CN1213973C - 碳氟化合物原料的处理 - Google Patents

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Abstract

一种处理碳氟化合物原料的方法，该方法包括：在高温区内，在至少一个阴极和至少一个阳极之间产生电弧，在高温区内并且通过所述电弧和等离子气体产生具有尾火焰的热等离子体，使包含至少一种碳氟化合物的碳氟化合物原料与热等离子体尾火焰形成活性热混合物，所述碳氟化合物分解成至少一种比该碳氟化合物具有更少碳原子的碳氟化合物母体或活性组分，以及冷却所述活性热混合物而从碳氟化合物母体或活性组分形成碳氟化合物产品。

Description

碳氟化合物原料的处理
本发明涉及碳氟化合物原料的处理。它尤其涉及一种处理碳氟化合物原料的方法，以及一种用于这种方法的骤冷探头(quench probe)。
按本发明第一方面，提供了一种处理碳氟化合物原料的方法，该方法包括：
在一个高温区内，在至少一个阴极和至少一个阳极之间产生电弧；
在该高温区内，并且通过所述电弧和一种等离子气体产生一种具有尾火焰的热等离子体；
使包含至少一种碳氟化合物的碳氟化合物原料与热等离子体尾火焰形成一种活性热混合物，所述碳氟化合物分解成至少一种比该碳氟化合物具有更少碳原子的碳氟化合物母体或活性组分；以及
冷却所述活性热混合物而从碳氟化合物母体或活性组分形成一种碳氟化合物产品。
在本发明的一个实施方案中，所述等离子气体可能是惰性气体，例如，氩、氮、氦或其混合物。所以，这类惰性气体只是起热源和支持等离子体的作用，而不与所述碳氟化合物母体或活性组分反应。然而，在本发明另一个实施方案中，所述等离子气体可能是反应性气体，例如，四氟代甲烷(CF4)，于是，它将在所述热等离子体中(从而在活性热混合物中)，分解成含氟物质和含碳物质，它们在所述活性热混合物的冷却时将与所述碳氟化合物母体或活性组分反应而形成所述碳氟化合物产品。在本发明又一个实施方案中，所述等离子气体可能包含上述惰性气体和反应性气体的混合物。
所述碳氟化合物可能例如具有5个或更多个碳原子。那么，所述碳氟化合物母体或活性组分可能具有少于5个碳原子；于是，所述碳氟化合物产品可能包含至少一种也具有少于5个碳原子的碳氟化合物。
虽然所述碳氟化合物原料可能是包含一种单一碳氟化合物(例如，C6F14)的大体上纯的原料，但预计该原料通常是一种不可直接应用的、包含一系列碳氟化合物(例如，C5F12、C6F14、C7F16、C8F18、C4F8O、C8F16O、(C3F7)3N、C6F13H、C6F12H2等)中的两种或多种的碳氟化合物产品。通常，一种化合物将作为主要组分存在于这种产品中(即，构成这种产品的主要部分)。
在本发明的一个实施方案中，所述碳氟化合物原料可能呈液体形式。所述等离子气体就可被单独进料入高温区。
然而，在本发明的另一个实施方案中，所述碳氟化合物原料可能呈蒸汽形式。于是，可将它与等离子气体一起进料入高温区，或者可将它与等离子气体分开地导入例如等离子炬(torch)或等离子管，而等离子气体却被进料入高温区。
在本发明又一个实施方案中，所述碳氟化合物原料可能开始呈液体形式，在与等离子气体一起进料入高温区或者单独地引入(如上述那样)之前被汽化。原料的汽化可这样进行：使液体原料在合适的温度下通过鼓泡器，或者利用任何其它合适的蒸汽发生器。
可获得的典型产品有：四氟代甲烷(CF4)、四氟乙烯(C2F4)、六氟乙烷(C2F6)、六氟丙烯(C3F6)、氟代丁烯(C4F6)、环状八氟丁烯(c-C4F8)、十氟丁烷(C4F10)、八氟丙烷(C3F8)和其它CxFy链(其中，x和y都是整数)。
阴极和阳极(即，电极)就可以是由动力源驱动的等离子炬或等离子管的电极，而在等离子炬或等离子管出口处形成等离子体尾火焰。
热等离子体的产生、碳氟化合物的分解和活性热混合物的冷却就可以在一个等离子体反应器(对它安装了等离子炬或等离子管，并且它具有一个反应室)中进行。当该等离子体反应器竖向安装时，等离子炬或等离子管尤其可处于反应室的上端。等离子管就可以向下燃烧，即，等离子体尾火焰将向下移动入反应室。
一般说来，可使用任何合适的等离子管或等离子炬。例如，等离子管可包含单一的水冷却的热阴极和一组至多三个水冷却的阳极，电弧就在阴极和阳极之间穿过。阴极可包含合适的电极头(insert)(例如，钨或石墨电极头)。
可通过下列区域提供高温区：在等离子炬或等离子管的电弧(即，电极之间的电弧)内和电弧周围，以及就在电弧的附近的区域，和/或就在反应器的反应室的膨胀部分或区域内的等离子炬或等离子管下方的区域。
热等离子体尾火焰的膨胀、碳氟化合物的分解和活性热混合物的冷却就在反应室内进行，热等离子体尾火焰膨胀和碳氟化合物分解在反应室的第一上部区内进行，因此该第一上部区包括反应室的膨胀部分或区域，而活性热混合物冷却则在反应室的第二下部区内进行。这样，等离子管将被安装在反应室第一上部区附近的反应器上，以致等离子体可在反应室的第一上部区内产生和膨胀。
等离子气体和(适当的话)呈蒸汽形式的原料向高温区的进料就可这样实现，即，通过使热等离子体在等离子炬或等离子管内形成涡流的方式将所述气体注入两电极之间。可在相邻的阳极之间导入另外的等离子气体，以便保持通过反应室的第一上部区的涡流。
可将呈液体形式的原料导入等离子炬或等离子管，即，导入两电极之间的电弧内，或者导入等离子体尾火焰中。当将液体原料导入等离子体尾火焰中时，可将它切向进料入等离子体尾火焰，或者轴向地、逆流地进料入等离子体尾火焰，或者成任何其它所要求的角度；不过，我们认为通过将原料与等离子体尾火焰的移动方向逆流地轴向地进料入等离子体尾火焰(即，轴向向上地进料入等离子体尾火焰)，将获得特别好的结果，因为全部液体原料就可在以整个气相进入等离子体之前被尾火焰汽化。
通常通过注射(即，通过注射喷嘴)将液体原料进料入尾火焰。起动时，而且为了保护(即，冷却)喷嘴，优选就在等离子体的激发之前注射液体原料。否则，就在已经激发等离子体之后实现将原料进料入热等离子体。
另外，可通过单一输入或注射点或喷嘴或者通过多个注射或输入点或喷嘴(我们认为它们将增大可被等离子体尾火焰汽化的原料量)导入原料。
反应室第二区的冷却可通过骤冷探头(它可以是自清洁的骤冷探头)来进行。该自清洁的骤冷探头可包括一个安装在反应器上的外部圆柱形组件，它提供中央通道并适合冷却流过该通道的热气体或活性热混合物；很多从外部组件向通道中向内凸出的、周向间隔开的细长的齿或刮刀；一个有间隙地处于外部组件内的内部圆柱形组件，该内部组件也适合冷却沿两组件之间的圆周空隙流过的热气体或活性热混合物；很多从内部组件向通道中向外凸出的、周向间隔开的细长的齿或刮刀，这些齿或刮刀与外部组件上的齿或刮刀交错排列；以及驱动一个圆柱形组件相对于另一个圆柱形组件振动的驱动装置。该驱动装置例如可包括一个弹簧承载的活塞驱动臂。
然而，也可应用任何其它合适的骤冷方法，例如，产品气体的迅速膨胀，利用冷的其它气体的气体骤冷等。
可在从接近真空到高压的压力范围内操作反应室，这取决于具体的反应，即，取决于原料和要形成的所需碳氟化合物。可进行通过骤冷探头的抽空。
按本发明第二方面，提供了一种骤冷探头，它包括：
一个提供中央通道并适合冷却流过该通道的热气体的外部圆柱形组件；
很多从外部组件向通道中向内凸出的、周向间隔开的细长的齿或刮刀；
一个有间隙地处于外部组件内的内部圆柱形组件，该内部组件适合冷却沿两组件之间的圆周空隙流过的热气体；
很多从内部组件向通道中向外凸出的、周向间隔开的细长的齿或刮刀，这些齿或刮刀与外部组件上的齿或刮刀交错排列；以及
驱动一个圆柱形组件相对于另一个圆柱形组件振动的驱动装置。
所述内部组件可处于外部组件的中央或与外部组件同轴。可在内部组件和外部组件上装备相同数量的齿或刮刀。这些齿或刮刀可在它们的组件上等距离地间隔开。这些齿或刮刀可以彼此平行延伸。
所述组件可能是空心的和/或可能备有通道而允许冷却流体(例如，水)流过它们，从而冷却或骤冷热气体。
所述驱动装置可能(也如前所述)包括一个连接在圆柱形组件之一上的弹簧承载的活塞驱动臂。
由于一个组件相对于另一个组件的振动，当气体流过两组件之间的环形空隙时，就可除去沉积在组件上的固化的或升华的物质。
所述骤冷探头特别适用于本文上述的等离子体反应器；然而，它不限于这样的应用。通常，外部组件将被固定在反应器上，而内部组件则相对于外部组件振动。
现在将通过实施例、参照所附示意图描述本发明。
在图中：
图1以简化的流程图形式示出了一个按本发明一个实施方案实施处理碳氟化合物原料的方法的装置。
图2示出了图1反应器的骤冷探头的三维视图；以及
图3以简化的流程图形式示出了一个按本发明另一实施方案实施处理碳氟化合物原料的方法的装置。
参照图1和2，附图标号10通常表示一个按本发明一个实施方案实施处理碳氟化合物原料的方法的装置。
装置10包括一个等离子体反应器(通常以附图标号12表示)。反应器12是细长形的，并且竖向安装。该反应器是双壁式(未示出)水冷却的(未示出)，在反应器内部间隔不同高度备有取样孔(未示出)。这些取样孔被用来表征在用于不同气体的反应器顶部形成的等离子体，并且获得燃烧等离子体时从反应器内部获得的温度曲线、流动模式和气体组成数据。
原料进料线14导入反应器12的侧部并且装有向上导引的注射喷嘴16。
装置10包含一个等离子炬或等离子管(通常以附图标号20表示，安装在反应器12的上端)。等离子炬或等离子管20包含一个水冷却的热阴极(未示出)和一组至多三个水冷却的阳极(未示出)。热阴极包含钨或石墨电极头(未示出)。等离子气体注射流动管线22导入等离子炬20。使用时，等离子气体流过流动管线22并以使产生的气流形成涡旋稳定化等离子体的方式被注入阴极和阳极之间的等离子炬20。
装置10还包含一个自清洁的骤冷探头(通常以附图标号30表示，向反应器12的下端凸出)。该自清洁的骤冷探头30包含一个细长的水冷却的圆柱形外部组件32，它被固定在反应器12上。外部组件32于是具有一条中央通道，在其中伸出等间距细长的、向内径向凸出的齿或刮刀34。在外部组件32的通道内有圆周间隙地布置了细长的水冷却的圆柱形内部组件36。在内部组件36上装备了等间距细长的、向外径向凸出的齿或刮刀38，所述的齿38与齿34周向间隔开。齿34、38可以延伸到组件32、36的全长，而组件32和36长度大致相等。内部组件36配备了驱动装置(未示出)，例如，弹簧承载的活塞驱动臂，用来驱动它相对于外部组件32振动(如箭头40所示)。于是，就可以通过振动齿34、38来实现从组件32、36除去固体污染物。通过上下移动骤冷探头30，可增大或减小反应器的有效长度，从而使反应器长度最佳化。
这样，骤冷探头30是一个双环形水冷却的探头，它被设计用来将在反应器12中形成的等离子气体或活性热混合物(如下文所述)以约105℃/秒的速率冷却到200℃以下。所述探头是自清洁的以防它的阻塞，因为固化的或升华的物质在使用中的探头表面形成。
流动管线50从骤冷探头30的下端导向过滤器52，流动管线54从过滤器52导向真空泵56。一条产品排放管线58从泵出料口导出。利用真空泵56，就对反应器12抽真空。
使用时，通过流动管线22将等离子气体(例如，氩)进料入等离子炬20时，在阴极和阳极之间，并且在反应器12的反应室(未示出)上端处产生等离子体。等离子体向下燃烧，并且形成向下移动并且横向膨胀的等离子体尾火焰。原料注射喷嘴16处于尾火焰中。通过注射喷嘴16注射包含至少一种具有5个或更多个碳原子的碳氟化合物的液体原料，即，以与等离子体尾火焰的移动方向呈180°相反的方向，它被汽化，于是，当它与等离子气体反应时，原料全部呈气体形式。原料的碳氟化合物分解成碳氟化合物母体或活性组分。这在反应器12提供的反应室的上部区内发生。随着热活性混合物向下移动而进入反应室的下部区(即，骤冷探头30所处的区)，活性热混合物被冷却，从而形成含至少一种具有少于5个碳原子的更需要的碳氟化合物的等离子体产品。
参照图3，附图标号100通常表示一个按本发明另一个实施方案实施处理碳氟化合物原料的方法的装置。
以相同的附图标号表示与上文参照图1和2所述的装置10的那些相同或相似的、装置100的组件。
装置100包含一个供料钢瓶102，它盛有一定量的CF4等离子气体。安装了控制阀104和关闭阀106的等离子气体供应管线22从钢瓶102导出。管线108从管线22(阀106的上游)导入鼓泡器110。管线108装有阀109。管线112从鼓泡器110导出并装有阀114。管线112导入阀106的下游的管线22。
在装置100中，原料首先在鼓泡器110中被汽化，然后作为蒸汽与CF4等离子气体一起在阴极和阳极之间进料。鼓泡器110于是盛有呈液体形式的原料。CF4等离子气体鼓泡通过液体原料，所以，CF4等离子气体就在进入等离子反应器12之前被呈蒸汽形式的原料饱和。
在下文描述的具体实施例中，使用了30kW的等离子炬或等离子管。应用了约为3千克/小时的等离子气体流速。在开始试验或实施例之前，将系统抽空到约10kPa，再用氩冲洗。通过高压启动器(未示出)激发等离子体并通过30kW动力源保持。在氩等离子体激发完成后，切换到期望的等离子气体。然而，应懂得，对其它反应器系统来说，可对等离子管直接激发期望的等离子气体(取决于等离子管的设计)。
实施例1
使用了用氩等离子体操作的装置10。原料包含由C6F14～C10F22碳氟化合物组成的液态副产品，C6F14的存在量超过90％(摩尔基准)。发现了在三小时后，反应器仍然较为洁净，只在反应器的冷表面沉积薄层碳。
将获得的结果列于表1和2中。
实施例2
使用了与实施例1中相同的装置。在该实施例中应用了CF4等离子炬和CF4等离子气体。该试验的结果完全可与实施例1的那些结果相比(如表1和2中所示)。实施例1和2之间唯一的显著差异在于，实施例1中需要最后分离等离子气体，因为用于实施例1中的等离子体的氩是惰性的，所以不参与反应。因而需要作为另外的步骤分离出过量的氩。
                           表1-结果
 实施例1Ar等离子气体  实施例2CF4等离子气体
等离子炬效率(％)  44  77
能量输入(kW)  7,5  25,8
能量输出(kW)  9,7  25,7
等离子炬下的热函(kWh/kg)  1,1  6,6
操作时间(min)  182  188
液体碳氟化合物进料速率(kg/h)  1,87  0,91
原料进料质量(kg)  5,67  2,85
相对于原料的沉积质量(kg/kg)  0,00457  0,0147
从表1可见，实施例1的进料质量流速是实施例2的两倍以上。然而，实施例1中的沉积物与实施例2中的相比大为减少了。氩辅助的实施例1的转化对于如图1所示的装备和系统结构的原料的通过量更有效。
                表2-分析结果
等离子体产品     实施例1Ar等离子气体   实施例2CF4等离子气体
空气/Ar(％)     -    -
CF4(％)     4,4   15,7
C2F6(％)     10,6   8,7
C2F4(％)     43,7   46,8
C3F8(％)     16,5   15,6
C3F6(％)     14,6   8
其它     10,2   5,2
在表2中，通过气相色谱分析的产品化合物的浓度已相对于生成的等离子体产品组分归一化了，以便简化不同实施例之间的对比。这样消除了实施例1中将近90％氩/空气的失真，以及实施例2中10％空气的失真。然而，必须认识到，在两种情况下，仍然必须从产品流和空气中回收第一批中过量的氩。
为TFE(C2F4)的生产设定了本文上述图1的反应器结构和也是如本文上述的具体操作条件。如果希望最大程度生产任何其它具有少于5个碳原子的碳氟化合物产品，将需要改变反应器条件以获得这种具体产品的合适的产率。
实施例3
在该实施例中，将一系列如表3中所示的不同碳氟化合物液体转化为有用的产品，例如，四氟乙烯(TFE)、六氟丙烯(HFP)和环状C4F8，重点是TFE。使用了图3的装置。这样，将原料作为蒸汽通入阴极和阳极之间的等离子管。这是借助于鼓泡器110(通过它将CF4等离子气体鼓泡)进行的。各种原料的蒸汽压力和鼓泡器温度决定蒸发情况，从而决定进料入等离子体的原料的流速。
在常规起动条件下操作等离子体反应器12达约5分钟，此后，在鼓泡器内，在130kPa(abs)的鼓泡压力下通过液体原料发送CF4。将被原料蒸汽饱和的CF4进料入保持在约10kPa(abs)下的等离子炬。然后调节等离子体电流而达到所需的热函。几乎所有的操作始于约6,4kWh/kg等离子气体的热函，而一小时后，使它降低到约4kWh/kg等离子气体。不断地测定原料进料速率、等离子管电位和电流、原料温度、冷却水温度和反应器压力，并对时间作曲线。在稳定的平衡条件下取GC样品以反映每批操作。
表3示出了根据液体原料的递减分子量(mw)而安排的不同批次的操作条件。一些批次的时间比其它的短，例如关于C5和C6液体原料的批次，这是由于它们更高的蒸发速率和有限的鼓泡能力。在一些情况下，改变鼓泡器的温度以研究对更高蒸发率、从而对进入等离子体的进料速率的影响。
表4示出了在两个水平(即，在等离子炬的出口和骤冷探头的恰好上游)下的相对产率与等离子体热函。概括地说，观察到就相同的系统条件(伏特数、安培数、CF4质量流量、鼓泡器温度)来说，热函随着所述液体的分子量(‘mw’)降低而减小。这是由于更高蒸汽压力样品的气流中存在的蒸汽量增大，它具有增大流过等离子炬的总质量流量的效果。等离子炬效率说明了在等离子炬内因辐射而损失的能量。在分析结果中，只提及了最主要的产品。其它产品(例如，C3F8、C4F6、C4F10等)只占总产品气体的约1～2％。一般说来，在从室温条件到约40℃的鼓泡器温度下，更低分子量的液体(C5F12和C6F14)产生最好的TFE产率。其主要原因是，就相同的CF4等离子气体进料速率来说，它们的蒸发(进料)速率更高。
表5归纳了为每批操作计算的物料衡算。未测定操作的出口流量。然而，由于产品中没有痕量的可冷凝物质，所以假定100％的原料已被转化为气体产品。在此基础上，以进入和流出的CF4流速之间的差异计算了CF4消耗。但是，碳衡算栏表明，在几乎所有的操作批次中都已添加了另外的碳，可能来自反应器内的石墨衬里。该现象在高热函值下比在更低的值下更明显。
转化操作的一个重要方面是CF4消耗。在除最后一个以外的所有操作批次中，CF4被消耗了。再者，在高热函值下比低热函值下消耗了更多CF4。相反，在操作7(C5F12)中，产品气体中的CF4含量比初始等离子体进料中的更高。可能的解释是，在至少一些这类液体的初始裂化操作中，作为中间体形成了CF4，而且该情况中(短碳链长度)CF4的形成速率超过消耗速率。
表面上，高热函似乎对TFE生产是有利的，一个对更高分子量液体更为增强的现象。然而，详尽的研究揭示了，这还与高CF4消耗以及与因石墨衬里的腐蚀引起的碳利用相关。因此，这些发现更确切地说明了，在将有价值的等离子气体(CF4)转化为TFE而不是转化所述液体进料的转化中浪费了能量。高热函的另一个缺点是等离子管内阳极腐蚀的现象(如下文所述)。
相反，操作的低热函部分(每批操作的第一排，表4)清楚地阐明了，TFE生产率基本上与液体碳氟化合物进料速率成比例。任何偏差可能是由CF4消耗速率的改变引起的。此外，在穿过板的约0.5kg/h下CF4消耗较低，操作7中的例外(如上所述)，此时意外地，它是负值。由于CF4是本文用作等离子气体(即，热源)的高价值商品，所以理想的是，它不应参与所需气体的生产，而是通过操作循环被再循环。所以，操作7中的发现不但出人意外，而且很鼓舞人心，因为这意味着，低分子量碳氟化合物液体(例如，C5F12)可用作CF4的附加来源，而且，可在任何生产批次中适当比例地进料以建立自保持的碳氟化合物原料转化等离子体反应器，节省原料的投入费用。
TFE生产率似乎与液体碳氟化合物进料速率成比例，与所述液体的性质(分子量)无关，还由于原料(蒸汽)进料速率明显地随需要转化的具体原料的蒸汽压成比例地变化，所以认为，更高分子量原料的生产率可通过提高本操作中鼓泡室内液体原料的温度高于40℃的上限而提高。这种更高温度和更长时间的后续操作(未示出)一直鼓舞人心。
对操作时间达4小时后的反应器的目视观察表明，体系中任何地方都没有明显的残余物。反应器内的石墨衬里似乎起可消耗的碳源的作用，但很可能主要的腐蚀作用是由高速气体的机械磨损而引起的。所以有可能在长期操作中，衬里的腐蚀可能逐渐减小到一定的程度，此时，石墨将保持质量恒定。
在任何操作过程中都没有在骤冷探头中或滤器中发生阻塞，当原始的碳被进料入这种反应器时却通常发生这种现象(未示出操作)。同样，在一些初步操作中(也没有示出)，阴极内由碳电极头引起的碳积聚导致阴极和阳极之间的短路。在更长时间的操作中(特别是高热函值下)，这种现象更明显。然而，在本操作中，在等离子管内没有观察到显著的积聚或任何形式的沉积。
显然，将液体原料蒸汽相引入等离子体是有利的，并且产生较好的结果(低的维护)。此外，可通过适当调节工艺参数或原料配合比或二者来控制产品的相对产率。
                                                   表3-操作条件
操作编号   液体碳氟化合物样品标识       总进料速率(kg/h) 液体进料    反应器压力        等离子体输入功率        操作时间(分钟)
  CF4   液体原料   温度(℃) 蒸汽压力(kPa) (kPa abs)     电压(V)     电流(A) 总的 液体原料
    1   FC3283(C3F7)3N   3.03.0   0.150.15   2525 1.11.1 10.711.0     114114     150250   175175 157157
    2   FC3255C8F18   3.03.0   0.440.44   2525 5.65.6 11.311.3     125114     140251   138138 130130
    3   FC7460％C8F18   3.03.0   0.390.39   2525 6.16.1 10.510.5     125111     140250   131131 130130
    4   FC6003C8F18+x*   3.03.0   0.450.45   2525 5.65.6 10.210.8     125110     140250   132132 126126
    5   PF5070C7F16   4.93.0   1.71.5   3328 1413 12.912.7     155136     145146   9768 8964
    6   PF5060C6F14   3.94.0   2.42.8   1831 2238 11.012.5     143163     145145   8484 7777
    7   PF5050C5F12   3.02.01.0   4.44.04.0   171520 645770 12.89.08.3     166127120     145250250   646464 636363
*x＝其它组分，可能是其它碳氟化合物
                                   表4-产品气体和等离子体分析
操作编号 液体碳氟化合物样品标识 能量输入   等离子炬效率***     热函(kWh/kg)     等离子体产品(vol％)
  CF4   C2F6   C2F4   C3F6
  (kW)   (％)     等离子炬   骤冷   *88   *138   *100   *150
    1   FC3283(C3F7)3N   17.128.5   7172     3.86.5   1.21.8   77.560.8   3.96.7   13.528.2    0.62.3
    2   FC3255C8F18   17.528.5   7071     3.55.9   0.51.8   86.154.2   3.37.8   10.833.8    0.02.8
    3   FC7460％C8F18   17.527.7   7474     3.86.0   1.42.9   75.776.8   4.24.8   15.416.1    0.81.1
    4   FC6003C8F18+x**   17.527.5   7174     3.65.9   0.43.0   78.758.3   4.77.7   14.830.0    0.72.1
    5   PF5070C7F16   22.419.8   8580     2.73.5   1.61.9   69.059.0   6.012.0   24.028.0    1.00.0
    6   PF5060C6F14   20.723.6   8285     2.72.9   1.61.8   57.056.0   5.26.0   32.034.0    5.84.0
    7   PF5050C5F12   24.131.730.0   818479     2.64.44.7   1.32.02.3   53.039.029.0   0.011.011.0   47.050.054.0    0.00.00.0
*以kg/mol表示的产品组分分子量
**x＝其它组分，可能是其它碳氟化合物
***从冷却水环路量热计算的
                                              表5-质量流量衡算
操作编号 液体碳氟化合物样品标识                              输入                         产品        ％误差
      进料流速(kg/h)     液体原料的摩尔质量     CF4消耗     CF4流速    C2F6流速    C2F4流速    C3F6流速    C-衡算     F-衡算
CF4     液体原料 (kg/kmole) (kg/h) (kg/h) (kg/h) (kg/h) (kg/h) (％) (％)
    1     FC3283(C3F7)3N   3.03.0     0.150.15     521     0.561.21     2.441.79     0.190.31     0.480.94     0.030.12     -11-25     24
    2     FC3255C8F18   3.03.0     0.450.45     438     0.131.29     2.871.71     0.170.38     0.411.21     0.000.15     -2-23     04
    3     FC7460％C8F18   3.03.0     0.400.40     438     0.460.50     2.542.50     0.220.24     0.590.60     0.050.06     -8-9     12
    4     FC6003C8F18+x*   3.03.0     0.360.36     438     0.461.19     2.541.81     0.240.38     0.541.06     0.040.11     -8-22     14
    5     PF5070C7F16   4.93.0     1.701.53     388     0.660.56     4.242.44     0.580.78     1.681.31     0.100.00     -7-6     11
    6     PF5060C6F14   3.74.0     2.402.86     338     0.580.53     3.123.47     0.450.58     1.992.39     0.540.42     -8-9     22
    7     PF5050C5F12   3.02.01.0     4.404.004.00     288     -0.690.38-0.72     3.691.621.72     0.000.960.76     3.713.422.51     0.000.000.00     -5-90     120
*x＝其它组分，可能是其它碳氟化合物
据信，本发明的方法提供了一条借助于高温热解将任何不可直接应用的液体含氟和含碳化学品或物质(包括具有5个或更多碳原子的碳氟化合物)转化为有用的产品(例如，TFE)的途径。尤其是，它提供了一种将液体碳氟化合物副产品转化为有用的高价值氟气体产品的方法。

Claims (16)

1.一种处理碳氟化合物原料的方法，该方法包括：
在一个高温区内，在至少一个阴极和至少一个阳极之间产生电弧；
在该高温区内，并且通过所述电弧和一种等离子气体产生一种具有尾火焰的热等离子体；
使包含至少一种碳氟化合物的碳氟化合物原料与热等离子体尾火焰形成一种活性热混合物，所述碳氟化合物分解成至少一种比该碳氟化合物具有更少碳原子的碳氟化合物母体或活性组分；以及
冷却所述活性热混合物而从碳氟化合物母体或活性组分形成一种碳氟化合物产品。
2.权利要求1的方法，其中，所述等离子气体是惰性气体，它只是起热源和支持等离子体的作用，而不与所述碳氟化合物母体或活性组分反应。
3.权利要求1的方法，其中，所述等离子气体是一种反应性气体，它在所述热等离子体中、从而在活性热混合物中，分解成含氟物质和含碳物质，它们在所述活性热混合物的冷却时与所述碳氟化合物母体或活性组分反应而形成所述碳氟化合物产品。
4.权利要求1～3任一项的方法，其中，所述碳氟化合物具有5个或更多个碳原子，于是，所述碳氟化合物母体或活性组分具有少于5个碳原子，所述碳氟化合物产品包含至少一种也具有少于5个碳原子的碳氟化合物。
5.权利要求1～3任一项的方法，其中，所述原料是一种不可直接利用的、包含两种或更多种碳氟化合物的碳氟化合物产品，一种化合物作为主要组分存在于该产品中，以致它构成该产品的主要部分。
6.权利要求1～3任一项的方法，其中，所述碳氟化合物原料呈液体形式并且被导入等离子体尾火焰，所述等离子气体被进料入高温区。
7.权利要求6的方法，其中，通过将原料与等离子体尾火焰的移动方向逆流地轴向地进料入等离子体尾火焰而将原料导入等离子体尾火焰。
8.权利要求1～3任一项的方法，其中，所述碳氟化合物原料呈蒸汽形式，并且与等离子气体一起进料入高温区。
9.权利要求6的方法，其中，所述阴极和阳极是由动力源驱动的等离子炬或等离子管的电极，在等离子炬或等离子管出口处形成等离子体尾火焰。
10.权利要求9的方法，其中，热等离子体的产生、碳氟化合物的分解和活性热混合物的冷却是在一个竖向安装的具有一个反应室的等离子体反应器中进行的，对该反应器安装了等离子炬或等离子管使等离子炬或等离子管处于反应室的上端，所述反应室具有一个在等离子管附近的第一上部区和一个第二下部区，等离子炬或等离子管向下燃烧，于是，等离子体尾火焰向下移动入反应室，等离子炬或等离子管包含单一的水冷却的热阴极和一组至多三个水冷却的阳极，电弧就这样在阴极和阳极之间穿过。
11.权利要求10的方法，其中，可通过下列区域提供高温区：在等离子炬或等离子管的电弧内和电弧周围以及就在电弧附近的区域，和/或在上述反应器的第一区中反应器的反应室的膨胀部分或区域内的区域。
12.权利要求11的方法，其中，热等离子体尾火焰的膨胀、碳氟化合物的分解和活性热混合物的冷却在反应室内进行，热等离子体尾火焰膨胀和碳氟化合物分解在反应室的第一上部区内进行，而活性热混合物冷却则在反应室的第二下部区内进行。
13.权利要求12的方法，其中，等离子气体向高温区中的进料是这样实现的：按使热等离子体在等离子炬或等离子管内形成涡流的方式将等离子气体注入阳极和阴极之间。
14.权利要求13的方法，其中，在相邻的阳极之间导入另外的等离子气体，以便保持通过反应室第一上部区的涡流。
15.权利要求12～14任一项的方法，其中，反应室第二下部区的冷却是通过自清洁的骤冷探头来进行的。
16.权利要求15的方法，其中，所述自清洁的骤冷探头包括一个安装在反应器上的外部圆柱形组件，它提供一个中央通道并且适合冷却流过该通道的热气体或活性热混合物；很多从外部组件向通道中向内凸出的、周向间隔开的细长的齿或刮刀；一个有间隙地处于外部组件内的内部圆柱形组件，该内部组件也适合冷却沿两组件之间的圆周空隙流过的热气体或活性热混合物；很多从内部组件向通道中向外凸出的、周向间隔开的细长的齿或刮刀，这些齿或刮刀与外部组件上的齿或刮刀交错排列；以及驱动一个组件相对于另一个组件振动的驱动装置。
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