(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高温ゾーンにおいて、少なくとも１個の陰極と、少なくとも１個の陽極の間で電気アークを発生させる工程、
上記高温ゾーンにおいて、電気アーク及びプラズマガスにより、尾炎を有する熱プラズマを発生させる工程、
上記高温ゾーンに、５個以上の炭素原子を有する少なくとも１種のフッ化炭素化合物を含有し、液体状又は気体状であるフッ化炭素フィードストックを導入し、上記熱プラズマの尾炎により上記フッ化炭素化合物から反応性熱混合物を生成させ、上記反応性熱混合物において上記フッ化炭素化合物を５個未満の炭素原子を有する少なくとも１種のフッ化炭素前駆体又は反応性化学種に解離させる工程、及び
上記反応性熱混合物を冷却して、上記フッ化炭素前駆体又は反応性化学種から５個未満の炭素原子を有する少なくとも１種のフッ化炭素化合物を含有するフッ化炭素生成物を生成する工程、
を含む、フッ化炭素フィードストックを処理する方法。
【請求項２】
上記プラズマガスが、単に熱源として、上記プラズマを維持するために働き、上記フッ化炭素前駆体又は反応性化学種とは反応しない不活性ガスである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
上記プラズマガスが反応性ガスであって、
それが、上記熱プラズマ中、したがって、上記反応性熱混合物中において、フッ素含有化学種と炭素含有化学種に解離し、
それらが、上記反応性熱混合物の冷却の際、上記フッ化炭素前駆体又は反応性化学種と反応して上記フッ化炭素生成物を生成する、請求項１記載の方法。
【請求項４】
上記フィードストックが、１種の化合物が主成分として最大比率を占めるように生成物中に存在する、２種以上のフッ化炭素を含む直接使用可能なフッ化炭素生成物ではない、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
上記フッ化炭素フィードストックが液体状であり、上記熱プラズマの尾炎に導入され、上記プラズマガスが上記高温ゾーンに別にフィードされる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
上記フィードストックを、上記熱プラズマの尾炎中に、熱プラズマの尾炎の広がり方向に対して向流になるように軸方向にフィードすることにより、上記フィードストックが上記熱プラズマの尾炎に導入される、請求項５記載の方法。
【請求項７】
上記フッ化炭素フィードストックが気体状であり、上記プラズマガスとともに上記高温ゾーンにフィードされる、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
上記陰極及び陽極が電力により駆動されるプラズマトーチ又はプラズマトロンの電極であり、
上記プラズマ尾炎が上記トーチ又はプラズマトロンの出口において形成される、
請求項５から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
熱プラズマの発生、上記フッ化炭素の解離、及び上記反応性熱混合物の冷却がプラズマ反応器内で行われ、その反応器にはプラズマトーチ又はプラズマトロンが装着されており、その反応器は反応室を有しており、
上記プラズマトーチ又はプラズマトロンは上記反応室の上端に位置しており、下方に向けて燃焼するため、そのプラズマ尾炎は反応室内を下方に広がり、
上記プラズマトーチ又はプラズマトロンは、単一の水冷熱陰極及び最大３個までの水冷陽極の一式を備え、かくして、アークが上記陰極と陽極との間を通る、
請求項８記載の方法。
【請求項１０】
上記高温ゾーンが、上記反応器中の反応室の伸張部又は区域内部において、上記プラズマトーチ又はプラズマトロンのアークの内部と周囲、及び直近の領域によって、及び／又は上記プラズマトーチ又はプラズマトロンの直下の領域によって規定されている、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
上記熱プラズマの尾炎の広がり、上記フッ化炭素化合物の解離、及び反応性熱混合物の冷却が反応室で起こり、
上記熱プラズマの尾炎の広がり及びフッ化炭素化合物の解離が上記反応室の第１ゾーンで行われ、
上記反応性熱混合物の冷却が上記反応室の第２ゾーンで行われ、
プラズマが上記反応室の第１ゾーンで発生し、広がることが出来るよう、プラズマトロンが上記反応室の第１ゾーンに隣接する反応器に装備されている、
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
上記高温ゾーン中への上記プラズマガスのフィードが、上記プラズマトーチ又はプラズマトロン中で上記熱プラズマが渦を形成するように上記プラズマガスを上記陽極と陰極との間に噴射することにより行われる、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
上記反応室の第１ゾーン全域にわたって渦を維持するために、連続した陽極間に追加のプラズマガスを導入する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
反応室の第２ゾーンの冷却が、自己洗浄性クエンチプローブにより行われる、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
上記自己洗浄性クエンチプローブが、
中央流路を提供し、その流路を通過する熱ガス又は反応性熱混合物を冷却するために適合した、上記反応器に装備された外側円筒状部品、
上記外側部品から流路内へ内向きに突き出している、円周上に間隔をあけて配置された複数の細長い歯またはスクレーパ、
上記外側円筒状部品の内側に間隔をあけて配置された内側円筒状部品であって、その内側部品もまたこれらの部品間の円周にそった間隙を通過する熱ガス又は反応性熱混合物を冷却するために適合しているもの、
上記内側部品から流路内へ外向きに突き出している、円周上に間隔をあけて配置された複数の細長い歯またはスクレーパであって、それら内側部品上の歯又はスクレーパが上記外側部品上の歯又はスクレーパに対して互い違いになるように配置されているもの、及び
一方の円筒状部品を他方の円筒状部品に対し振動するように駆動する駆動手段、
を含む、請求項１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明はフッ化炭素フィードストックの処理に関する。本発明は特にフッ化炭素フィードストックを処理する方法及び、そのような方法で用いられるクエンチプローブに関する。
【０００２】
（発明の開示）
本発明の一つ目の側面によって、
高温ゾーンにおいて、少なくとも１個の陰極と、少なくとも１個の陽極の間で電気アークを発生させる工程、
上記高温ゾーンにおいて、電気アーク及びプラズマガスにより、尾炎を有する熱プラズマを発生させる工程、
少なくとも１種のフッ化炭素化合物を、上記フッ化炭素化合物より少ない数の炭素原子を有する少なくとも１種のフッ化炭素前駆体又は反応性化学種に解離させるとともに、上記フッ化炭素化合物を含有するフッ化炭素フィードストックから熱プラズマの尾炎により反応性熱混合物を生成させる工程、及び
上記反応性熱混合物を冷却して、上記フッ化炭素前駆体又は反応性化学種からフッ化炭素生成物を生成する工程、
を含む、フッ化炭素フィードストックを処理する方法が提供される。
【０００３】
上記プラズマガスは、本発明の一態様では、アルゴン、窒素、ヘリウム又はこれらの混合物のような不活性ガスであってよい。不活性ガスは、したがって単に、熱源として、及びプラズマを維持するために働き、上記フッ化炭素前駆体又は反応性化学種とは反応しない。しかし、本発明の別の態様では、プラズマガスはテトラフルオロメタン（ＣＦ4）のような反応性の気体であってもよく、このガスは熱プラズマ中、したがってそれによる反応性熱混合物中で、フッ素含有化学種と炭素含有化学種に解離することになり、これらの種が、上記反応性熱混合物の冷却の際に、上記フッ化炭素前駆体又は反応性化学種と反応し、前述のフッ化炭素生成物を生成してもよい。本発明のさらに別の態様では、プラズマガスは、上述の不活性ガスと反応性ガスの混合物を含むものであってもよい。
【０００４】
上記フッ化炭素化合物はたとえば、５個以上の炭素原子を持つものであってよい。上記フッ化炭素前駆体又は反応性化学種は、したがって、５個未満の炭素原子を有してもよい。上記フッ化炭素生成物はそれゆえ、５個未満の炭素原子を持つ、少なくとも１種のフッ化炭素化合物を含んでもよい。
【０００５】
フッ化炭素フィードストックは多かれ少なかれ、Ｃ6Ｆ14のような単一のフッ化炭素化合物を含む純粋なフィードストックであってもよいが、通常、このフィードストックは、２種又はそれ以上のＣ5Ｆ12、Ｃ6Ｆ14、Ｃ7Ｆ16、Ｃ8Ｆ18、Ｃ4Ｆ8Ｏ、Ｃ8Ｆ16Ｏ、（Ｃ3Ｆ7）3Ｎ、Ｃ6Ｆ13Ｈ、Ｃ6Ｆ12Ｈ2等のような、一定範囲のフッ化炭素化合物を含む、直接には使用できないフッ化炭素生成物であろうことも予定している。通常、このような生成物中で１種の化合物が主成分として、言いかえれば生成物中最大比率を占めて存在するであろう。
【０００６】
本発明の一つの態様ではフッ化炭素フィードストックは液体状であってよい。したがって、プラズマガスは高温ゾーンにフィードストックとは別に供給してよい。
【０００７】
しかし、本発明の別の態様では、上記フッ化炭素フィードストックは気体状であってよい。したがって、このフィードストックは高温ゾーンにプラズマガスと共にフィードしてもよく、又はプラズマガスを高温ゾーンにフィードするとともに、プラズマガスとは別に、たとえばプラズマトーチ又はプラズマトロンに導入してもよい。
【０００８】
さらに別の本発明の態様では、上記フッ化炭素フィードストックは最初液体状であってもよく、前述のように、プラズマガスと共に高温ゾーンにフィードされるか又は別に導入される前に、気化してもよい。このフィードストックの気化は、液体のフィードストックを適当な温度において泡気化器（ｂｕｂｂｌｅｒ）を通過させるか、又は任意のほかの適当な蒸気発生器を用いることで行うことができる。
【０００９】
得られる代表的な生成物は、テトラフルオロメタン（ＣＦ4）、テトラフルオロエチレン（Ｃ2Ｆ4）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ2Ｆ6）、ヘキサフルオロプロピレン（Ｃ3Ｆ6）、フルオロブチレン（Ｃ4Ｆ6）、環状オクタフルオロブタン（ｃ−Ｃ4Ｆ8）、デカフルオロブタン（Ｃ4Ｆ10）、オクタフルオロプロパン（Ｃ3Ｆ8）及びその他のＣxＦy鎖（ｘとｙは整数である）である。
【００１０】
陰極と陽極、すなわち電極は、電力により駆動されるプラズマトーチ又はプラズマトロンであって、トーチ又はプラズマトロンの出口でプラズマ尾炎を形成するものであってよい。
【００１１】
熱プラズマの発生、上記フッ化炭素化合物の解離及び上記反応性熱混合物の冷却は、したがって、プラズマトーチ又はプラズマトロンを装着してあり反応室を有するプラズマ反応器で行うことができる。プラズマトーチ又はプラズマトロンは特に反応室の上端に取り付けることが出来る。プラズマトロンは下方に向けて燃焼するであろうから、いいかえれば、プラズマ尾炎は反応室の中に下方に広がることになる。
【００１２】
原理的には任意の適当なプラズマトロン又はプラズマトーチを使用することが出来る。たとえば、プラズマトロンは単一の水冷熱陰極及び最大３個までの水冷陽極の一式を含み、したがって、アークが陽極と陰極の間を通過するものでもよい。陰極はタングステン又はグラファイト挿入電極のような適当な挿入電極を含んでもよい。
【００１３】
高温ゾーンは、上記反応器中の反応室の伸張部又は区域内部において、プラズマトーチ又はプラズマトロンのアーク（すなわち、電極間のアーク）の内部と周囲、及び直近の領域によって、及び／又はプラズマトーチ又はプラズマトロンの直下の領域によって規定されていてもよい。
【００１４】
熱プラズマの尾炎の広がり、フッ化炭素化合物の解離、及び反応性熱混合物の冷却は反応室で起こり、熱プラズマの尾炎の広がり及びフッ化炭素化合物の解離は反応室の第１ゾーンで行われ、反応性熱混合物の冷却は反応室の第２ゾーンで行われる。かくして、プラズマが反応室の第１ゾーンで発生し、広がることが出来るよう、プラズマトロンは反応室の第１ゾーンに隣接する反応器に装備されることになる。
【００１５】
高温ゾーン中へのプラズマガス（及び、適当な場合には気体状のフィードストック）のフィードは、プラズマトーチ又はプラズマトロン中で熱プラズマが渦を形成するように上記ガスを電極の間に噴射することにより行うことができる。反応室の第１ゾーン全域にわたって渦を維持するために、連続した陽極間に追加のプラズマガスを導入してもよい。
【００１６】
フィードストックは、液体状であるとき、トーチ又はプラズマトロン、すなわち電極間に、又はプラズマ尾炎に導入することができる。液体状のフィードストックをプラズマ尾炎に導入するとき、プラズマ尾炎に対し接線方向に、プラズマ尾炎の軸方向に、向流方向に、又は所望の任意のほかの角度でフィードすることができる。しかし、フィードストックを、プラズマ尾炎中に、プラズマ尾炎の広がり方向に対して向流になるように軸方向にフィードすることにより、いいかえれば、プラズマ尾炎中に軸方向に上向きにフィードすることにより、すべての液体フィードストックが、完全な気体相にあるプラズマに入いる前に尾炎によって気化されるので、特によい結果が得られるであろうと思われる。
【００１７】
液体フィードストックの尾炎中へのフィードは通常、噴射手段、すなわち噴射ノズルを用いて行われる。立ち上がり時には、ノズルを保護すなわち冷却するため、液体フィードストックはプラズマの開始の直前に噴射することが好ましい。さもなければ、フィードストックの熱プラズマ中へのフィードはプラズマが開始されてしまってから行われる。
【００１８】
加えて、フィードストックは、単一の入口、噴射点もしくはノズル、又は複数の噴射点もしくは複数の入口もしくは複数のノズルを通して導入することができる。後者は、プラズマ尾炎によって気化可能なフィードストックの量を増すであろうと考えられる。
【００１９】
反応室の第２ゾーンの冷却は、クエンチプローブにより行うことができるが、これは自己洗浄性クエンチプローブであってもよい。この自己洗浄性クエンチプローブは、
中央流路を提供し、その流路を通過する熱ガス又は反応性熱混合物を冷却するために適合した、上記反応器に装備された外側円筒状部品、
上記外側部品から流路内へ内向きに突き出している、円周上に間隔をあけて配置された複数の細長い歯またはスクレーパ、
上記外側円筒状部品の内側に間隔をあけて配置された内側円筒状部品であって、その内側部品もまたこれらの部品間の円周にそった間隙を通過する熱ガス又は反応性熱混合物を冷却するために適合しているもの、
上記内側部品から流路内へ外向きに突き出している、円周上に間隔をあけて配置された複数の細長い歯またはスクレーパであって、それら内側部品上の歯又はスクレーパが上記外側部品上の歯又はスクレーパに対して互い違いになるように配置されているもの、及び
一方の円筒状部品を他方の円筒状部品に対し振動するように駆動する駆動手段、
を含むことができる。この駆動手段は、たとえば、スプリング搭載ピストン駆動アームを備えたものであってもよい。
【００２０】
しかし、その代わりに、他の適当な任意の冷却手段を使用することができる。例えば、生成ガスの急速膨張、別の冷たいガスによるガスクエンチング等である。
【００２１】
反応室は、具体的な反応によって、いいかえればフィードストックの種類、およびどんなフッ化炭素化合物の生成が望まれるかによって、真空に近い圧力から高圧に至る圧力下で運転することができる。クエンチプローブを通して減圧にすることができる。
【００２２】
本発明の２番目の側面によって、
中央流路を提供し、その流路を通過する熱ガスを冷却するために適合した外側円筒状部品、
上記外側部品から流路内へ内向きに突き出している、円周上に間隔をあけて配置された複数の細長い歯またはスクレーパ、
上記外側円筒状部品の内側に間隔をあけて配置された内側円筒状部品であって、その内側部品がこれらの部品間の円周にそった間隙を通過する熱ガスを冷却するために適合しているもの、
上記内側部品から流路内へ外向きに突き出している、円周上に間隔をあけて配置された複数の細長い歯またはスクレーパであって、それら内側部品上の歯又はスクレーパが上記外側部品上の歯又はスクレーパに対して互い違いになるように配置されているもの、及び
一方の円筒状部品を他方の円筒状部品に対し振動するように駆動する駆動手段、
を含む、クエンチプローブが提供される。
【００２３】
内側部品は、外側部品の内部で中心に、又は同心になるように配置することができる。外側部品と内側部品に同数の歯又はスクレーパを備えることができる。その歯又はスクレーパは等間隔に離してそれらの部品に配置できる。その歯又はスクレーパは互いに平行に伸張していてよい。
【００２４】
上記部品が中空であってもよい、及び／又は、熱ガスを冷却又はクエンチするために、上記内側部品及び外側部品に冷却流体を通過させることのできる流路が設けられていてもよい。
【００２５】
駆動手段は、同様に前述したように、円筒状部品の一方に取り付けた、スプリング搭載ピストン駆動アームを備えたものであってもよい。
【００２６】
いずれかの部品を他方に対して振動させるので、上記部品間の環状間隙を気体が通過する際に、その表面に付着した固化物又は昇華物を除去することができる。
【００２７】
このクエンチプローブは前述のように、プラズマ反応器に使用するのに特に適しているが、このような用途にのみ限定されるものではない。通常は、外側部品は反応器に固定され、内側部品を外側部品に対して振動させることになろう。
【００２８】
ここで、本発明を添付の概略図を参照しながら例示をもって説明する。
【００２９】
諸図中、図１は、簡略化した流れ図の形式で、本発明の一つの態様によるフッ化炭素フィードストックを処理する方法を実施するための装置を示す。
【００３０】
図２は図１の反応器のクエンチプローブの３次元図を示す。そして、
【００３１】
図３は、簡略化した流れ図の形式で、本発明の別の態様によるフッ化炭素フィードストックを処理する方法を実施するための装置を示す。
【００３２】
図１及び図２において参照番号１０は、本発明の一つの態様によるフッ化炭素フィードストックを処理する方法を実施するための装置を包括的に示す。
【００３３】
装置１０は、包括的に参照番号１２で示されるプラズマ反応器を包含している。反応器１２は縦長の形状で、垂直に配置されている。この反応器は二重壁（図示せず）で水冷（図示せず）されており、反応器の側面に設けられた、種々の高さに間隔をあけて配置されたサンプリング孔（図示せず）を有している。このサンプリング孔は、反応器の頂点で異なった気体で形成されるプラズマの特性を決定し、プラズマ燃焼中の反応器内部から温度分布、流れのパターン及び気体組成のデータを得るために用いられる。
【００３４】
フィードストックのフィードライン１４は反応器１２の側面内部に通じ、上向きの噴射ノズル１６と結合されている。
【００３５】
装置１０は反応器１２の上端に装着された包括的に参照番号２０で示されるプラズマトーチ又はプラズマトロンを含む。プラズマトーチあるいはプラズマトロン２０は、水冷熱陰極（図示せず）及び最大３個までの水冷陽極（図示せず）の一式を含む。この熱陰極はタングステン又はグラファイト挿入電極（図示せず）を含む。プラズマガスの噴射フローライン２２はプラズマトーチ２０内に通じている。使用時にはプラズマガスはフローライン２２を通ってトーチ２０中で陰極と陽極の間に、噴射後のガス流が渦状の安定したプラズマを形成するように噴射される。
【００３６】
装置１０はまた、参照番号３０で包括的に示され、反応器１２の下端に突出している自己洗浄性クエンチプローブも具備している。この自己洗浄性クエンチプローブ３０は、細長い水冷された円筒状の外側部品３２を具備しているが、これは反応器１２に固定されている。外側部品３２は、したがって中心に流路があり、等間隔に配置された細長い、放射状に内側に突き出た歯又はスクレーパ３４がその流路の内側に向けて突出している。外側部品３２のこの流路の内部に、円周に沿った間隙を持って、細長い水冷された内側円筒状部品３６が配置されている。等間隔に配置された細長い放射状に外側に突き出た歯又はスクレーパ３８は内側部品３６上に設けられ、歯３８は歯３４から円周に沿って間隔をあけて配置されている。歯３４、３８は部品３２、３６の全長にわたって伸びていてもよく、部品３２と３６は実質的に同じ長さである。内側部品３６は、スプリング搭載ピストン駆動アームのような駆動手段（図示せず）を備えており、これは、矢印４０で示されるように内側部品３６を外側部品３２に対し振動させるためである。固体汚染物質を部品３２、３６から除去することは、歯３４、３８を振動させることにより達成される。クエンチプローブ３０を上下に動かすことにより、反応器の有効長は増減させることができ、それにより反応器の長さを最適化できる。
【００３７】
このように、クエンチプローブ３０は、反応器１２で後述するように生成するプラズマガス又は反応性熱混合物を、約１０5℃／秒の速度で２００℃未満にまで冷却するように設計された二重環状水冷プローブである。使用中にプローブ表面に固化物や昇華物が生成するので、それによる閉塞を防ぐように、このプローブは自己洗浄性である。
【００３８】
フローライン５０はクエンチプローブ３０の下端からフィルター５２に通じ、フローライン５４はフィルター５２から真空ポンプ５６へ通じている。生成物抜出しライン５８はポンプの吐出側から出ている。真空ポンプ５６により、反応器１２まで減圧が及ぶ。
【００３９】
使用の際、アルゴンのようなプラズマガスをプラズマトーチ２０中へフローライン２２を通してフィードすると、プラズマが陰極と陽極の間で、反応器１２の反応室（図示せず）の上端で発生する。プラズマは下向きに燃焼し、下向きに移動しながら、横方向に広がるプラズマ尾炎が形成される。フィードストック噴射ノズル１６は尾炎の中に位置している。少なくとも１種の、５個以上の炭素原子を有する化合物を含む液体フィードストックがノズル１６から、すなわちプラズマ尾炎の移動方向と１８０°反対の方向に噴射され、フィードストックはプラズマガスと反応するときには完全にガスの形態になっているように気化される。このフィードストックのフッ化炭素化合物はフッ化炭素前駆体又は反応性化学種に解離する。これは反応器１２によって提供される反応室の上部ゾーンで起こる。反応性熱混合物が反応室の下部ゾーン、すなわちクエンチプローブ３０が配置されているゾーン中へと下向きに移動するにつれて、この反応性熱混合物は冷却されて少なくとも一種の、５個未満の炭素原子を有する、より望ましいフッ化炭素化合物を含むプラズマ生成物を生成する。
【００４０】
図３において参照番号１００は、本発明の別の態様によるフッ化炭素フィードストックを処理する方法を実施するための装置を包括的に示す。
【００４１】
図１および図２に関して前述した装置１０の部品と同一か類似している装置１００の部品は同じ参照番号で示す。
【００４２】
装置１００はＣＦ4 プラズマガスの供給を含む供給シリンダー１０２を包含している。制御弁１０４及び閉止弁１０６に結合するプラズマガス供給ライン２２はシリンダー１０２から出ている。ライン１０８は弁１０６の上流でライン２２から泡気化器１１０に通じている。ライン１０８は弁１０９に結合している。ライン１１２は泡気化器１１０から出て弁１１４と結合している。ライン１１２は弁１０６の下流のライン２２に通じている。
【００４３】
装置１００ではフィードストックは最初に泡気化器１１０で気化され、次いで蒸気としてＣＦ4プラズマガスと共に陰極と陽極の間にフィードされる。泡気化器１１０にはしたがって、フィードストックが液体の形態で入っている。ＣＦ4プラズマガスはこの液体フィードストック中にバブリングされ、その結果ＣＦ4プラズマガスは、プラズマ反応器１２に入る前に蒸気の形態のフィードストックで飽和状態になる。
【００４４】
下記で検討する具体的な例においては、３０ｋＷのプラズマトーチ又はプラズマトロンが使用された。プラズマガス流速約３ｋｇ／ｈｒが用いられた。試験又は例を開始する前に、系を約１０ｋＰａまで減圧し、アルゴンでフラッシュした。プラズマは高圧スターター（図示せず）で開始され、３０ｋＷの電力供給で維持された。アルゴンプラズマの開始が完了した後、所望のプラズマガスへの切り替えを行った。しかし、他の反応系では、プラズマトロンの設計によっては、プラズマトロンを所望のプラズマガスで直接に開始出来る可能性があることは理解できるであろう。
【００４５】
（例１）
アルゴンプラズマで操作する装置１０を使用した。フィードストックはＣ6Ｆ14−Ｃ10Ｆ22フッ化炭素から成る液体副生物を含み、Ｃ6Ｆ14が９０％（モル基準）を超えて存在した。３時間後、反応器の冷たい表面に薄い炭素の層のみが付着したが、反応器は依然として比較的きれいであることが分かった。
得られた結果は表１と表２に示した。
【００４６】
（例２）
例１と同じ装置を使用した。本例ではＣＦ4プラズマトーチとＣＦ4プラズマガスを使用した。本試験の結果は、表１、及び表２に示すように、例１の結果にまったく匹敵するものであった。例１と例２の唯一の実質的な違いは、例１のプラズマで使用したアルゴンは不活性で反応に関与していないので、例１ではプラズマガスの最終的な分離が必要であることである。したがって過剰のアルゴンは追加のステップとして分離する必要がある。
【００４７】
0004643105.tif 000002
【００４８】
表１に見られるように、例１の質量フィード流量は例２における質量フィード流量の２倍より大きい。しかし例１における付着物は例２の付着物より相当に少ない。図１に示すようなセットアップと系の配置に対しては、例１のアルゴン補助による転化が、材料の処理量についてより効率的である。
【００４９】
0004643105.tif 000003
【００５０】
表２においてガスクロマトグラフィーで分析された生成物化合物の濃度は、異なった例間の比較を簡単にするために、プラズマ生成物成分につき規格化してある。この結果、例１における９０％近いアルゴン／空気によるデータの歪み及び例２の１０％空気によるデータの歪みが除去されている。しかし、両方の例における空気と例１では過剰のアルゴンを生成物の流れから回収しなければならないことは認識されなければならない。
【００５１】
前述した図１の反応器の配置と前述の具体的な反応条件とは、ＴＦＥ（Ｃ2Ｆ4）製造のためのセットアップである。５個未満の炭素原子を有する任意の他のフッ化炭素生成物の生成を最大化することが望まれる場合は、具体的な生成物の適当な収率を得るために反応器の条件を変えることが必要となろう。
【００５２】
（例３）
本例では一連の異なった種類の表３に示した液体フッ化炭素が、テトラフルオロエチレン（ＴＦＥ）、ヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）及び環状Ｃ4Ｆ8のような有用な生成物に転化されたが、中でもＴＦＥを重視している。図３の装置が用いられた。すなわち、フィードストックは蒸気として陰極と陽極の間のプラズマトロン中に導入された。これはＣＦ4をバブリングする泡気化器１１０を用いて行われた。泡気化器の温度と種々のフィードストックの蒸気圧により、蒸気化、したがって、プラズマにフィードされるフィードストックの流速が決まった。
【００５３】
プラズマ反応器１２は通常の立ち上げ条件で約５分間運転し、その後、泡気化器の圧力１３０ｋＰａ（絶対圧）にて、泡気化器中の液体フィードストック中にＣＦ4を通した。フィードストックの蒸気で飽和したＣＦ4をプラズマトーチにフィードし、約１０ｋＰａ（絶対圧）に維持した。プラズマ流は次いで所望のエンタルピーになるように調整された。ほとんどすべての実験は約６．４ｋＷｈ／プラズマガスｋｇのエンタルピーで開始され、１時間後に約４ｋＷｈ／プラズマガスｋｇに低められた。フィードストックのフィード速度、プラズマトロンの電圧と電流、フィードストック温度、冷却水温度及び反応器圧力は常時測定され時間に対して記録された。各実験を代表するように安定な平衡条件下でＧＣ試料が採取された。
【００５４】
表３に液体フィードストックの分子量（ｍｗ）を降順に並べた個別の実験の操作条件を示す。たとえばＣ5及びＣ6液体フィードストックを使用した実験のように、いくつかの実験の運転時間は他の実験のものより短いが、これは、これら液体の蒸発速度が大きく、泡気化器の容量に制限があるためである。高い蒸発速度とその結果としてのプラズマ中への高いフィード速度の収率に対する影響を調べるために、いくつかの場合では、泡気化器の温度を変化させた。
【００５５】
表４に、二つの水準（すなわちトーチの出口とクエンチプローブの直上流）におけるプラズマエンタルピーに対する相対的な生成物の収率を示す。一般に同じ系条件（電圧、電流、質量ＣＦ4流量、泡気化器の温度）ならば液体の分子量（ｍｗ）が減少するにつれてエンタルピーが減少することが観察される。これは高い蒸気圧を示す試料のためのガス流中に存在する蒸気の量が多くなるためで、この蒸気量の増大のためトーチを通過する合計の物質量が増大する。トーチ効率は、放射によりトーチ内部で失われるエネルギーを説明する。分析結果では最も目立ついくつかの生成物だけが記されている。Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ6、Ｃ4Ｆ10等のような他の生成物は合計しても全生成ガスの１〜２％にしかならない。一般的に言えば、周囲条件から約４０℃までの泡気化器の温度において、低分子量の液体（Ｃ5Ｆ12及びＣ6Ｆ14）は最良のＴＦＥ収率を示した。この主な理由は、同じＣＦ4プラズマガスのフィード速度に対して、これら低分子量の液体の蒸発（フィード）速度がより大きいためである。
【００５６】
表５はそれぞれの実験について計算した物質収支を要約してある。このプロセスから系外へのフローは測定しなかった。しかし、生成物には凝縮可能な物質の痕跡も無かったので、フィードストックは１００％気体状物質に転化したと仮定した。この仮定を基にＣＦ4の消費量はＣＦ4の流入量と流出量の間の差として計算された。しかし、炭素バランスの欄からは、ほとんどすべての実験で、おそらく反応器の内部のグラファイトライニング由来の追加の炭素が加わったことがわかる。この現象はエンタルピー値が低い場合よりも高い場合に一層顕著である。
【００５７】
この転化プロセスの重要な面の一つはＣＦ4の消費である。最後の実験を除くすべての実験でＣＦ4は消費された。また、低いエンタルピーの場合に比べ、高いエンタルピーの下で、より多くのＣＦ4が消費された。逆に、実験７（Ｃ5Ｆ12）では生成物ガス中のＣＦ4含有量はもとのプラズマフィード中のものより高かった。可能性のある説明は、液体の少なくとも一部に対する初期の分解の過程で、ＣＦ4は中間体として生成し、この場合（短い炭素鎖）におけるＣＦ4の生成速度は消費を上回るというものである。
【００５８】
表面的には高いエンタルピーはＴＦＥの生成に有利なように見え、この現象はより高い分子量の液体では一層目立つ。しかし、よく観察すると、これはグラファイトライニングの浸食による炭素の利用だけでなく高いＣＦ4消費とも関連していることが明らかになる。これらの発見は、したがって、エネルギーが液体のフィードを転化する代わりに、価値のあるプラズマガス（ＣＦ4 ）をＴＦＥに転化することに費やされていることをむしろ示している。高いエンタルピーのもう一つの不利益な点は、後に触れるように、プラズマトロンにおける陽極浸食現象である。
【００５９】
これに対して、実験の低エンタルピー欄（表４、各実験の上の行）は明らかにＴＦＥの生成速度は実質的に液体フッ化炭素のフィード速度に比例していることを示している。矛盾があるとすれば、ＣＦ4の消費速度の変化で説明できる。さらに、上述のように驚くべきことにマイナス値になっている実験７を除き、ＣＦ4の消費は一律に約０．５ｋｇ／ｈと比較的低かった。ＣＦ4はここでプラズマガス（すなわち熱源）として利用されている高価値の商品であるので、理想的には所望のガスの生成に関与することなく、むしろプロセスのサイクルを通して再循環されるべきである。したがって、実験７の発見は、Ｃ5Ｆ12のような低分子量のフッ化炭素液体をＣＦ4の追加的な原料として利用でき、適切な比率でフィードすれば、任意の製造運転に導入しその結果、自己維持的なフッ化炭素材料転化プラズマ反応器を確立して原料投入コストの低減をはかれる可能性があることを意味しているので、予期されなかっただけでなく大いに勇気づけられるものである。
【００６０】
ＴＦＥ生成速度は、液体の性質（分子量）に関係なく、液体フッ化炭素のフィード速度に比例していると見られ、フィードストック（蒸気）のフィード速度は明らかに、転化を受ける特定のフィードストックの蒸気圧に比例して変化するので、泡気化器室の液体フィードストック温度を本実験の上限である４０℃を上回って上げれば、高い分子量のフィードストックからの生成物の生成速度を早めることができるだろうと推定される。このような高温下で時間を延長した後続の実験（表示せず）は有望なものであった。
【００６１】
４時間に至る運転時間経過後の反応器の目視検査からは系のどこからも障害となるような付着物は見出されなかった。反応器の内部のグラファイトライニングは消費される炭素源として使用されたと見られるが、主要な浸食は高速のガスによる機械的な磨耗により生じた可能性が非常に高い。したがって、長期の運転においてはライニングの浸食がグラファイトの質量が一定になるまで先細りになることも有り得る。
【００６２】
どの実験の間もクエンチプローブ又はフィルターに閉塞は生じなかったが、一般にこの種の閉塞はこのような反応器に炭素そのものをフィード（実験は表示せず）すると生じるものである。同様に多数の予備実験（同じく表示せず）の間に、陰極の炭素挿入電極により炭素が堆積し陰極と陽極の間の短絡が起こった。この現象は長期の運転及び、殊に高エンタルピー値のときに一層目立った。しかし、例示した実験では障害となるような堆積も、どのような形の付着物もプラズマトロン中で観察されなかった。
【００６３】
液体フィードストックをプラズマに気相で導入することは有利であり、保守の手間をあまりかけずに比較的良好な結果が得られるようである。さらに、プロセスのパラメーターもしくはフィード混合物を、又はその両方を適切に調整することにより、生成物の相対的な収率を制御できる。
【００６４】
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【００６５】
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【００６６】
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【００６７】
本発明の方法は、直接には使用可能でない、任意の流体フッ素及び炭素含有薬品又は物質（５個以上の炭素原子を持つフッ化炭素化合物を含む）をＴＦＥのような有用な生成物に、高温熱分解により転化する手段を提供するものと考えられる。本発明は特に液体フッ化炭素副生物を有用な高価値のガス状フッ素生成物に転化する手段を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  簡略化した流れ図の形式で、本発明の一つの態様によるフッ化炭素フィードストックを処理する方法を実施するための装置を示した図である。
【図２】  図１の反応器のクエンチプローブの３次元図を示した図である。
【図３】  簡略化した流れ図の形式で、本発明の別の態様によるフッ化炭素フィードストックを処理する方法を実施するための装置を示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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