同组分(例如，共同第二组分)可以组合的一种或多种组合)。第一组合、第二组合等在本文中可以被称为子组合(例如，在一个或多个子组合的组合的上下文中)。原料可以以例如如本文关于第一原料、第二原料或第三原料的浓度所述的浓度(例如，单独或总浓度)包括此类子组合的组合的给定组分或其单个化合物。或者，每种子组合可以包括给定浓度下其各自的组分或其单个化合物，并且所述子组合可以按给定比例组合。组合可以包括，例如，大于或等于给定子组合的约1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％(平衡由其余子组合组成)。备选地或附加地，组合可以包括例如小于或等于给定子组合的约100％、99％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、15％、10％、5％、4％、3％or 2％.1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或99％(平衡由其余子组合组成)。在子组合的组合中，子组合的组分或其单个化合物的最终浓度可以是，例如，通过组合其他子组合来改变其在子组合中的浓度，在子组合中的浓度(例如，子组合中的浓度可以适用于在子组合的组合中的浓度)，或另一子组合中的浓度(例如，当多个子组合包括共同组分或其单个化合物时，任何子组合中的浓度可以适用于子组合的组合中的浓度)。
至少一部分原料可以进一步转化或由另一种原料通过转化生成。这种转化可以是按需和/或现场进行。原料的至少一部分(例如如本文所述，相对于给定(例如较轻的)原料的取代量)可以通过(例如转化可以包括)例如，大于或等于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、35、40、45或50个转化步骤或阶段进一步转化或生成。备选地或附加地，原料的至少一部分(例如如本文所述，相对于给定(例如，较轻的)原料的取代量)可以通过(例如，转化可以包括)，例如小于或等于50、45、40、35、30、28、26、24、22、20、18、16、14、12、10、9、8、7、6、5、4、3或2个转化步骤或阶段进一步转化或生成。转化可以包括例如以下的一种或多种(例如，任何组合)：催化转化、热转化、催化重整、催化裂化(例如，加氢裂化)、蒸汽裂化(例如，乙烷、丙烷和/或丁烷的蒸汽裂化)、热解、蒸汽重整、干重整、部分/直接氧化、氧化耦合、还原耦合、脱氢环化、脱氢芳构化、芳构化、甲烷化、乙烷化、用卤素活化(例如，使用氟化、氯化、溴化和/或碘化的卤化)、氧气和/或硫(例如，通过合适的催化剂和/或随后合适的催化转化)、在氧气存在下的转化、不存在氧气的转化、合成气的生成、合成气的转化(例如，Fischer-Tropsch转化)、分离(例如，气体彼此分离、液体与气体分离、蒸馏等)、萃取、富集、异构化、歧化、烷基交换作用、烷基化、脱烷基化(例如，加氢脱烷基化)、氢化、脱氢、活化，以及任何其他合适的(例如，石化)转化方法(例如，作为单独的步骤或阶段，或彼此之间的各种组合)。一种或多种这种步骤或阶段可以在催化剂(例如，非均相催化剂)的存在下进行，并且可以利用例如一种或多种金属、一种或多种金属碳化物、一种或多种金属碳氧化物、一种或多种金属氧化物、沸石(例如，用作催化剂或载体)、铝硅酸盐和/或其他无机材料(例如，用作催化剂或载体)、载体改性(例如使用含磷的氧化铝)或其任何组合(例如，金属负载在沸石上)。在一些情况下，可以适当调整输入到转化中的原料组成(例如，可以添加给定量的额外化合物和/或可以增加或降低已经存在的化合物的浓度)，以实现给定的转化(例如，达到合适的性能，例如达到给定程度的转化、减少或消除催化剂结垢和/或焦化等)。在一些情况下，原料转化可以用于将原料的给定组分转化为更合适的组分(例如，次要组分可以被升级、抑制或增强)。转化可以用于例如产生较重的(例如，更高的碳含量/数量)原料(例如，以便用较重的原料取代给定原料的至少一部分，如本文其他地方更详细地描述)，将给定原料的至少一部分(例如，全部)转化为另一种(例如，较重的或较轻的)原料(例如，乙烷转化为乙烯；乙烷转化为甲烷；乙烯、丙烯或丁二烯转化为一种或多种其他原料等)，从不合适的原料产生给定的原料等。例如，可以将甲烷或天然气转化(例如，催化)为一种或多种烷烃(例如，乙烷)、一种或多种烯烃(例如，乙烯和/或更高级烯烃)、一种或多种芳族化合物(例如，苯、甲苯和/或二甲苯和/或萘)、一种或多种C3-C4烃，和/或一种或多种C5-C10烃(例如，甲烷的氧化偶联可以用于生产一种或多种烯烃(例如，其可以依次催化转化为一种或多种液态烃)；一种或多种烯烃可以催化转化为较重烃；甲烷的脱氢芳构化、脱氢环化或还原偶联可以用于生产，例如，乙烯、苯和/或萘；可以使用甲烷偶联合成将天然气转化为液体；天然气可以通过例如卤化(例如，溴化)为甲基溴，合成转化为合适的烃(例如，液体、燃料等)和HBr，HBr转化为Br2，和/或产物分离；或其任何组合)转化为芳族化合物、丁烷和/或戊烷、丙烯、丁二烯、乙苯/苯乙烯和/或其他化合物(例如，其他液体)。转化可以包括例如一个或多个步骤或阶段，包括例如分离(例如，将产物与副产物分离或将给定副产物与另一副产物的分离，例如，使用蒸馏、冷凝、吸附、变压或变温吸附、膜分离、溶剂萃取、分馏、结晶和/或其他方法)，再循环(例如，副产物或不完全转化的产物的再循环，例如包含烷烃、烯烃和/或芳族化合物的流，循环至主要转化阶段；反应物的再循环，例如，再循环活化物质，如卤素；或其任何组合)，排斥(例如，废物流或副产物)，副产物或中间产物转化(例如，使用本文其他地方所述的一种或多种转化方法，例如，将副产物氢气或中间烃(例如甲醇)转化为一种或多种其他烃)，除了此类流以外的产物、副产物和/或中间料流和/或反应物的组合(例如，可以将额外的反应物添加至产物、副产物和/或中间料流，以实现副产物或中间产物转化为例如一种或多种合适的烃，和/或实现进一步的产物转化；副产物或中间料流可以适当地组合以进一步转化；副产物流(其本身可以在先前的转化步骤或阶段中产生，例如，由另一种副产物产生)可以适当地与产物流组合，以进一步转化产物流；产物或副产物流(例如，甲醇或乙烯)可以进一步转化为馏出物、冷凝物、芳族化合物和/或其他烃类；或其任何组合)，其他处理(例如，废物流或副产物的燃烧或隔离)，再生(例如，催化剂或诸如卤素的活化物质)，或其任何组合。材料流，例如，产物流、副产物流和/或中间料流可以指各自材料的纯流(例如，分离后)，或者指包括混合物的流，所述混合物包含各自材料(例如，分离前)。给定的转化步骤或转化阶段可以在合适的温度、压力和/或其他条件下进行(例如，在一些情况下，其可以包括在给定的转化步骤或阶段之前、期间和/或之后加热或冷却给定的材料流)。可以适当配置给定的转化步骤或阶段(例如在一些分离和/或转化过程中和/或在催化剂存在下使用的固相(如沸石、活性炭、分子筛、催化剂等)可以配置在例如固定床、填充床、沉降床、级联流化床、流化床、膜或运输或提升管构造中；可以例如以气相和/或液相(例如，与包括固体催化剂的固相组合)进行给定的步骤或阶段；等等)。给定原料的转化部分可以用作原料。给定原料的转化部分可以与相同原料的未转化或旁路的部分或与不同原料组合。转化部分可以仅包括给定的一组转化产物(例如，没有副产物或未转化的原料)。转化部分可以包括转化混合物(例如，包括未转化的原料、一种或多种产物和/或一种或多种副产物的未分离混合物)。可以添加或去除转化步骤或阶段，以实现转化部分的合适组成(例如，可以添加或去除再循环、分离和/或副产物转化步骤或阶段)。转化可以实现合适的性能(例如，转化度、产率、选择性、操作寿命等)。可以调整这些参数的至少一个子集，和/或可以添加、移除和/或(重新)组合转化步骤或阶段，以实现给定的转化输出组成。
可以将第一材料流的至少一部分提供给第一转化步骤或阶段。第一材料流的剩余部分可以例如与第一转化步骤或阶段分开转化(例如通过不同的转化)，提供给第二转化步骤或阶段，在不同的过程中使用，或其任何组合。可以省略或绕过(例如，按需)第一转化步骤或阶段。提供给第一转化步骤或阶段的第一材料的至少一部分可以在第一转化步骤或阶段中转化。除第一材料流外，可将一种或多种额外的材料流(例如，至少材料流的九分之一)提供给第一转化步骤或阶段。提供给第一转化步骤或阶段的第一材料流可以一次性提供，或逐步提供(例如，一些可以在第一转化步骤或阶段的稍后一点提供给例如阶段反应，以与中间产物和/或副产品反应等)。第一材料流可以是原料。第一材料流可以具有如本文其他地方所述的组成(例如，与原料组成相关)。第一材料流可以包括一种或多种烃。第一材料流可包括按重量计至少约70％的甲烷、乙烷、丙烷或其混合物。第一材料流可以包括甲烷。第一材料流可以包括天然气。第一材料流可以包括精炼流或废气。第一转化步骤或阶段本身可以包括一个或多个转化步骤或阶段。第一转化步骤或阶段可以包括一个或多个原料转化步骤或阶段(例如，可以如本文其他地方所述)。第一转化步骤或阶段可以包括或者可以是例如催化和热转化步骤或阶段。第一转化步骤或阶段可以包括或可以是例如热催化转化步骤或阶段。第一转化步骤或阶段可以包括或可以是精炼(例如，石化精炼)步骤或阶段(例如，第一转化步骤或阶段可以在精炼厂进行)。第一材料流的至少一部分可以被转化(例如，在第一转化步骤或阶段中)为第二材料流。第二材料流可以包括精炼流或废气。第二材料流可以包括给定材料的纯流，其可以本身包括一种或多种化合物，或者包括混合物的流，所述混合物包含给定的材料。第二材料流可以包括例如转化的部分(例如，可以如本文其他地方所述)。第二材料流可以包括给定的一组转化产物(例如一种或多种化合物)。转化产物可以与转化输出的其他组分(例如，副产物、中间产物、未转化的材料等)分离。可以从第一转化步骤或阶段(例如，作为至少七分之一材料流)提供转化的一种或多种这种组分，用于其他地方、分开转化、再循环回到第一转化步骤或阶段(例如，未转化的材料可以再循环)，或其任何组合。转化产物不能与转化输出(例如，副产物、中间产物、未转化的材料等)的其他组分的至少一部分分离。第二材料流可以包括给定的一组转化产物(例如，一种或多种化合物)与给定的一组副产物(例如，一种或多种化合物)的组合。第二材料流可以包括给定的一组转化产物(例如，一种或多种化合物)与给定的一组中间产物(例如，一种或多种化合物)的组合。第二材料流可以包括给定的一组转化产物(例如，一种或多种化合物)与未转化的材料(例如，与第一材料的组合)的组合。第二材料流可以包括给定的一组转化产物(例如，一种或多种化合物)、副产物(例如，一种或多种化合物)、中间产物(例如，一种或多种化合物)，和/或未转化的材料。可以将第二材料流的至少一部分(例如，全部)提供给第二转化步骤或阶段。第二材料流的剩余部分可以被存储，用于不同的过程中，或用于本公开内容(例如，参见图1和图2)的系统中的其他地方。备选地或附加地，可以将一种或多种额外的材料流(例如，至少八分之一材料流)提供给第二转化步骤或阶段。提供给第二转化步骤或阶段的材料流的至少一个子集(例如，第一材料流、第二材料流和/或至少八分之一材料流)可以是原料(例如，较轻和较重的原料)。提供给第二转化步骤或阶段的材料流的至少一个子集(例如，第一材料流、第二材料流和/或至少八分之一材料流)可以具有(例如，单独或组合)如本文其他地方所述的组成(例如，相对于原料组成)。例如，第二材料流可以包括甲烷、天然气、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、萘、甲基萘、二甲基萘、蒽、甲基蒽、炭黑油、裂解燃料油、煤焦油、粗煤焦油、重油、乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯、苯乙烯、乙醇、甲醇、丙醇、苯酚、一种或多种酮类、一种或多种醚类、一种或多种酯类、一种或多种醛类或其任何组合。第二转化步骤或阶段本身可以包括一个或多个转化步骤或阶段。第二转化步骤或阶段可以包括一个或多个颗粒生成步骤或阶段(例如，可以如本文其他地方所述)。第二转化步骤或阶段可以包括或可以是例如热转化步骤或阶段(例如，在热碳颗粒(例如，炭黑)反应器中进行)。第二转化步骤或阶段可以包括生成第五材料流(例如碳颗粒，例如炭黑)。第二转化步骤或阶段可以包括加热第三材料流。备选地或附加地，第三材料流可以与第二转化步骤或阶段至少部分地分开(例如，在之前)加热。第三材料流可以是热传递气体。第三材料流可以具有如本文其他地方所述的组成(例如，相对于热气组成)。第三材料流可以包括大于约60％的氢气。第二转化步骤或阶段可以包括加热第三材料流，并生成第五材料流(例如，碳颗粒，例如，炭黑)。第五材料流(例如碳颗粒，例如炭黑)可以在反应器中生成。反应器可以如本文其他地方所述(例如，与图1和图2相关)。第五材料流(例如碳颗粒，例如炭黑)可以在包括第三材料流以及第一材料流和第二材料流中的至少一种的反应器中产生。提供给第二转化步骤或阶段的材料流的至少一部分(例如，第一材料流、第二材料流和/或至少八分之一材料流)可以被转化(例如，第二转化步骤或阶段)为第五材料流(例如碳颗粒，例如炭黑)。第二转化步骤或阶段可以输出(例如，产生或生成)第四材料流。第四材料流可以包括提供给第二转化步骤或阶段的材料流的至少另一部分(例如，第一材料流、第二材料流和/或至少八分之一材料流)。第四材料流可以包括第三材料流的至少一部分。第四材料流可以包括氢气。第四材料流和第五材料流(例如碳颗粒，例如炭黑)可以(例如，至少部分地)在第三转化步骤或阶段中彼此分离。第三转化步骤或阶段可以包括过滤步骤或阶段(例如，使用过滤器，例如过滤器104或214进行)。在第三转化步骤或阶段之前的第四材料流的一种或多种性质可以与其在第三转化步骤或阶段之后的各自性质不同(例如，如本文中其他地方所述)。在第三转化步骤或阶段之前的第五材料流(例如碳颗粒，例如炭黑)的一种或多种性质可以与在第三转化步骤或阶段之后的其各自性质不同(例如，如本文其他地方所述)。第三转化步骤或阶段可以包括或之后是一个或多个其他步骤或阶段(例如，可以如本文其他地方所述，例如，与图1和图2相关)。第五材料流(例如碳颗粒，例如炭黑)可以被进一步处理(例如，如本文关于图1和图2所述)。来自第三转化步骤或阶段的第四材料流的至少一部分可以作为第三材料流(例如，按原样，或进一步与至少六分之一材料流组合)再循环至第二转化步骤或阶段。或者，第三材料流可以仅包括第六材料流。可以将第四材料流的至少一部分(例如，全部或未再循环的部分)提供或耦合(例如，按原样，或进一步与一种或多种其他材料组合)用于一种或多种用途。这些用途的实例可以包括但不限于，例如将第四材料流提供给管道，将第四材料流重新注入管道，将第四材料流提供给精炼厂(例如，第四材料流可以在精炼操作中使用，例如，富氢的第四材料流可以用于氢化)，在联合或简单的循环燃气轮机或蒸汽轮机中使用第四种材料流(例如，作为可燃燃料)，在氨生产中利用第四材料流(例如，富氢的第四材料流可以用于Haber-Bosch法以生产氨)，在甲醇生产中利用第四材料流(例如，使用第四材料流催化转化为甲醇)，和/或液化第四材料流(例如，通过液化从富氢的第四材料流产生液态氢)。第四材料流可以具有用于此类用途的合适组成(例如，纯度)。根据本公开内容的处理可以包括，例如，从一种或多种材料流生成第五材料流(例如包括碳颗粒，例如炭黑)和第四材料流(例如，包含氢的材料流)，并将第四材料流(例如，包含氢的材料流)提供或耦合至一种或多种上述用途。一种或多种材料流可以包括第一材料流、第二材料流和/或第八材料流(例如，包括原料的材料流)。一种或多种材料流(例如，热传递气体)中的至少一种材料流(例如，第三材料流)可以被加热(例如，用电能)。尽管本文中可以主要根据材料流或在材料流的上下文描述转化步骤或阶段之间的材料和材料转移，但本文中对材料流的任何描述至少在一些配置中可以等同地应用于材料本身，反之亦然。材料流可以指材料本身。材料流可以指材料的转移(例如，连续流动或批量转移)。术语“材料”和“材料流”可以互换使用。可以在给定的转化步骤或阶段之前、期间和/或之后加热给定的材料流。备选地或附加地，可以在给定的转化步骤或阶段之前、期间和/或之后冷却给定的材料流。例如，材料流可以在给定的转化步骤或阶段之前被加热，和/或在给定的转化步骤或阶段期间被加热或冷却(例如，作为反应混合物的一部分)。在给定的转化步骤或阶段之后，可以将材料流冷却、加热或两者都不进行(例如，当材料流离开给定的转化步骤或阶段时，该材料流可以已经处于合适的温度)。本公开内容提供了一个或多个转化步骤或阶段彼此和/或与进/出一个或多个转化步骤或阶段的一种或多种材料流(例如，流)的热集成。一个或多个转化步骤或阶段彼此的热集成可以包括一种或多种进/出这些转化步骤或阶段的材料流的热集成。例如，可以实施在第一转化步骤或阶段与第二转化步骤或阶段之间的废热共享(例如，废热可以在生成碳颗粒和将第一材料流的至少一部分转化为第二材料流的步骤之间共享)。给定的转化步骤或阶段(例如，第二转化步骤或阶段)可以将废热提供给至少另一个(例如，1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多个)其他转化步骤或阶段。给定的转化步骤或阶段可以在给定的转化步骤或阶段的至少一部分(例如，放热部分)期间向至少一个其他的转化步骤或阶段提供废热，并且可以在给定的转化步骤或阶段的至少另一部分(例如，吸热部分)期间从至少一个其他的转化步骤或阶段接收废热。给定的转化步骤或阶段可以从自身提供或接收废热(例如，废热可以在进入或离开转化步骤或阶段的材料流与转化步骤或阶段本身的至少一部分(例如，反应的至少一部分)之间共享)。例如，放热反应可以预热输入材料流。给定的材料流可以在给定的转化步骤或阶段之前、期间和/或之后被分别加热。备选地或附加地，在给定的转化步骤或阶段之前、期间和/或之后，可以不单独加热给定的材料流(例如，来自另一步骤或阶段的废热可以用于加热，而不是单独的热源)。可以使用来自一个或多个其他转化步骤或阶段的废热进行给定转化步骤或阶段之前、期间和/或之后的至少一部分或全部加热。例如，第一材料流可以被来自第二转化步骤或阶段的废热至少部分地(例如，完全)加热(例如，在第一转化步骤或阶段之前)(例如，提供给第一转化步骤或阶段的第一材料流可以不从单独的热源加热)，第一转化步骤或阶段的至少一部分可以被第二转化步骤或阶段的废热至少部分地加热(例如，第一材料流到第二材料流的转化可以不从单独的热源加热)，和/或提供给第二转化步骤或阶段的一种或多种材料流(例如，第一材料流、第二材料流，至少八分之一材料流和/或第三材料流)可以至少部分地(例如，完全)被第二转化步骤或阶段产生的废热(例如，在第二转化步骤或阶段之前)加热(例如，提供给第二转化步骤或阶段的一种或多种材料流可以不从单独的热源加热)。可以从第二转化步骤或阶段向第一转化步骤或阶段提供废热，和/或反之亦然。在第二转化步骤或阶段中生成第四材料流和第五材料流(例如，生成碳颗粒)的废热可以用于将第一材料流的至少一部分转化为第二材料流(例如，原料转化)。例如，至少约0.1％、1％、2％、3％、4％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、99％或100％的驱动第一材料流向第二材料流转化的热可以来自存在第三材料流时转化第一材料流和第二材料流中的至少一种的废热，或将第三材料流以及第一材料流和第二材料流中的至少一种转化为第四材料流和第五材料流的废热(例如，生成碳颗粒的废热可以用于将第一材料流的至少一部分转化为第二材料流；生成碳颗粒的废热可以用于提供所需热能的至少一部分(例如，一些或全部)，以将第一材料流的至少一部分转化为第二材料流；等)。备选地或附加地，废热可以在第一转化步骤或阶段与一个或多个其他转化步骤或阶段(例如，本文所述的热交换器、制粒机、干燥器和/或其他过程步骤，例如，与图1和图2相关)之间共享。第一转化步骤或阶段可以是吸热的、放热的或其组合(例如，以给定的顺序)。可以改变加热和/或冷却速率，以实现对材料和/或转化步骤或阶段(或其部分)的合适加热和/或冷却。在第一转化步骤或阶段之前可以将热添加至第一材料和第九材料中的一个或多个，添加至第一转化步骤或阶段的至少一部分，和/或添加至第一转化步骤或阶段之后，至第一材料流、第二材料流、至少七分之一材料流、至少八分之一材料流和第三材料流中的一个或多个。例如，可以通过焦耳加热(例如，电阻加热)和/或通过与一种或多种流体的热交换(例如，通过燃料的燃烧和/或系统中其他地方的废热，如本文中更详细的描述)来添加热量。例如，可以通过燃料的燃烧(例如，剩余氢气的燃烧)、焦耳加热、来自其他转化步骤或阶段的热量的整合或其任何组合来添加热量(例如，热量可以通过燃料的燃烧(例如，剩余氢气的燃烧)和/或焦耳加热来添加，并且这些中的任何一个(或两者)也可以整合来自其他转化步骤或阶段的热量)。可以实施这种加热方法的各种组合，以实现合适的温度(例如，可以实施与燃烧和/或废热流体的热交换，以达到第一温度，并且可以实施焦耳加热以达到高于第一温度的第二温度等)。可以通过与一种或多种流体(例如，与燃烧烟道气；与一种或多种(例如，废热)材料流，例如，与离开第二转化步骤或阶段的材料流，或与进入或离开热交换器的材料流，例如，热交换器103或213等)进行热交换来添加热量。例如，可以通过使含有给定材料(例如，第一材料流、在第一转化步骤或阶段中被转化的材料流等)的流动通道(例如，管)与一种或多种流体(例如，在管的外部)接触，并将热量从一种或多种流体通过通道的壁传递至给定的材料来实现热交换。一个或多个通道(例如，管)和一种或多种流体可以布置在热交换器中。焦耳加热(例如，电阻加热)可以通过例如将电阻加热器放置在含有给定材料的容器/腔室或流动通道(例如，管)附近(例如，用电阻加热线圈、胶带或护套包裹含有给定材料(例如，第一材料流、在第一转化步骤或阶段中转化的材料流等)的容器/腔室或流动通道(例如，管))来实现。通过允许含有第一材料流的一个或多个通道(例如，管)与来自例如第二转化步骤或阶段的材料流(例如，包括碳颗粒(例如，炭黑)和氢的材料流)进行热交换(例如，在热交换器中)，可以加热(例如，在第一转化步骤或阶段之前)第一材料流(例如，天然气)。通过允许含有第一材料流的一个或多个通道(例如，管)，与燃烧烟道气(例如，管道外部的烟道气)进行热交换(例如，在热交换器中)，可以加热(例如，在第一转化步骤或阶段之前)第一材料流(例如，天然气)。通过用电阻加热线圈、胶带或护套包裹含有第一材料流的一个或多个通道(例如，管)可以加热(例如，在第一转化步骤或阶段之前)第一材料流(例如，天然气)。可以将预热的第一材料流提供给第一转化步骤或阶段。至少在一些配置中，本文对第一材料流的热量添加的任何描述可以等同适用于对其他材料流的热量添加。例如，通过包裹发生转化并且用焦耳加热器(例如，电阻加热器)添加热量的容器/腔室或管的至少一部分可以加热第一转化步骤或阶段。第一转化步骤或阶段可以例如通过围绕容器/腔室或管的至少一部分而被加热，在该容器/腔室或管中进行转化，并且在其中用含有一种或多种热流体(例如，燃烧烟道气；一种或多种(例如，废热)材料流，例如，离开第二转化步骤或阶段的材料流，或进入或离开热交换器的材料流，例如，热交换器103或213等)的流动通道容器/腔室(例如较大的容器/腔室中的容器/腔室，或管中的管)添加热量。备选地或附加地，可以在第一转化步骤或阶段之前，从第一材料和第九材料中的一种或多种去除热量，从第一转化步骤或阶段的至少一部分，和/或在第一转化步骤或阶段之后，从第二材料流、至少七分之一材料流和至少八分之一材料流中的一种或多种去除热量。例如，可以通过热交换以类似于热添加的方式去除热量，但现在将热量从给定材料传递至比给定材料更冷的一种或多种流体。一种或多种适合冷却的流体可以例如从本文其他地方(例如，与图1和图2相关)所述的一个或多个处理步骤提供。
本公开内容的碳颗粒可以通过一个或多个转化步骤或阶段生成。这些步骤或阶段可以包括本文其他地方描述的原料转化步骤或阶段。碳颗粒可以通过例如大于或等于1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、22、24、26、28、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95或100个转化步骤或阶段生成。备选地或附加地，碳颗粒可以通过例如小于或等于100、95、90、85、80、75、70、65、60、55、50、45、40、35、30、28、26、24、22、20、18、16、14、12、10、9、8、7、6、5、4、3或2个转化步骤或阶段生成。例如，碳颗粒可以通过单阶段或多阶段转化生成。
实施例
实施例1
尽管可使用任何含有单元操作的碳颗粒(例如，炭黑)生成系统，本实施例参考根据图2的系统描述了原料的使用。通过用乙烷气体取代甲烷气体，较重的原料可以富集所用的原料，并提高反应器、热交换器和/或过滤器有限等级的生产率，从而更充分地利用下游设备的容量，有可能提高销售和收益性。本文关于图2描述的其他单元操作也可以经历本文所述的平衡和增强的利用。
如下表1进一步所示，对于相同的功率(千瓦＝kW)，炭黑生产单元可以生产与N330级炭黑(CB)相同量的N326。然而，N330具有更高的OAN(吸油数)，因此每生产一公斤可能需要更多的水制粒，这可能需要更大的干燥器。如果单元有这样大的干燥器，则使用乙烷制造N326可以将生产率提高至168千克(kg)/小时(hr)，并且仍然有一些未使用的干燥器容量。同样，对于过滤器，使用乙烷可以减少所需的过滤器大小。用乙烷取代甲烷可以减少所需的过滤面积(例如，如果一些过滤能力受损，或在同一单元上制造难以过滤的等级)。
表1＊
Figure BDA0002813955460000371
*C＝摄氏度；Temp＝温度；Sp.＝比；EVAP＝蒸发；Nm3＝标准立方米，即在标准条件下(即0℃和1个大气压)下的气体立方米。
实施例2
完全利用的生产N330的单元可能也需要生产N234。此等级每千克炭黑可能需要更多能量，但可能没有足够大的电力供应。通过添加乙烷，该单元可以生产更多的N234，因此满足了客户在使用甲烷时可能无法满足的需求。
表2
Figure BDA0002813955460000381
因此，本发明的范围应包括可落入所附权利要求书范围内的所有修改和变化。考虑到本文公开的本发明的说明书和实践，本发明的其他实施方案对于本领域技术人员而言将会是容易理解的。旨在说明书和实例仅被认为是示例性的，本发明的真实范围和精神由所附权利要求书指示。

Claims (16)

1.一种生成碳颗粒的方法，包括：
提供第一材料流；
将所述第一材料流的至少一部分转化为第二材料流；
加热第三材料流；以及
在包括所述第三材料流以及所述第一材料流和所述第二材料流中的至少一种的反应器中生成所述碳颗粒。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括在基本不含大气氧的情况下生成所述碳颗粒。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述第三材料流与所述第一材料流和所述第二材料流中的至少一种混合，以生成所述碳颗粒和氢气。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述碳颗粒包括炭黑。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括电加热所述第三材料流。
6.根据权利要求5所述的方法，还包括借助等离子体发生器电加热所述第三材料流。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括将所述第一材料流的至少一部分催化转化为所述第二材料流。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括将至少约1％、10％或30％的所述第一材料流转化为所述第二材料流。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述第三材料流包括大于约60％的氢气。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一材料流包括一种或多种烃。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一材料流包括按重量计至少约70％的甲烷、乙烷、丙烷或其混合物。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一材料流包括甲烷。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第一材料流包括天然气。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二材料流包括甲烷、天然气、乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、苯、甲苯、二甲苯、乙苯、萘、甲基萘、二甲基萘、蒽、甲基蒽、炭黑油、裂解燃料油、煤焦油、粗煤焦油、重油、乙烯、乙炔、丙烯、丁二烯、苯乙烯、乙醇、甲醇、丙醇、苯酚、一种或多种酮类、一种或多种醚类、一种或多种酯类、一种或多种醛类或其任何组合。
15.根据权利要求1所述的方法，还包括在生成所述碳颗粒的步骤和将所述第一材料流的至少一部分转化为所述第二材料流的步骤之间共享废热。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括使用来自生成所述碳颗粒的废热来提供将所述第一材料流的至少一部分转化为所述第二材料流所需热能的至少一部分。
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