氟碳化合物的生产方法及设备技术

本发明专利技术用于生产氟碳化合物的方法及装置，提供高温区；将至少一种输入物输运到高温区产生含氟及含碳的热气体。热气体中分子Ｃ∶Ｆ比控制在０. ４－２之间；在一定时间间隔内热气体的比焓控制在１ｋＷｈ／ｋｇ及１０ｋＷｈ／ｋｇ之间，形成活性热混合物，其后活性热混合物冷却至一选定温度来产生包含有所希望的氟碳化合物的产物。输入物典型地为Ｃ↓［１］－Ｃ↓［１０］高氟碳化物，其总分子式为Ｃ↓［ｎ］Ｆ↓［ｍ］其中０＜ｎ≤１０，ｎ＞１时ｍ＝２ｎ，２ｎ＋２，或２ｎ－２例如气态氟碳化合如ＣＦ↓［４］。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种生产氟碳化合物的方法和用于生产氟碳化合物的设备及装置，更具体地说，本专利技术涉及一种适用于连续的有选择性的生产所需氟碳化合物而具有最小废气排出的方法、设备和装置。按照本专利技术的一个方面，提供一种生产所需氟碳化合物的方法，包括下列步骤提供一个高温区;在所述高温区内输入至少一种输入物质，用该物质产生一包括含氟物质和含碳物质的热气体;把所述热气体内的C∶F的克分子比控制在大约0.4和2之间选定的值;在一为时间间隔内，把热气体的比焓控制在大约为1kwh/kg和10kwh/kg之间，以便形成含有包括活性含氟前体和活性含碳前体的活性热气态混合物;以及在所选取的冷却温试行冷却速度下冷却活性热混合物，从而产生包括所需的氟碳化合物的最终产品。在热气体中的C∶F的比一般选择在使得能够用最佳的能量利用来最佳地生产所述前体。除非另有说明，此处的比焓是指热气态混合物的比焓，并反映每kg热气态混合物的值。输入物质可以包括至少一种氟碳化合物，这样，输入物质可以包括所选择的一种或多种氟碳化合物，以便提供热气体中的所需的C∶F克分子比，从而能够生产所需的氟碳化合物最终产品。氟碳化合物可以是一短链，一般为通式为CnFm的氟前C1-C10的碳化合物，其中0＜n≤10，m＝2n，2n+2或2n-2，例如象二氟乙炔(C2F2)，四氟乙烯(C2F4)，六氟乙烷，(C2F6)，六氟丙烯(C3F6)，八氟丙烯(C3F8)，四氯甲烷(CF4)或八氟丁烯(C4F8)或十氟丁烯(C4F10、按照本专利技术的另一特点，该专利技术可以包括另外的步骤在受控的焓的条件下在热气体内引入散粒的含碳物质，从而在活性热气态混合物中形成由所述含碳物质得到的活性前体。当输入物质含有氟碳化合物时，活性前体可以从氟碳化合物得到以及从散粒的含碳物质得到因而该方法可以包括如下步骤提供一个高温区;在高温区内导入含有至少一种氟碳化合物的输入气流从而产生热气体;在受控的焓的条件下在热气体中引入一种散粒的含碳物质，从而形成一种活性热混合物，其克分子比C∶F大约在0.2和4之间，比焓大约在1kwh/kg和10kwh/kg之间，并且含有包括由至少一氟碳化合物和散粒的含碳物质得到的所需含氟和含碳的前体的活性物质;以及以一种方式冷却活性热混合物从而产生含至少一种所需氟碳化合物的产品混合物。在高温区中的热气体可用产生所述输入气体的等离子体提供，例如借助在所述高温区在至少一对电极之间产生电弧，所述电极可以是一种基本上不可消耗的电极。在热气体中形成的活性物质将与输入气流的成分，散粒含碳物质的性质和其它因素有关。而且，某种活性物质可以甚至在引入散粒含碳物质之前在热气体中形成，此外活性物质也可以在引入所述含碳物质之后形成。这些活性物质下面将详细说明。活性物质包括某种所需的前体，在合适的快速冷却到选取的反应温度条件下通过进一步反应而产生所需的氟碳化合物产品。如同下面要详细说明的，冷却含有活性物质中的所需选体的活性热混合物的方式将决定最终的氟碳化合物产品。因而，所述冷却步骤最好包括冷却速度、冷却温度的范围、以及被冷却的热混合物在冷却温度的范围内保留的时间间隔，所有这些都被选择以便确定作为最终产品的至少一种所需氟碳化合物的性质。散粒的含碳物质可以在如此方式和焓条件下被引入热气体，即例如等离子体，使得形成一种活性热混合物，它含有包括所需前体的活性物质，并且最好具有不小于大约为3kwh/kg的比焓。散粒可以引入热气体之前被预加热。散粒含碳物质的送入速率以及其预热的温度可如此被控制，使得提供一种活性热混合物，其中含碳粒子达到大约2000到3000°k之间的温度。散粒的含碳物质可以直接地引入在高温区内的热气体，或者可以引入混合区内，以便和从高温区发出的热气体混合。因而，该方法可以包括下列步骤借助于在基本上不能消耗的电极之间提供电弧来提供一高温区;把含有至少一种氟碳化合物的输入气流引入高温区，从而在所述区内产生含有含氟物质和含碳物质的热的等离子体;把热的等离子体中C∶F的克分子比控制在0.4和2之间的一选取的值;把在一段时间间隔内所述高温区内热的等离子体的比焓控制在大约1kwh/kg和10kwh/kg之间;在混合区内引入散粒的含碳物质，以便和热的等离子体混合，从而形成活性热混合物，其中含碳微粒达到2000K和3000K之间的温度，并且含有包括活性含氟前体和活性含碳前体的活性物质，并且具有不少于大约为3kwh/kg的比焓;以及在冷却区内以一种方式快速冷却含有所述前体的活性热混合物，从而产生含有至少一种氟碳化合物的产品混合物。散粒的含碳物质可以被引入的混合区可以构成高温区的一部分，或者可以直接地邻近高温区。在一实施例中，高温区可以是等离子燃烧品的电弧内或与其直接相邻的区域，混合区可以在燃烧品的出口，处于燃烧尾焰区域。本专利技术的根据在于，象四氟乙烯(C2F4，TFE)，四氟甲烷(CF4)，六氟乙烷(C2F6)和六氟丙烯(C3F6)这些氟碳化合物可以用加热氟碳化合物物质生产，最好在有碳的情况下，以便产生具有受控的C∶F比和大约在1kwh/kg和10kwh/kg之间的比焓的热气体，并且把该活性混合物快速冷却到大约800K以下的温度。对于反应所需的高焓一般可以由例如使用石墨电阻器的阴性加热，使用射频的石墨咸性加热的工艺达到，咸性地或容性地与等离子发生区相连，通过低频交流电产生等离子或通过利用不同电极系统的直流电产生等离子，例如低耗强冷碳电极，或冷却的非碳电极，或强冷的非碳/碳电极。因此，本专利技术的目的是为了形成一高温等离子，它含有活性物质，其中的部分将和碳形成所需的活性前体。在冷却期间或冷却之后有碳存在的前体将产生所需的氟碳产品。此处用来产生高温等离子的输入气体包括氟碳化合物，可以形成下列活性物质，即CF3，CF2，CF，F，C及其离子。把等离子气与碳微粒混合后，可形成下列活性物质，即C(气态)，C(固态)，C+(离子)，C2(气体)，C2F2(气体)，C2F4，C2F6，C3(气体)，CF(气体)，CF+(离子)，CF2(气体)，CF4(气体)，F(气体)，F-(离子)，e(电子)。这些活性物质中，下列是为生产C2F4(THF)所需的前体，即(C2F2，CF2，CF3，CF和F。因而，热气体的焓，热气体中C∶F的比，以及压力可以被控制，从而加强这些活性前体中的活性热混合物中的优势。实验过程中，处理的压力范围从0.01巴到1.0巴，使用CF4作为输入的氟碳化合物，使用直流(DC)等离子装置，不被冷却的碳电极，电流的范围在40和120A/cm2之间。发现在某一温度和压力条件下，当通过电极的电流超过某一值时这种碳电极会升华，例如当电流超过100A/cm2在大气压以及大约4000K的温度时。(这将参考图28进一步说明)。还进一步确定了碳电极发生升华的电流值随压力的减小而减少，在高于80A/cm2的电流和压力大约为0.01-0.1巴的条件下被升华的碳达到一个可测量的量。以及碳的升华温度同样随压力的减少而减少，在压力大约为0.01-0.1巴的条件下升华温度下降到大约3000°K(这将参照图25进一步说明)。确信在前述的实验过程中，使用CF4作为氟碳化合物初始材料并且使用由非冷却碳电极产生的直流等离子体，从电极升华的碳提供了为本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于生产所期望的氟碳化合物的方法，包括的步骤有： 提供一高温区； 将至少一种输入材料送入高温区，由此来产包括含氟类及含碳类的热气体； 以选择的在约０. ４到２间的一个值控制热气体中的Ｃ：Ｆ分子比； 在一定时间间隔中控制热气体的比焓在约１ｋＷｈ／ｋｇ及约１０ｋＷｈ／ｋｇ之间，以形成含有活性种类的活性热气态混合物，活性种类包括活性含氟反应物及活性含碳反应物；且 以一定的冷却率将活性热混合物冷却至一所选择的温度以便产生包括所期望的氟碳化合物的产物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：雅各布斯斯旺普尔，鲁恩罗姆巴德，
申请(专利权)人：南非原子能有限公司，
类型：发明
国别省市：ZA[南非]