JPH07238041A - フルオロカーボンの製造方法および製造装置 - Google Patents

フルオロカーボンの製造方法および製造装置

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JPH07238041A JP6287096A JP28709694A JPH07238041A JP H07238041 A JPH07238041 A JP H07238041A JP 6287096 A JP6287096 A JP 6287096A JP 28709694 A JP28709694 A JP 28709694A JP H07238041 A JPH07238041 A JP H07238041A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 排出廃棄物の生成を最少にするフルオロカー
ボンの製造方法および製造装置の提供 【構成】 高温ゾーンを提供し、高温ゾーンの中に少な
くとも一つの投入材料を供給して含フッ素種と含炭素種
を含む熱気体本体を生じさせ、熱気体本体中のＣ／Ｆモ
ル比を約０．４〜２の間の選択された値に制御し、かつ
熱気体本体の比エンタルピーを、反応性フッ素含有前駆
体および反応性炭素含有前駆体を含む反応種を含有する
反応性熱気体混合物が形成される時間の間、約１ｋＷ時
／ｋｇ〜約１０ｋＷ時／ｋｇに制御し、それから、反応
性熱気体混合物を、望まれるフルオロカーボンを含む最
終生成物を生成するように選択された冷却速度で且つそ
のように選択された冷却温度に冷却することを含む。投
入材料は代表的には一般式ＣｎＦｍ（式中、０＜ｎ≦１
０であり、そしてｎ＞１の場合には、ｍ＝２ｎ、２ｎ＋
２、または２ｎ−２である）のＣ１〜Ｃ１０のペルフッ
素化炭素化合物である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】本発明はフルオロカーボン化合物の製造方
法およびフルオロカーボン化合物の製造装置に関する。
特に、本発明は最少の廃物生成をもって必要なフルオロ
カーボン化合物の連続した選択的製造を行うのに適する
方法および装置に関する。
【０００２】本発明の一態様によれば、必要なフルオロ
カーボン化合物の製造方法が提供され、この方法は次の
工程を含んでいる：高温ゾーンを提供し；高温ゾーンの
中に少なくとも一つの投入材料を供給してそれによって
含フッ素種と含炭素種を含む熱気体本体（ｂｏｄｙ ｏ
ｆ ｈｏｔ ｇａｓ）を生じ；熱気体本体の中のＣ／Ｆ
モル比を約０．４〜２の間の選択値に制御し；熱気体本
体の比エンタルピー（ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｅｎｔｈａｌ
ｐｙ）を、反応性フッ素含有前駆体と反応性炭素含有前
駆体を含む反応種を含有する反応性熱気体混合物（ｒｅ
ａｃｔｉｖｅ ｔｈｅｒｍａｌ ｇａｓｅｏｕｓ ｍｉ
ｘｔｕｒｅ）を形成する時間の間、約１ｋＷ時／ｋｇ〜
約１０ｋＷ時／ｋｇの間に制御し；そして反応性熱気体
混合物を、望まれるフルオロカーボン化合物を含む最終
生成物を生成するように選択された冷却速度で且つその
ように選択された冷却温度に冷却する。
【０００３】熱気体本体の中のＣ／Ｆ比は代表的には、
エネルギーの最適利用をもって前記前駆体の最適の生成
を可能にするように選択される。
【０００４】別に規定されていない限り、本明細書中に
示された比エンタルピーは熱気体混合物に関するもので
あり、そして熱気体混合物１ｋｇ当たりの値を表わして
いる。
【０００５】投入材料は、投入気体流であってよく、か
つ少なくとも一つのフルオロカーボン化合物を含んでい
てもよい。従って、投入材料は、必要なフルオロカーボ
ン最終生成物が製造されるのを可能にするために、熱気
体本体中の必要なＣ／Ｆモル比を与えるように選択され
た一つまたはそれ以上のフルオロカーボン化合物を含ん
でいてもよい。フルオロカーボン化合物は短鎖であって
もよく、代表的には、一般式Ｃｎ Ｆｍ（式中、０＜ｎ
≦１０であり、そしてｍ＝２ｎ、２ｎ＋２、または２ｎ
＝２（ただし、ｎ＞１である）である）のＣ１〜Ｃ１０
ペルフッ素化炭素化合物であり、たとえば、ジフルオロ
エチン（Ｃ２Ｆ２）、テトラフルオロエチレン（Ｃ２Ｆ
４、ＴＦＥ）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）、ヘ
キサフルオロプロペン（Ｃ３Ｆ６）、オクタフルオロプ
ロパン（Ｃ３Ｆ８）、テトラフルオロメタン（Ｃ
Ｆ４）、オクタフルオロブテン（Ｃ４Ｆ８）、またはデ
カフルオロブタン（Ｃ４Ｆ１０）のような気体フルオロ
カーボンである。
【０００６】本発明方法によって製造される所望のフル
オロカーボン化合物は、典型的には、Ｃ１−Ｃ４フルオ
ロカーボン、例えばテトラフルオロエチレン（Ｃ
２Ｈ４、ＴＦＥ）、ヘキサフルオロエタン（Ｃ
２Ｆ６）、ヘキサフルオロプロペン（Ｃ３Ｆ６）、オク
タフルオロプロパン（Ｃ３Ｆ８）、およびテトラフルオ
ロメタン（ＣＦ４、四フッ化炭素）、である。
【０００７】所望のフルオロカーボン最終生成物として
特に述べられたフルオロカーボンのいくつかは、可能な
投入フルオロカーボンと同じ前述の化合物であることが
気づかれるであろう。それ故、本発明は、利用可能であ
るがしかし所望しないフルオロカーボンを、他の所望さ
れるフルオロカーボン化合物に効率よく変換する方法、
およびフルオロカーボン化合物の混合物を、１種または
それ以上の所望のフルオロカーボン化合物に変換する方
法、を提供することをもくろんでいる。
【０００８】本発明の別の態様によれば、本発明の方法
はさらに、制御されたエンタルピー条件下で、熱気体本
体の中に、粒状含炭素物質を導入して、反応性熱気体混
合物の中に、含炭素物質から誘導された反応性前駆体を
形成する工程を含んでいる。投入材料がフルオロカーボ
ン化合物を含有している場合には、反応性前駆使体は従
って、フルオロカーボン化合物から及び粒状含炭素物質
から誘導されてもよい。
【０００９】従って、本方法は 高温ゾーンを提供し；高温ゾーンの中に、少なくとも一
つのフルオロカーボン化合物を含有する投入気体流を導
いて熱気体本体を生じ；制御されたエンタルピー条件下
で、粒状含炭素物質を熱気体本体の中に導入して、約
０．４〜２の間のＣ／Ｆモル比および約１ｋＷ時／ｋｇ
〜約１０ｋＷ時／ｋｇの間の比エンタルピーを有する反
応性熱混合物を生成させ；少なくとも一つの反応性熱気
体混合物を生成させる時間間隔において前記の比エンタ
ルピーを調節し、かつ前記混合物は、フルオロカーボン
化合物と粒状含炭素物質から誘導された望まれる含フッ
素前駆体と含炭素前駆体を含む反応種を含有しており；
そしてこの反応性熱混合物を、少なくとも一つの望まれ
るフルオロカーボン化合物を含有する生成物混合物を生
成する仕方で冷却する；各工程を含んでいてもよい。
【００１０】高温ゾーン中の熱気体本体は、前記投入気
体によるプラズマを発生させることによって、たとえ
ば、少なくとも一対の電極の間の前記高温ゾーンの中に
アークを発生させることによって、提供されてもよい。
本明細書において定義されているような電極は実質的に
非消耗性の電極であってもよい。
【００１１】熱気体本体の中に形成される反応種は、投
入気体流の組成、粒状含炭素物質の特性、およびその他
の因子に依存するであろう。さらに、特定の反応種は粒
状含炭素物質の導入前でさえ熱気体本体の中に形成され
てもよく、そして更に反応種が前記含炭素物質の導入後
に形成されてもよい。これら反応種については後で詳し
く記述する。反応種は、選択された反応温度に急速冷却
する適切な条件下でさらに反応するときに必要なフルオ
ロカーボン生成物（単数または複数）を生じるであろう
ような特定の必要な前駆体を包含する。
【００１２】後で詳しく説明するが、反応種の中に望ま
れる前駆体を含有している反応性熱混合物を冷却する仕
方は最終フルオロカーボン生成物（単数または複数）を
決定する。従って、冷却工程は好ましくは、冷却速度、
冷却される温度の範囲、および冷却される熱混合物が冷
却温度範囲に保たれる時間、のどれもが、最終生成物と
して生成される少なくとも一つの望まれるフルオロカー
ボン化合物の特性を決定するように選択されている。
【００１３】粒状含炭素物質は、望まれる前駆体を含む
反応種を含有し且つ好ましくは約３ｋＷ時／ｋｇ以上の
比エンタルピーを有する反応性熱混合物を形成するよう
な仕方およびそのようなエンタルピー条件下で、熱気体
本体たとえば熱プラズマの中に導入されてもよい。この
粒状含炭素物質は熱気体本体の中に導入される前に予備
加熱されてもよい。粒状含炭素物質の供給速度およびそ
の予備加熱温度は従って、反応性熱混合物の中で含炭素
粒子が約２０００Ｋ〜３０００Ｋの温度に到達するよう
な前記反応性熱混合物を提供するように制御されてもよ
い。
【００１４】粒状の含炭素物質は高温ゾーン中の熱気体
本体の中に直接に導入されてもよいし、または高温ゾー
ンから出る熱気体本体と混合するための混合ゾーンの中
に導入されてもよい。
【００１５】従って、本方法は、実質的に非消耗性の電
極の間のアークを提供することによって、高温ゾーン、
および高温ゾーンの近くに混合ゾーン、を提供し；高温
ゾーンの中に、少なくとも一つのフルオロカーボン化合
物を含有する投入気体流を供給し、そして含フッ素種と
含炭素種を含有する熱プラズマを前記ゾーンの中に発生
させ；熱プラズマ中のＣ／Ｆモル比を約０．４〜２の間
の選択された値に制御し；前記高温ゾーンにおいて熱プ
ラズマの比エンタルピーを約１ｋＷ時／ｋｇ〜約１０ｋ
Ｗ時／ｋｇの間に制御し；粒状含炭素物質を、前記Ｃ／
Ｆ比を維持しながら熱プラズマと混合するための混合ゾ
ーンの中に導入して、反応性熱混合物であって、その中
で含炭素粒子が約２０００Ｋ〜３０００Ｋの温度に到達
する前記反応性熱混合物であって、反応性フッ素含有前
駆体と反応性炭素含有前駆体を含む反応種を含有し、か
つ約３ｋＷ時／ｋｇ以上の比エンタルピーを有する前記
反応性熱混合物を形成し；前記反応性熱混合物を、ある
時間の間、前記条件に維持し；そして前駆体を含有する
反応性熱混合物を、冷却ゾーンの中で、少なくとも一つ
の望まれるフルオロカーボン化合物を含有する生成混合
物を生成する仕方で急速冷却する；各工程を含んでいて
もよい。
【００１６】粒状含炭素物質を導入してもよい混合ゾー
ンは高温ゾーンの一部を形成していてもよいし、または
高温ゾーンに直接隣接していてもよい。好ましい態様に
おいては、高温ゾーンはプラズマバーナーのアークの中
および周辺および近隣にあってもよいし、そして混合ゾ
ーンはバーナーからの出口に、すなわち、バーナーのテ
ールフレーム（ｔａｉｌ ｆｌａｍｅ）の領域中に在っ
てもよい。
【００１７】本発明は、フルオロカーボン物質を好まし
くは炭素の存在下で加熱して制御されたＣ／Ｆ比および
約１ｋＷ時／ｋｇ〜約１０ｋＷ時／ｋｇの間の比エンタ
ルピーを有する熱気体本体を生じ、そしてこの反応混合
物を約８００Ｋ未満の温度に急速に急冷（ｑｕｅｎｃ
ｈ）することによって、テトラフルオロエチレン（Ｃ２
Ｆ４、ＴＦＥ）、テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、ヘ
キサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）およびヘキサフルオロ
プロパン（Ｃ３Ｆ６）のようなフルオロカーボンが製造
できるということに基づいている。この反応に要求され
る高いエンタルピーは一般に、グラファイト抵抗体を使
用しての抵抗加熱、ラジオ周波数を使用してのグラファ
イトの誘導加熱、誘導結合または容量結合されたプラズ
マ発生、低周波交番電流によるプラズマ発生、または様
々な電極システムたとえば低消耗強冷炭素電極や冷却非
炭素電極や強冷非炭素／炭素電極を使用しての直流によ
るプラズマ発生のような方式によって達成されてもよ
い。
【００１８】従って、本発明の目的は、反応種を含有す
る高温プラズマが形成されることであり、その反応種の
中の幾つかが炭素と共に望まれる反応性前駆体を形成
し、その前駆体が炭素の存在下で急冷中および急冷後に
望まれるフルオロカーボン生成物を生成する。
【００１９】高温プラズマがそれによって発生されると
ころの投入気体がフルオロカーボン化合物を含んでいる
場合には、次のような反応種、すなわち、ＣＦ３、ＣＦ
２、ＣＦ、Ｆ、Ｃおよびそれらのイオンが形成されるで
あろう。
【００２０】プラズマガスを炭素粒子と混合すると、次
のような反応種、すなわち、Ｃ（気体）、Ｃ（固体）、
Ｃ＋（イオン）、Ｃ２（気体）、Ｃ２Ｆ２（気体）、Ｃ
２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３（気体）、ＣＦ（気体）、ＣＦ
＋（イオン）、ＣＦ２（気体）、ＣＦ３（気体）、ＣＦ
４（気体）、Ｆ（気体）、Ｆ−（イオン）、ｅ（電子）
が形成されるであろう。これら反応種の中で、Ｃ２Ｆ４
（ＴＦＥ）製造のための望まれる前駆体は次のようなも
の、すなわち、Ｃ２Ｆ２、ＣＦ２、ＣＦ３、ＣＦおよび
Ｆである。従って、熱気体本体のエンタルピー、熱気体
本体の中のＣ／Ｆ比、および広く使用される圧力は、反
応性熱混合物の中でのこれら反応性前駆体の優勢を促進
するように制御されてもよい。
【００２１】実験的手法においては、本プロセスは０．
０１バール〜１．０バールの範囲の圧力で、投入フルオ
ロカーボン化合物としてＣＦ４を使用し、そして非冷却
炭素電極をもつ直流（ＤＣ）プラズマ装置および４０〜
１２０Ａ／ｃｍ２の範囲の電流密度によって、実施され
た。かかる炭素電極は特定の温度および圧力の条件下で
特定レベル以上の電流が電極に流れると、たとえば、大
気圧および約４０００Ｋの温度で１００Ａ／ｃｍ２を越
す電流が電極に流れると、昇華する。（これは例示であ
り、後で図３５を参照して更に説明する）。炭素電極の
昇華が起こる電流レベルは圧力の低下によって低下する
ことが測定された。約８０Ａ／ｃｍ２を越す電流で、そ
して約０．０１〜０．１バールの圧力では、測定可能な
量の炭素が昇華する。また、炭素の昇華温度は同様に、
圧力の低下によって低下する。約０．０１〜０．１バー
ルの圧力では昇華温度は約３０００Ｋに降下する。（こ
れは後で図２７〜３０を参照して更に説明する。）
【００２２】フルオロカーボン出発材料としてＣＦ４を
使用し、そして非冷却炭素電極による直流プラズマ発生
を用いた上記の実験的手法においては、電極からの昇華
炭素はＴＦＥのかなりの収率（約８０％）のために必要
とされるのに十分な炭素を提供し、そうして、炭素電極
を急速に消耗させていると考えられる。従って、かかる
手法は連続操作にすぐに適しないことは明らかである。
【００２３】従って、この実験研究は非冷却炭素電極を
もつプラズマ装置の使用が非実用的であることを示し
た。何故ならば、電極が消耗したので、この製造プロセ
スを、数分より以上の間、走行することが不可能になっ
たからである。
【００２４】出願人は、実質的に非消耗性の電極を使用
するプラズマ装置は本プロセスを実質的により長い時
間、すなわち、数時間まで、走行させるのに成功裏に使
用できることを見出した。出願人によって行われた研究
にかかわる重要な点は、高い操作温度での（たとえば、
約１３００Ｋまでの温度での）フッ素による化学的腐食
に対して優れた抵抗性を示す材料から製造された電極が
必要であること、およびそれと共に、電極を約１３００
Ｋ未満の温度に冷却すること、それも強く冷却するこ
と、たとえば、グラファイトの場合には約８００Ｋ未満
に冷却すること必要であることを実証していることであ
る。
【００２５】非消耗性電極は、実質的な消耗無しで、す
なわち、実質的な劣化および／または浸食を受けない
で、数分より長く且つ数時間まで操作できる電極を意味
する。代表的には、冷却された又は強く冷却された金属
電極たとえば銅または銅合金の電極が使用されてもよ
く、それらは炭素またはグラファイトの挿入体（ｉｎｓ
ｅｒｔ）のような適切な耐熱性材料の挿入体を有してい
てもよい。挿入体は代わりに、ドープされたグラファイ
トまたは高温金属合金たとえばタングステン、トリア化
タングステン、その他のドープされたタングステン合
金、ジルコニウム、ハフニウム、炭化ハフニウム、タン
タル、炭化タンタルまたはその他の適する高温材料であ
ってもよい。電極については後で更に詳しく記述する。
電極はプラズマ発生装置たとえば高圧ＤＣプラズマバー
ナーの一部を形成していてもよい。以下においては、本
発明の方法は高温プラズマを発生させる手段として高圧
ＤＣプラズマバーナーを使用することを引用して記述さ
れている。かかるプラズマバーナーは適宜、１つより多
く、好ましくは３つ用意されてもよく、テールフレーム
の出口部を有するプラズマバーナーが従来の方法におい
て形成され、そして該バーナーは、製造装置の一部を成
す混合チャンバーの中に延びて配列されてもよい。
【００２６】上記の通り、電極は好ましくは非消耗性
の、冷却された金属電極であり、場合によっては、グラ
ファイトのような挿入体を有する。かかる電極が比較的
長寿命であること以外の好ましい理由の一つは、電極の
浸食が全く起こらないか又は極く僅かしか起こらないこ
とであり、その結果、浸食生成物が全く形成されないか
又は極く僅かしか形成されず、そしてバーナー出口部分
の閉塞が回避される。消耗性炭素電極を使用した実験研
究では、炭素が昇華し、そしてバーナーの冷却器出口領
域で昇華炭素の固化が起こることが判明した。固化した
炭素は硬い塊に成り、それはバーナーの出口の閉塞を起
こさせるばかりでなく、反応性混合物の急速冷却を行う
ために設けられた急冷手段の付着物堆積および閉塞を起
こさせる。それについては後で詳述する。かかる炭素析
出および固化は従って、プロセスの連続走行を妨げ、そ
して／または損なうであろう。
【００２７】本発明によって意図された非消耗性電極、
たとえば、グラファイト挿入体を有する冷却された銅ま
たは銅合金の電極を用いると、プロセスを数時間、すな
わち、約８時間を越えて約３日までも、走行することが
できるようになる。本発明のこの特徴は副生物の再循環
を可能にする仕方で、最少の廃棄排出物の形成をもっ
て、本明細書に記載されているようなフルオロカーボン
生成物特にＴＦＥを製造するための実用的な工業的製造
方法を提供する可能性を生じさせる。
【００２８】複数の、たとえば、３個のプラズマバーナ
ーを使用した場合、それらは混合ゾーンの中に延びるよ
うに、たとえば混合チャンバーの形態で、配列されても
よく、そのような仕方では、使用中に、それらプラズマ
バーナーのテールフレームは混合チャンバーの中まで延
びるであろうし、そうなると、延びた高温ゾーンが確立
されるであろうし、その高温ゾーンは高温ゾーンの中の
温度より僅かだけ低い温度をもつ混合ゾーンによって囲
まれている。
【００２９】投入気体流の中のフルオロカーボン化合物
はＣＦ４またはＣ２Ｆ６またはその混合物のような化合
物であってもよいし、またはＦ２気体の希釈混合物から
成っていてもよいし、またはＦ２気体の希釈混合物を含
んでいてもよい。実際には、好ましいエンタルピーのレ
ベルは投入気体の組成に依存して最適な操作および製造
の効率を確保するように調節されなければならないであ
ろう。
【００３０】粒状含炭素物質は細かい粒状形態で、たと
えば、約１０−３ｍｍ〜約０．３ｍｍの粒子サイズを有
して、熱気体本体の中に導入されてもよい。先に示した
ように、供給速度は好ましくは、反応性熱混合物の中の
Ｃ／Ｆモル比が約０．４〜２になるように、且つ熱混合
物中の炭素粒子が約２０００Ｋ〜３０００Ｋの温度に到
達するように、調節される。反応性熱混合物の比エンタ
ルピーは好ましくは、約３ｋＷ時／ｋｇ以上に保たれ
る。反応性熱混合物のエンタルピー（および従って温
度）は、中でも、温度および添加炭素粒子の量に依存す
るであろうことは明らかであろう。
【００３１】粒状含炭素物質はホッパーから混合ゾーン
の中に供給されてもよく、そして混合ゾーンの中に供給
される前にホッパーの中でまたはホッパーと混合ゾーン
の間で予備加熱されてもよい。粒状含炭素物質は小規模
操作のためには０．１ｇ／分のような低い速度で混合ゾ
ーンの中に導入されてもよく、この速度は工業規模の操
作のためには、望まれたＣ／Ｆモル比を維持するために
増大されるであろう。この物質は粒状炭素であってもよ
い。炭素は好ましくは、実質的に純粋であるべきである
が、少量の灰分を含有してもよい。特に、炭素中の水
素、珪素および硫黄の含分は可能な限り低くあるべきで
ある。炭素は好ましくは実質的に水素、珪素および硫黄
を含有すべきでない。
【００３２】混合ゾーンは代表的には、約０．０１〜
１．０バールの圧力であろう。混合ゾーンの中では、反
応性熱混合物はプラズマ中での炭素と反応種との反応の
結果として形成され、前記反応性熱混合物は望まれた反
応性フッ素含有前駆体と反応性炭素含有前駆体を含有す
る。反応性熱混合物が急速に冷却され、たとえば、急冷
され、そして冷却温度で適切な時間の間反応するにまか
せられると、望まれたフルオロカーボン最終生成物が形
成される。冷却速度ばかりでなく、冷却後の温度範囲お
よび冷却温度範囲での反応時間は、後で詳述されるよう
に、形成される最終生成物および収率を決定する。
【００３３】粒状炭素は、代わりに又は加えて、高温ゾ
ーンの中に、たとえば、バーナーの電極間のアーク領域
の中に導入されてもよいが、先に言及した昇華およびそ
の後の固化および付着の問題がうまく解決できることを
条件とする。炭素は好ましくは、混合ゾーンの中に向か
っていてもよいプラズマバーナー（単数または複数）の
テールフレームの中に導入される。プラズマフレームの
最小冷却をもって、混合ゾーンにおける最適なエンタル
ピー条件を確保するために、炭素粒子は上記の通り予備
加熱されてもよい。
【００３４】粒状含炭素物質は代わりに粒状ポリテトラ
フルオロエチレン（ＰＴＦＥ）であってもよいし、また
はそれを含んでいてもよい。従って、本方法は高温ゾー
ンの中に、または混合ゾーンの中に、ポリテトラフルオ
ロエチレン（ＰＴＦＥ）を、またはＰＴＦＥと炭素の混
合物を導入する工程を更に含んでいてもよい。更に炭素
を含有する物質がＰＴＦＥである場合には、それは好ま
しくは混合ゾーンの中に供給される。この手法ではＰＴ
ＦＥの廃棄物供給を利用してもよいことは明らかであ
り、ＰＴＦＥ廃棄物が再使用され、再加工される。
【００３５】本方法はさらに、高温ゾーンまたは混合ゾ
ーンの中にフッ素ガスを導入する工程を含んでいてもよ
い。従って、投入気体流はフッ素ガスを含んでいてもよ
く、そしてフッ素ガスはたとえば、投入気体の約５〜３
０モル％の量で存在してもよい。
【００３６】反応性熱混合物のエンタルピー条件は代表
的には、約１ｋＷ時／ｋｇより高い比エンタルピーに、
好ましくは、約３ｋＷ時／ｋｇ以上に保たれる。先に示
した通り、炭素粒子は高温ゾーンで形成された反応種と
反応し、そこでは、熱が炭素粒子に伝達されて、中で
も、望まれる反応性フッ素含有前駆体および反応性炭素
含有前駆体を反応性熱混合物の中に形成し、たとえば、
ＣＦ２、Ｃ２Ｆ２、ＣＦ３、ＣＦおよびＦを形成し、そ
れらは冷却そして更なる反応によって、ＴＦＥ、Ｃ２Ｆ
６、Ｃ３Ｆ６、Ｃ３Ｆ８およびＣＦ４のようなフルオロ
カーボン化合物を形成する。冷却または急冷の速度、急
冷温度の有効範囲、および反応性混合物が急冷後にその
具体的温度範囲内に滞留する時間を制御することによっ
て、上記生成物の中のどれかの収量を増加させることが
可能である。たとえば、ＴＦＥの最大収量を得るために
は、反応性前駆体を約０．０５秒未満で約８００Ｋ未満
に冷却することが好ましい。また、たとえば、反応性化
合物Ｃ２Ｆ２を単離することは、反応性前駆体を約１０
０Ｋ未満に急速に冷却することによって可能である。
【００３７】一般的に、反応性熱混合物の冷却は、選択
された冷却期間内および冷却温度の選択された範囲に依
存するであろう、そして前記熱混合物は、選択された時
間の間で選択された範囲内に維持され、そしてこれらの
パラメーターの全ては、最終生成物において生成された
所望のフルオロカーボン化合物を定めるように選ばれ
る。
【００３８】Ｃ２Ｆ６の収量を向上させるためには、
０．０５〜３秒のオーダーの、より長い冷却時間を使用
できる。他方、冷却が８００Ｋより高い温度まで、たと
えば、約１０００Ｋ〜約１２００Ｋの温度までである場
合には、Ｃ３Ｆ６の収量を最大にすることができる。反
応性前駆体が急速に冷却されない場合には、生成物は主
にＣＦ４である。製造プロセス中にフッ素が混合ゾーン
の中に供給される場合には、大規模でのＣＦ４製造が達
成できる。
【００３９】冷却工程は通常の技術に従って、たとえ
ば、冷壁熱交換器または単管または多管熱交換器を使用
することによって、または冷流体混合によって、または
それらの組合せによって、またはその他の適切なやり方
で、達成されてもよい。冷却工程に使用される熱交換器
は好ましくは、反応性前駆体を約２５００Ｋから約８０
０Ｋ未満に冷却することを、非常に短い時間で、代表的
には約０．１秒未満で、可能にするタイプであるべきで
ある。冷気体混合によって冷却または急冷が達成される
場合、冷気体はフルオロカーボンガスまたは適切な不活
性ガスであってもよい。
【００４０】従って、本方法は冷却ゾーンの中で反応性
前駆体を、望まれる最終生成物に依存して、約５００〜
１０８Ｋ／Ｓの速度で、約１００Ｋ〜約１２００Ｋの選
択された値に急速に冷却しその選択温度で前駆体が適切
な時間の間反応するにまかせる工程を含んでいてもよ
い。
【００４１】たとえば、本発明は、反応性前駆体を０．
０５秒で約８００Ｋ未満に冷却しそして適切な反応時間
の間、たとえば、約０．０１秒の間反応させることによ
ってＴＦＥを製造する方法を提供する。また、反応性前
駆体を約０．０５〜３秒で約８００Ｋ未満に冷却しそし
て適切な反応時間の間反応させることによってＣ２Ｆ６
を製造する方法；または、反応性前駆体を約０．０５〜
３秒で約８００Ｋ〜約１０００Ｋに冷却しそして適切な
反応時間の間反応させることによってＣ３Ｆ６を製造す
る方法を提供する。さらに、本発明は反応性前駆体を約
１００Ｋ未満に急速に急冷しそして適切な反応時間の間
反応させることによってＣ２Ｆ２を製造する方法；また
は、反応性前駆体を急冷無しで反応させることによって
ＣＦ４を製造する方法を提供する。
【００４２】たとえば、冷壁管状熱交換器を使用した場
合には、最適ＴＦＥ収量は熱交換器のパラメーターたと
えば管の直径および長さ、冷却用流体の温度、プロセス
流の質量流束（ｍａｓｓ ｆｌｕｘ）を正しく選択する
ことによって得られる。一般的に、急冷時間および前述
の冷却された温度は、実施において、熱交換器を通る質
量流束および熱交換器の長さを変えることによって調節
される。好ましくは、固定された壁の熱交換器が使用さ
れる。例えば、冷却用流体および熱混合物を混ぜること
なしに操作され、そして熱伝導分離壁が冷却用流体と熱
混合物との間に提出されている熱交換器である。これ
は、次の大規模の分離手順を避ける利益がある。
【００４３】従って、本方法は生成物混合物から少なく
とも一つの望まれるフルオロカーボン化合物を単離する
工程をさらに含んでいてもよい。生成物混合物中のその
他の成分は分離され、そして再循環されてもよい。
【００４４】本方法は約０．０１〜１．０バールの絶対
圧力で実施されてもよい。
【００４５】先に指摘したように、粒状炭素および／ま
たはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）および含
フッ素化合物をプラズマの中に導入する速度は好ましく
は、プラズマ中でのＣ／Ｆ比を約０．４〜２．０のレベ
ルに、好ましくは約１に、調節するようなものであるべ
きである。炭素と同様に、ＰＴＦＥは約１０−３ｍｍ〜
０．３ｍｍの粒子サイズを有する粉末の形態で導入され
てもよい。好ましくは、この粒子サイズは約１０−３ｍ
ｍである。
【００４６】炭素および／またはＰＴＦＥは重力供給メ
カニズムによって、または気体移送によって、好ましく
は、投入気体流の一部を流れ移送手段として使用するこ
とによって、混合ゾーンの中に導入されてもよい。実際
には、炭素供給ホッパーの中の圧力は選択される最適圧
力より低い値に、言わば、約１０−２バール（絶対圧
力）に下げてもよく、そして、その後で圧力をフルオロ
カーボン気体の導入によって上昇させ最適レベルに設定
してもよい。先に指摘した通り、望まれた比エンタルピ
ーの達成および制御を向上させるために及び最適性能を
確保するために、炭素および／またはＰＴＦＥの粒子の
温度はそれらを混合ゾーンに導入する前に調節されても
よい。
【００４７】フッ素と炭素の間の反応が高発熱性である
ので、混合ゾーンの中へのフッ素の制御された導入によ
って、必要なエネルギー入力を軽減することが可能であ
る。エネルギー入力を最適にするために、その他の方法
を利用してもよい。
【００４８】従って、本方法はフッ素を混合ゾーンの中
に導入する工程を含んでいてもよい。フッ素はフルオロ
カーボン気体との混合物として導入されてもよい。混合
物中のフッ素の量は約５〜３０モル％であってもよい。
【００４９】系の中にフッ素を導入する場合には、導入
されるフッ素と導入される炭素と投入気体との間の比率
を調節して、Ｃ／Ｆ比を約０．４〜２．０に、好ましく
は約１に、かつ混合物の比エンタルピーを約１ｋＷ時／
ｋｇ〜１０ｋＷ時／ｋｇに、好ましくは約３ｋＷ時／ｋ
ｇに、フルオロカーボン供給気体の場合には、保つこと
が重要である。フッ素は、たとえば、プラズマバーナー
（単数または複数）のテールフレームの中に導入されて
もよい。
【００５０】生成物混合物は未反応の含炭素粒子を含ん
でいてもよい。従って、本方法は生成物混合物から固体
粒子を、たとえば、生成物混合物を濾過することによっ
て、除去する分離工程を含んでいてもよい。生成物混合
物は、たとえば、高温フィルター、たとえば、ＰＴＦＥ
フィルター、ＳｉＣフィルターまたは金属フィルターに
通して濾過されてもよい。生来、気体流から固体物質を
除去するのに適した他のあらゆる分離方法、たとえば、
サイクロン分離、を使用してもよい。
【００５１】本方法は分離工程で除去された含炭素粒子
をホッパーに戻して再循環させる工程を含んでいてもよ
い。
【００５２】実際には、本方法は好ましくは、不要およ
び／または不安定な生成物の形成を生じる結果となるＮ
２またはＯ２または水蒸気の進入を最少にするような仕
方で制御される。
【００５３】ＨＦまたはＦ２のような化合物は気体−固
体分離工程の前または後に、好ましくは後に、生成物混
合物から除去されてもよい。従って、本方法は、ＨＦま
たはＦ２のような不純物を除去するために生成物を一つ
またはそれ以上の化学トラップまたは冷トラップに通す
工程をさらに含んでいてもよい。たとえば、生成物はＦ
２を除去するために代表的には７００Ｋの温度で炭素含
有トラップに通されてもよく、そしてＨＦを除去するた
めにＮａＦ含有トラップに通されてもよい。代わりに、
生成物を冷却してＨＦを液化することによってＨＦを除
去してもよい。代わりに、反応性フッ化物を気体生成物
から除去するために希アルカリ溶液、好ましくはＫＯＨ
溶液によってスクラビングすることによってフッ化物不
純物を除去してもよい。
【００５４】本方法はさらに、生成物気体を圧縮する工
程を含んでいてもよい。生成物気体は約２０バール未満
の圧力に圧縮されてもよく、、好ましくは、生成物気体
の成分を安全な条件下で蒸留または膜分離するのに十分
高い圧力である約１０バールに圧縮されてもよい。圧力
は生成物気体の中の不飽和成分の自発重合またはＴＦＥ
から炭素およびＣＦ４への発熱転化を禁止または防止す
るのに十分低く保たれるべきである。本発明は圧縮工程
および分離工程中に、安全な操作を確保するために禁止
剤を添加することも意図している。
【００５５】代わりに又は加えて、その他の精製手法た
とえば遠心分離を使用してもよい。
【００５６】生成物気体は代表的には、適切な禁止剤の
添加をもって、加圧槽中に制限され容積で貯蔵される
か、または更に化学的変換たとえば重合してＰＴＦＥを
製造するための他のプラントに移されてもよい。不要生
成物フルオロカーボン気体は投入気体流の中に再循環さ
れて再使用されてもよい。
【００５７】本発明の別の態様によれば、フルオロカー
ボン化合物の製造装置が提供され、その装置は、熱気体
本体を収容するのに適する高温ゾーン；高温ゾーンの中
に高温を生じさせて、高温ゾーンの中に導入された投入
物質を含フッ素種および含炭素種を含有する前記熱気体
本体に転化させるための、熱発生手段；投入物質が前記
熱気体本体に転化されるように、投入物質を高温ゾーン
に導入するための、投入物質供給手段；調節されたエン
トロピー条件下で、かつ調節されたＣ／Ｆ比で、前記熱
気体全体を、反応性含フッ素前駆体および反応性含炭素
前駆体を包有する反応性種を含有する反応性熱気体混合
物を生成させるのに適した、反応ゾーン；反応性混合物
の比エントロピーおよびＣ／Ｆ比を調節するための、調
節手段；および反応性熱混合物を、少なくとも一つの望
まれたフルオロカーボン化合物を含有する最終生成物を
生成するように制御された仕方で冷却するための、冷却
手段；を含んでいる。
【００５８】この装置は、更に、熱気体全体を粒状物質
と混合して反応性熱混合物を生成させるのに適した混合
ゾーンを含ませることができ、そして混合ゾーンにおい
て、制御されたエントロピー条件下で前記粒状含炭素物
質を熱気体全体に導入して、反応性含フッ素前駆体およ
び反応性含炭素前駆体を包含する反応性種を含有する前
記反応性熱混合物を生成させることができる。
【００５９】熱発生手段は好ましくは、前記投入気体流
によってプラズマを発生することが可能である。熱発生
手段はアークを発生させるために高温ゾーンの中に配置
された少なくとも一対の実質的に非消耗性の電極を含ん
でいてもよい。アークは気体流を加熱して、約１ｋＷ時
／ｋｇ〜約１０ｋＷ時／ｋｇの、好ましくは約３ｋＷ時
／ｋｇ以上の比エンタルピーを有するプラズマを発生さ
せるようなものである。上記の通り、電極は好ましくは
非消耗性の電極である。
【００６０】非消耗性電極は実質的に消耗されないで又
は実質的な劣化および／または浸食無しで数時間にわた
って操作できる上記電極を意味する。
【００６１】それ故、熱発生手段は、銅、ニッケル、お
よび銅／ニッケル合金の電極から成る群から選ばれた実
質的に非消耗性の一対の電極を有する少なくとも１つの
プラズマバーナーを含んでいてもよく、任意的に黒鉛お
よびドープされた黒鉛から成る不活性物を含んでいても
よい。また、熱発生手段において、電極を約１３００Ｋ
の温度に維持するために電極を冷却する冷却手段が提供
される。
【００６２】混合ゾーンは高温ゾーンの一部を形成して
もよいし、または高温ゾーンに直接隣接していてもよ
い。本発明の好ましい態様においては、本装置は、本明
細書で記載されているような実質的に非消耗性の電極を
備えた少なくとも一つのプラズマバーナーを含んでいて
もよい。高温ゾーンはプラズマバーナーの電極間に発生
したアークの中および周辺の、およびアークに直接隣接
した、ゾーンであってもよい。混合ゾーンはバーナーか
らの出口にあってもよい、すなわち、バーナーのテール
フレームの領域にあってもよい。
【００６３】本装置は複数の、好ましくは３つのプラズ
マバーナーを含んでいてもよく、そして混合ゾーンは混
合チャンバーであってもよい。これらバーナーは、使用
中にそれらのテールフレームが混合チャンバーの中に延
びるような仕方で、混合チャンバーの中に延びて配列さ
れており、そうなると、高温ゾーンの中の温度より僅か
だけ低い温度の混合ゾーンで囲まれた、延長された高温
ゾーンが確立される。
【００６４】気体流導入手段はプラズマバーナーの一部
を成す渦発生器であってもよく、そして投入気体流は渦
発生器を経て高温ゾーンの中に導入されてもよい。本装
置はプラズマを回転させるために高温ゾーンのまわりに
磁界を発生させる磁気コイルを含んでいてもよい。
【００６５】粒状含炭素物質を高温ゾーンの中に導入す
るための粒状物質導入手段はホッパーであってもよく、
それは約１０−３ｍｍ〜約０．３ｍｍの粒子サイズを有
する粒状物質を、約０．１ｇ／ｍｍのような低い速度乃
至操作パラメーターによって要求されるような増大した
速度で、そして先に説明したような適切なＣ／Ｆ比を維
持するように、分配するよう設計されていてもよい。ホ
ッパーは粒状物質を混合ゾーンの中に、たとえば、プラ
ズマバーナーのテールフレームの中に、導入するように
配列されていてもよい。代わりに、それは粒状物質をア
ークの中に導入するように配列されていてもよいが、こ
れは、先に言及した付着や閉塞を引き起こす炭素素材の
昇華とその後の固化によって生じる問題の観点では好ま
しくない。
【００６６】本装置はさらに、粒状含炭素物質が混合ゾ
ーンに入る前に粒状含炭素物質を加熱するために、ホッ
パーと混合ゾーンの間に位置する加熱手段を含んでいて
もよい。本装置はまた、装置を約０．０１〜１．０バー
ルの圧力に排気するための真空ホンプを備えていてもよ
い。
【００６７】本装置は熱交換器、たとえば、単管または
多管熱交換器、または冷流体混合システム、または異な
る熱交換システムの組合せを含んでいてもよい。この目
的は一つまたはそれ以上の望まれたフルオロカーボン生
成物を含有する生成物混合物を生成するために、反応性
熱混合物を急速に冷却し且つその冷却温度に生成物混合
物を適切な時間の間維持することである。熱交換器は好
ましくは、反応性熱混合物を非常に短い時間で、代表的
には約０．１秒未満で、約２５００Ｋから約８００Ｋ未
満に冷却し、そしてその冷却温度に生成物混合物を適切
な時間の間維持するタイプのものである。
【００６８】本装置は望むならば、フッ素をプラズマバ
ーナーのテールフレームの中に、または混合ゾーンの中
に導入するためのフッ素導入手段を含んでいてもよい。
フッ素と炭素の間の反応が高度に発熱性であるので、混
合ゾーンにフッ素を制御して導入することによって、こ
のシステムに必要なエネルギー入力を軽減することが可
能である。
【００６９】本装置はさらに、生成物混合物から固体粒
子を除去するための分離手段を含んでいてもよい。たと
えば、分離手段は高温フィルターたとえばＰＴＦＥ、Ｓ
ｉＣまたは金属フィルターであってもよい。それは代わ
りにサイクロン分離器であってもよい。本装置はさら
に、分離工程で除去された炭素をホッパーに戻して再循
環させる手段を含んでいてもよい。本装置はまた、ＨＦ
またはＦ２のような不純物を除去するために一つまたは
それ以上の化学トラップまたは冷トラップを含んでいて
もよい。
【００７０】本装置はさらに、生成物気体を圧縮する圧
縮器、および製造された生成物を貯蔵するための貯蔵槽
を含んでいてもよい。
【００７１】本発明はまた、フルオロカーボン化合物を
製造するための製造プロセスの一部として熱気体本体を
高温プラズマの形態で生じさせるための、本発明による
装置の一部として使用するのに適したプラズマバーナー
にも及び。プラズマはフルオロカーボン化合物を含む投
入気体流から発生されるものであり、そして発生したプ
ラズマは従って、ＣＦ３、ＣＦ２、Ｃ２Ｆ２、ＣＦ、
Ｆ、Ｃおよびそれらの各イオンを含む反応種を含有す
る。
【００７２】これら反応種の幾つかの腐食特性および比
較高い有効な比エンタルピーの観点では、およびプラズ
マ発生における特定の好ましい操作パラメーターを維持
することの重要性の観点では、本明細書中に十分に説明
されているように、本発明はこれら条件下で操作するの
に適するプラズマバーナー（本明細書中ではプラズマト
ーチとも称されている）を提供する。
【００７３】本発明によるプラズマバーナーは、陰極と
陽極である、その各々が操作端を有する、一対の非消耗
性電極（本明細書中に定義されている）を含み；陽極は
抵抗性の金属からなり、そして、操作端から出口端へと
延びる管状操作面を提供する、開放末端をもつ内部の陽
極キャビティを規定している中空構造を有しており；陰
極は抵抗性の金属からなり、そして、その操作端におい
てボタン型操作面を規定しているグラファイト挿入体を
有しており；陽極と陰極はそれらの操作端がそれらの間
の間隙を規定する間隔をもって配列されている端−対−
端の関係で配列され、その間隙は陽極キャビティと一緒
になって、電極間に電位差が印加されたときにアークが
発生するアーク位置を規定しており；電極は冷却用流体
が電極中または電極上を流れるためのフローラインを提
供するように構成されており；電極は、適切な電気絶縁
手段の包含と共に入れ子になる寸法および形状を有し且
つ内部が電極の搭載位置を規定するように構成されてい
る複数の環状ハウジング部品から成るハウジングの中に
搭載されており；少なくとも一つのハウジング部品は冷
却用流体の導入および排出のための流通路を組み入れて
おり；少なくとも一つのハウジング部品はアーク位置内
に渦を発生させるように投入気体流を導入するための流
通路を組み入れており；配列は、使用中に、電極間に電
位差が印加されたときにアーク位置内にアークが発生
し、そしてアーク位置内に位置する高温ゾーンの中で投
入気体によって高温プラズマが発生して、陽極キャビテ
イの出口端で発する反応性熱プラズマを生成するような
ものである。
【００７４】さらに別の特徴によれば、陽極キャビティ
の出口端で発する反応性プラズマの中に、粒状含炭素物
質を、制御されたエンタルピーの条件下で、導入するた
めの、粒状物質導入手段が設けられていてもよい。
【００７５】構成および操作の更に別の特徴は、本明細
書中に含まれている記述、特に図面を引用した記述から
明らかになるであろう。
【００７６】次に、本発明を、添付の線図面を引用しな
がら、具体例によって記述する。全ての図が同一の大き
さで描かれているわけではない。
【００７７】図１に示された引用番号１０は、本発明に
従ってフルオロカーボン化合物を製造する方法に使用す
るのに適するプラズマトーチを包括的に示している。ト
ーチ１０はハウジング内に搭載された銅合金陰極１２と
銅合金陽極１４を含んでいる。ハウジングは、第一、第
二および第四の、伝導性の環状ハウジング部品１８、２
０、２４と、第三の、絶縁性の環状ハウジング部品すな
わち絶縁体２２を含み、これら部品は全て、図１で理解
できるように、もたせかける配列で固定されている。陰
極１２と陽極１４はハウジング内に同軸に搭載されてい
る。詳細には後述するが、陰極１２は、陽極１４に隣接
する内部操作端１２．１および反対側の外端１２．２を
有している。やはり詳細には後述するが、陽極１４は中
空であり、そして陰極に隣接した内端部分１４．１、反
対側の外端１４．２、および管状操作面を提供するキャ
ビティ１４．３を有している。陰極１２の操作端１２．
１は図１で理解できるように陽極１３の端部１４．１に
受け入れられる。
【００７８】図１、７〜１１を参照して説明するが、ハ
ウジング部品１８および２０は各各、両端で開口してお
り且つそれぞれに通路３１、３３を規定している中空の
円筒状本体３０、３２からなる。各部品１８、２０は、
その一端に位置する、半径方向の外側に突き出した円盤
状フランジ４０、４２を有している。部品１８、２０は
ステンレス鋼から製造されている。本体３２は、本体３
０より小さい直径を有しており、そして図１で理解でき
るように間隙５０をもって本体３０の内側に受け入れら
れる。
【００７９】特に図７および８を参照して説明するが、
第一のハウジング部品１８の本体３０は図７で理解でき
るように内側が階段になった断面形状をもつ内面３０．
１を有する。本体３０の、フランジ４０から遠い方の端
における環状リム３０．２は内側に突き出しており、そ
してシール３０．６を受ける環状溝３０．３が付与され
る。プラズマトーチ１０の中では、シール３０．３は、
図１で理解できるように、陽極１４の端部１４．２の僅
かに凹んだ部分に接触する（更に詳しくは後述する）。
磁界を発生させるためのコイル３７は本体３０を取り巻
いている（図１）。コイルは０．０１〜０．３０テスラ
の磁場を発生する。
【００８０】水流出導管３０．４は通路３１からフラン
ジ４０を半径方向に外側へ貫通して延びている。本体３
０はさらに、フランジ４０の隣に外方向の螺旋ねじ部分
３０．５を、後で詳述するように搭載用フランジを受け
るために有している。
【００８１】特に図１および９〜１１を参照して説明す
るが、第二のハウジング部品２０の本体３２は内側表面
３２．１３および外側表面３２．１を有し、この外側表
面は、プラズマトーチ１０の中では、本体３０の内側表
面３０．１と共に、本体３２のまわりの環状キャビティ
５０を規定する（図１）。本体３２は先端３２．２と；
先端３２．２から遠い方に、プラズマトーチ１０の中で
は陽極１４に寄り掛かる（図１）内肩３２．３を有して
いる。水流入導管３２．２はフランジ４２を半径方向に
内側へ貫通して通路３３まで延びており、そして水流入
導管３２．１４の隣の気体流入導管３２．６も半径方向
に内側へ通路３３まで延びている。フランジ４２はさら
に、後方向の外方の環状稜線３２．７（すなわち、本体
３２から遠い）と；Ｏリングを受けるためにフランジ４
２の両側に本体３２に隣接して２つの環状溝３２．８を
有している。通路３３の後方部分は、Ｏリングを受ける
ための環状溝３２．５とその隣の環状の気体導管溝３
２．９をもつフランジ４２によって規定されるされた内
側表面３２．４を有する。
【００８２】電気ケーブル（図示されていない）を取り
つけるために開口３２．１１をもった銅コネクター３
２．１０が、フランジ４２にケーブルを接続するため
に、フランジ４２から突き出している。
【００８３】図１および５および６を参照して説明する
が、陽極１４は、上記の通り、外端部分１４．２と、円
筒状開口１４．４を規定しているカップ形状の内端部分
１４．１とを有している。部分１４．１は、気体流入導
管３２．６および気体導管溝３２．９を経た気体を導入
するための４つの気体開口１４．１３を、開口１４．４
の隣に設けられている。開口１４．４は肩１４．１０に
よって、陽極キャビティを構成し開口１４．４を外端部
分１４．２の中の開口１４．６につなぐ狭い軸方向通路
１４．５からは分離される。カップ形状部分１４．１の
部分１４．６は凹んでおり、そして、切り欠き肩１４．
８を有している。陽極１４の凹んだ部分１４．６と第二
ハウジング部品２０の内側表面３２．４の部分は共に、
プラズマトーチ１０の中の環状キャビティ５５を規定す
る（図１）。上記の陽極１４の外端部分１４．２は凹ん
でいるので、中央部分１４．３は僅かに***した外観を
持つ。ハウジング部品２０の先端３２．２と肩３２．３
との間の内側表面３２．１３は、プラズマトーチ１０の
中では、陽極１４の***部分１４．３に寄り掛かる（図
１）。陽極は約６７ｍｍの長さであり、そしてその最大
幅のところでは約３２ｍｍの直径を有する。
【００８４】特に図５および６を説明すると、陽極１４
のライヅト部分（ｒａｉｓｅｄ ｐｏｒｔｉｏｎ）１
４．２および切り欠き肩１４．８は、長さ方向の溝（ｌ
ｏｎｇｉ ｔｕｄｉｎａｌ ｇｒｏｏｖｅ）１４．２に
限定されている長さ方向のリッジ（ｌｏｎｇｉ ｔｕｄ
ｉｎａｌ ｒｉｄｇｅｓ）１４．１１を備えている。キ
ャビティ５０、５５、流入および流出用導管３２．２、
３０．４、および溝１４．１２は、図１で理解できるよ
うに、陽極を冷却する冷却水が流れる流路を構成してい
る。陽極は銅合金からなり、そして任意的には、軸方向
通路１４．５の長さ方向に延びている通路１４．５のな
かの中空の円筒状炭素の挿入体を付与されていてもよ
い。
【００８５】図１２および１３を参照して説明すると、
絶縁体２２は、その中心位置に貫通して延びる通路２
２．２を有するポリテトラフルオロエチレンの円盤形状
の本体２３からなる。本体２３は部品２０のフランジ４
２に寄り掛かる。フランジ４２の外方の環状稜線３２．
７は本体２３の片側の外縁の相補性凹部２２．３の中に
受け入れられる。相補性凹部２２．４は本体２３の反対
側に位置している。
【００８６】図１２および１３を説明すると、絶縁体２
２は、中心に位置している通路２２．２を有し、かつそ
れを通して延びているポリテトラフルオロエチレンのデ
ィスク形体から成っている。このディスク形体２３は、
成分２０のフランジ４２に対して隣接している。フラン
ジ４２の外部環状の***部３２．７は、ディスク形体２
３の１つの側上の外側の端上の補足的な凹部２２．３に
受けられている。相応する凹部２２．４は、ディスク形
体２３の反対側に位置している。
【００８７】図１および１４および１５を参照して説明
すると、第三のハウジング部品２４もまた、通路３５を
規定している中空本体２４．１と、この本体２４．１の
一方の端における外方向フランジ４４を含んでいる。フ
ランジ部材２４はステンレス鋼からなる。フランジ４４
の外縁は本体２４．１に向かって突き出た環状稜線２
４．２を有しており、そしてプラズマトーチ１０の中で
は、絶縁体２２の相補性凹部２２．４を受け入れる（図
１および１２）。環状溝２４．３はＯリングを受けるた
めの、フランジ４４の中に備えられている。通路３５の
内側輪郭は階段になっており、そして狭い部分２４．４
と、Ｏリングを受ける環状溝２４．６を有する広い部分
２４．５と、螺旋ねじ山２４．１１を有する更に広い部
分２４．７とを有している。プラズマトーチ１０の中で
は、陰極１２の後端部分１２．２は２つの通路部分２
４．５、２４．７を受け入れ、そして狭い部分２４．４
と広い部分２４．５とを分離する肩２４．８に寄り掛か
る（図１および１４）。螺旋ねじ山２４．１１は、後で
説明するように陰極の相補性螺旋ねじ部分１２．９（図
３）と勘合する。水流出導管２４．９は通路３５からフ
ランジ４４を半径方向に貫通して外側へ延びている。ス
エージロック（Ｓｗａｇｅｌｏｋ）（商標）２４．１０
は、本体２４．１から遠い、円筒状通路３５への開口の
上に溶接されている。後で詳述するように、ステンレス
鋼の管（図示されていない）がスエージロック２４．１
０を貫通して陰極１２の中空の内部へと延びている。
【００８８】電気ケーブル（図示されていない）に取り
つけるための開口２４．１５を有する銅コネクター２
４．１４が、ケーブルをフランジ部材２４に接続するた
めに、フランジ４４から突き出ている。
【００８９】図３を参照して説明すると、陰極１２は一
般に円筒形状であり、上記の通り、閉じた内側のまたは
操作する端部分１２．１、後方開口１２．８をもつ開い
た外端部分１２．２、および中空内部１２．３を有して
いる。閉端部分１２．１は環状の肩１２．４を有する。
陰極１２は銅合金からなる。グラファイト挿入体（図示
されていない）を螺旋ねじで受けるような螺旋ねじ切り
した円筒開口１２．５が、閉端部分１２．１の中に延び
ている。本発明の様々な態様において、挿入体はドープ
されたグラファイトまたは、タングステン、トリア化タ
ングステン、その他のドープされたタングステン合金、
ジルコニウム、ハフニウム、炭化ハフニウム、タンタ
ル、炭化タンタルまたはその他の適する高温材料からな
る高温金属合金である。かかる陰極は一般に、ボタン型
陰極と称されている。中央に位置する外側の螺旋ねじ部
分１２．９は上記の通りハウジング部品２４の螺旋ねじ
部分２４．１１と勘合する。中空内部１２．３の、後方
開口１２．８から遠い方の端壁は湾曲した輪郭１２．７
を有する。図１を参照して説明すると、プラズマトーチ
１０の中では、第四のハウジング部品２４の中の導管２
４．９は、陰極１２の後方開口１２．８に隣接した部品
２４の通路３５の中に開いている。使用中に、冷却水は
スエージロック２４．１０を貫いて端壁１２．７へ通る
ステンレス鋼管を通って陰極１２の中空内部１２．３の
中に汲み上げられ、そして部品２４の中の水流出導管２
４．９から出る。端壁の湾曲輪郭１２．７は水流の流れ
分布を改良する。陰極１２は約４０ｍｍの長さであり、
そしてその最大幅のところでは約２０ｍｍの直径を有す
る。
【００９０】図２、８、１０、１１、１３および１５を
説明すると、フランジ４０は、６箇の螺旋ねじ穴を備え
ており、そしてフランジ４２、４４および絶縁体２２
は、それぞれ、図１に表わされたバーナー１０の組み立
てられた状態で固定された補足的な螺旋ねじのない穴８
０を備えている。絶縁体２２の穴８０（図１３）および
フランジ４４（図１５）の穴は、フランジ４０、４２の
直径より大きな直径を有し（図８および１０）、その結
果肩８４は、フランジ４２が絶縁体２２に対して隣接す
る。
【００９１】図１、２２および２３を説明すると、タフ
ノル〔Ｔｕｆｎｏｌ（商標）の絶縁性のウォッシャー６
０は、それぞれ、フランジ４４の後部面に対して隣接し
ているフランジのヘッドを有するフランジメンバー２
４、２２の穴８０の中に内部へ向って、すなわち、絶縁
体２２から離れた面で、中空の端が開口している円筒状
体６０．１および外側方向に指向された環状ヘッド６
０．２プロジェクターを有しているこの絶縁性ウオッシ
ャーは、絶３７ｍｍの長さである。
【００９２】図１８および１９を説明すると、マウント
用フランジ１００（図１に示されていない）は、中心に
螺旋ねじ穴１００．２を有するステンレス鋼製ディスク
１００．１から成っている。トーチ１０の組み立てられ
た状態にある穴１００．２の螺旋ねじは、成分１８のね
じ３０．５にかみあっている。ディスク１００．１は、
反応チェンバー（示されていない）上のトーチ１０をマ
ウントするためのその外部端にシンメトリー隣接してス
ペースされた６個の穴を備えている。
【００９３】図２０および２１を参照して説明すると、
前側１１０．２と後側１１０．３を有する炭素供給フラ
ンジ１１０（図１には図示されていない）は、後側１１
０．３に広い方の開口１１０．５を、そして前側１１
０．２には内に向かってテーパーの付いた狭い方の開口
１１０．６を有する、中空の円筒状本体１１０．４から
なる。広い方の開口１１０．５はＯリングを受けるため
の溝１１０．８が設けられており、そして集成トーチ１
０の中ではハウジング部品１８の端部の上に嵌まるよう
な寸法を有している。炭素供給導管１１０．１０は本体
１１０．４を通って、テーパーの付いた開口１１０．６
へと延びており、そして拡張供給管１１０．１２が設け
られている。前側１１０．２はその円周のまわりに環状
肩１１０．１３が設けられている。この肩はＯリングを
受けるための環状溝１１０．１５を有しており、そして
本体１１０．４はさらに、拡張管１１０．１２と肩１１
０．１３の間には、炭素供給フランジ１１０を冷却する
冷却水の通路用に水流入導管１１０．７と水流出導管１
１０．１８を付与された円周路１１０．１６を有する。
【００９４】ハウジング部品１８、２０、２２、２４を
合体して固定するには、ボルト８１を作用させる。
【００９５】プラズマトーチ１０の中では、陽極１４と
陰極１２は小さな間隙９７によって相互に隔てられてい
る（図１）。
【００９６】図１、１６および１７を参照して説明する
と、渦発生器９０は陽極１４のカップ形状部分１４．１
と、陰極１２の閉端１２．１とを隔てている（図１）。
渦発生器９０は、特に図１６で理解できるように、陰極
１２の閉端１２．１の輪郭と相補性である階段状の断面
の内側輪郭を有する。
【００９７】渦発生器９０は中空で開いた端を有する一
般に円筒状の本体９０．１５を有し、そしてそれを貫い
て延びる円筒状通路をもって後方開口９０．６と前方開
口９０．４を有する。それは約２０ｍｍの長さであり、
そして約２６ｍｍの直径を有する。中心に位置する開口
９０．１６を持つ環状パイロフィライト挿入体９０．８
が開口９０．４の中に配置され、そして円筒状本体９
０．１５から僅かに突き出しているので、開口９０．４
の周囲のまわりに肩９０．１が規定される。挿入体９
０．８と円筒状本体９０．１５は一緒になって、陰極１
２の内端部分１２．１の輪郭に相補性である内側輪郭を
有する（図１）。パイロフィライト挿入体は内側の凹ん
だ面９０．１７を有する。
【００９８】本体９０．１５はポリテトラフルオロエチ
レンからなる。プラズマトーチ１０の中では、渦発生器
９０は肩９０．１が陽極１４の肩１４．１０に接触する
ように陽極１４の円筒状開口１４．４の中に突き出る。
渦発生器９０は後方フランジ部分９０．３と；陽極１４
の開口１４．４の内側にもたれさせる（図１）一般に円
筒状の外面９０．４とを有している。フランジ９０．３
は絶縁体として作用し、そして陽極の内端部分１４．１
とフランジ４２と絶縁体２２との間に規定されている環
状空間５９の中に嵌まり込む（図１）。Ｏリングを受け
る環状溝９０．５が円筒状通路の内側表面上に設けられ
ており、そして環状溝９０．７がペースペックスリング
９０．３の隣の外面９０．４の上に設けられている。外
面９０．４における切り欠き部の形態の４つの接線方向
の溝９０．９（図１７）が、環状溝９０．７から肩９
０．１へ延びている。接線方向の気体の流れを生じさせ
るために、パイロフィライト挿入体の突出部分は、溝９
０．９から内方向に挿入体９０．８の凹んだ内面９０．
１７の上の４つの接線方向の溝９０．１０へと延びそし
て挿入体９０．８の中の開口９０．１６に至る４つの接
線方向の通路９０．１２を設けられている（図１７）。
【００９９】プラズマトーチ１０の中では、ハウジング
部品２０の気体導管溝３２．９は陽極１４の中の孔１
４．３および渦発生器９０の溝９０．７と整合してお
り、そして気体を、導管３２．６、溝３２．９、孔１
４．３、溝９０．７、９０．９通路９０．１２および溝
９０．１０を経て、陽極１４と陰極１２の間の間隙９７
の中へと汲み上げることを可能にし、そこでは、接線方
向の気体の流れが間隙９７の中に渦を起こさせる。
【０１００】陽極１４の内径と長さはアークの安定化お
よびプラズマトーチ１０の電圧特性に臨界的な働きをす
る。本発明の様々な態様においては、トーチ内の圧力が
調節できるように異なる出口の直径が使用される。使用
中、陽極１４および特にその他のシーリング領域の冷却
は臨界的に重要であり、そして陽極１４および陰極１２
を冷却するのに、４バールより高い圧力および１００リ
ットル／時を越す流量の水が使用される。
【０１０１】使用中、アークはプラズマトーチ１０の中
で陽極１４と陰極１２の間に発生され、そしてフルオロ
カーボン化合物を含有する投入気体流は部材４２の気体
流入導管３２．６および渦発生器９８を経てアークの中
に供給され、アーク中で、フルオロカーボン化合物から
生成される反応性種を含有するプラズマが形成される。
プラズマは陽極１４の中の通路１４．５（図５参照）を
通ってプラズマトーチ１０に達する。プラズマの中でお
よびプラズマが冷却された後に行われる反応は図２６〜
図３５を参照して以下に記述される。
【０１０２】図２６を参照して説明すると、引用数字１
５０はフルオロカーボン化合物を製造するための本発明
の装置の概略フロー図である。装置１５０は上記のプラ
ズマトーチ１０を一対含んでおり、それらは電気コネク
ター１５５によって電源１５４に接続されている。フロ
ーライン１５８は２つのフルオロカーボン化合物の貯蔵
容器１６６からプラズマトーチ１０へと延びる。プラズ
マトーチの陽極１４および陰極１２を冷却する水は供給
槽１６２からフローライン１６６を経て供給される。各
ライン１６６はトーチ１０へ、そしてトーチ１０から流
れる二重のラインである。
【０１０３】プラズマトーチ１０は反応性熱プラズマを
混合チャンバー１７０の中へ供給するように搭載されて
いる。供給フローライン１７６、１７８はそれぞれ、粒
状炭素およびフッ素を混合チャンバー１７０の中に供給
するように配列されている。供給ライン１７６は炭素ホ
ッパー１８０から延びている。供給ライン１７７はホッ
パー１８０の中に至る。フローライン１８２は混合チャ
ンバー１７０を急冷チャンバー１８６を介して製造反応
器１８７に結ぶ。供給ライン１９０、１９２、１９３は
冷却水を水槽１６２から急冷チャンバー１８６、製造反
応器１８７および混合チャンバー１７０に供給する。ラ
イン１９０、１９２、１９３は上記の通り二重のライン
である。フローライン１９６は製造反応器１８７から相
分離器２００へと延び、そこからフローライン２０４
は、相分離器２００で分離された炭素を混合チャンバー
１７０に戻すために炭素ホッパー１８０に戻る。相分離
器２００から、フローライン２０６はトラップ２０８、
真空ポンプ２１０および圧縮器２１２を経て、相分離・
精製装置２１８に至る。
【０１０４】装置２１８からのフローライン２２０、２
２４、２２６はそれぞれ、フルオロカーボン貯蔵容器１
６０、フルオロカーボン貯蔵容器２３０およびテトラフ
ルオロエチレン貯蔵容器２３２に至る。
【０１０５】分析装置２４０は、ライン２３４によっ
て、気体分離・精製装置２１８からの流出フローライン
２２０、２２４、２２６に；ライン２３６によって、供
給フローライン１７４、１７７、１７８、１５８に；ラ
イン２３８によって、相分離器２００とトラップ２０８
の間のライン２０６に；そしてライン２３９によって、
トラップ２０８と真空ポンプ２１０の間のライン２０６
に、接続されて概略的に示されている。分析装置はガス
クロマトグラフィー、赤外分析および紫外分析のための
分析装置をもって提供される。
【０１０６】使用中、各電源１５４は１００Ｖを越す電
圧で５０Ａを越す直流電流を提供する。小規模（＜１０
０ｋＷ）では１０％のような大きい振動も順応できる
が、もっと大きい規模では、発生されることがあり流入
供給ラインに返送される調波は好ましくは除去される。
出力は電流を調節することによって調整され、そして使
用電圧は気体のタイプ、圧力およびアークを通る気体の
流れによって決まる。約５０ｋＷの出力では、電圧は約
５０〜３００Ｖである。各電源１５４は短絡しないよう
防護されている。
【０１０７】ＣＦ４のような気体フルオロカーボンは貯
蔵槽１６０の一つからライン１５８を経てプラズマバー
ナー１０のアークの中に導入される。アークおよび添加
速度は、プラズマ中で約１〜１０ｋＷ時／ｋｇの比エン
タルピーを維持するように調整される。気体は上記のよ
うに渦発生器９０によって接線方向に導入され、渦発生
器の幾何学的構造は気体を電極間で高速で回転させる。
アルゴンのような開始気体は必要ないが、フルオロカー
ボンと一緒に又はそれより前に導入されてもよい。任意
的には磁気コイル３７が、渦の回転方向にアークを回転
させる磁界を発生させるために使用されてもよい。
【０１０８】アークの中に発生したプラズマは、Ｃ
Ｆ２、Ｃ２Ｆ２、ＣＦ３およびＦのような反応性前駆体
（先に言及した）を含む反応種の混合物を含有してお
り、それから混合チャンバー１７０の中に通る。混合チ
ャンバー１７０の中に突き出た、プラズマトーチ１１０
のテールフレームの中に、粒状炭素がホッパー１８０か
らの供給ライン１７６によって導入される。プラズマの
温度は、炭素および混合チャンバーの壁に熱が伝達され
ることによって低下する。望まれるフルオロカーボン生
成物を製造するための前駆体ＣＦ２およびＣ２Ｆ２の最
適収量は、２３００〜２７００Ｋの温度で、そして０．
１〜１バールの圧力範囲で、好ましくは、図３９および
３４で理解できるように約０．１バールで、得られる。
動力学、熱伝達特性、およびプラズマと炭素粒子の反応
時間は前駆体濃度に影響する。図３１および３２で理解
できるようにＣ／Ｆ比を０．４〜２．０に維持すること
によって、および系のエンタルピーを約１〜１０ｋＷ時
／ｋｇに維持することによって、前駆体濃度が最適化で
きる。
【０１０９】前駆体は、前駆体が急冷チャンバー１８６
の中および製造反応器１８７の中の両方で反応している
間および反応した後に急冷チャンバー１８６の中で冷却
されて、Ｃ２Ｆ４（ＴＦＥ）、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、Ｃ
３Ｆ６、およびＣＦ４を含む生成物混合物を形成する。
上記の通り、本プロセスのこの工程を制御することによ
って、選択化合物の収率を最適化できる。特に、前駆体
を０．０５秒未満で３００Ｋ未満に冷却すると、ＴＦＥ
の最適化された収率がもたらされる。
【０１１０】生成物混合物を相分離器２００の中でセラ
ミックフィルターに通すことによって、生成物混合物か
ら炭素粒子が除去され、そして除去された炭素はライン
２０４によってホッパー１８０に再循環される。ホッパ
ー１８０は炭素を０．１ｇ／分乃至必要ならばそれ以上
の流量の間で変動する流量で混合チャンバー１７０の中
に供給するように設計されている。
【０１１１】濾過された生成物混合物はそれから、７０
０Ｋで炭素を含有する化学トラップ２０８を通過してＦ
２を除去され、それから真空ポンプ２１０および圧縮器
２１２を通る。真空ポンプは系全体を０．０１バール未
満に排気するように、かつ大容量（１リットル／分より
大きい）の気体を汲み上げるように、設計されている。
ポンプ２１０および圧縮器２１２は両方とも、ＨＦやＦ
２のような不純物に耐えるように設計されている。
【０１１２】圧縮器２１２での圧縮の後に、この圧縮さ
れた生成物混合物を、相分離および精製の装置２１８で
蒸留によって分離し、そして貯蔵容器２３０、２３２の
中に貯蔵する。不要のフルオロカーボンは貯蔵容器１６
０の中に再循環される。
【０１１３】生成物気体を連続ベースで分析する。全生
成物気体を赤外セルに通し、そして具体的生成物のＩＲ
バンドの強度を監視する。試料を、ポラパック（Ｐｏｒ
ａｐａｋ）Ｑ充填ステンレス鋼カラムを使用するガスク
ロマトグラフィー分析用にも取り出す。紫外〜可視分光
分析を使用して未反応フッ素を検出する。同様の方法を
使用して最終生成物を分析する。
【０１１４】本発明の別の態様においては、粒状廃物Ｐ
ＴＦＥがホッパー１８０から混合チャンバー１７０の中
に供給される。
【０１１５】図２４および２５を説明すると、２つの別
の電極形態が図式に示されている。第２４で示された形
態３００は、陰極３１２および陽極３１４を有し、それ
らの両方は、銅または銅合金であってよい。陰極は、黒
鉛またはドープされた黒鉛の挿入物３１６を有してい
る。陽極３１４は、直径ｄ１および長さｌ１を有する狭
い部分３１８．１および直径ｄ２および長さｌ２を有す
る広い部分３１８．２を有する段階状の形態の内部通路
３１８を有している。部分３１８．１、３１８．２は、
段階状の肩３１８．３によって分離されている。うず巻
状発生器またはスピンナ（ｓｐｉｎｎｅｒ）は、３２０
として図式に示されている。
【０１１６】図２５の形態４００は、図２４の陰極およ
び陽極と同じ銅または銅合金の陰極４１２および陽極４
１４を有しており、陰極４１２は、黒鉛または任意的に
ドープされた黒鉛を有している。再び、陽極４１４は、
直径ｄ１およびｌ１を有する狭い部分４１８．１および
直径ｄ２および長さｌ２を有する広い部分４１８．２を
分離する段階状の肩４１８．３を有する段階状態の内部
通路４１８を有している。
【０１１７】次に、実施例によって、本発明および実際
にそれを実施する仕方を更に説明する。
【０１１８】実施例１〜６一般的手順 実施例１〜６では、次の一般的手順に従った。水冷式管
状銅合金陽極と水冷式ボタン型銅合金陰極をグラファイ
ト挿入体をもって用いた（一般的には図２４および２５
に示されているようなタイプ）の単一のプラズマトーチ
ユニットを使用した。陰極に隣接した領域での陽極の内
径は４ｍｍであるが、陽極の残りの部分はの直径は８ｍ
ｍであった。
【０１１９】このプラズマユニットは、３×１ｍｍの等
間隔の３１ｍｍ２の入口を持ちその入口を通して炭素を
ホッパーから供給するための炭素供給器に接続された。
陽極のすぐ下のプラズマフレームの中に垂直に炭素を供
給するためのキャリヤガスとして四フッ化炭素（Ｃ
Ｆ４）を使用した。炭素供給器のすぐ下の反応器チャン
バーは水冷され、そしてグラファイト内張りおよび５０
ｍｍの内径を有していた。
【０１２０】水冷熱交換器（急冷プローブ）は陽極の６
０ｍｍ下方の反応器チャンバー内に設けられた。この熱
交換器は前駆体混合物を、約２ｋＷ時／ｋｇより高いエ
ンタルピーから０．００１ｋＷ時／ｋｇに近いエンタル
ピーまで急冷した。この例示的手順の間に熱交換器を通
る質量流束（ｍａｓｓ ｆｌｕｘ）は約０．４ｇ／秒・
ｃｍ２であった。
【０１２１】後で、気体生成物を別の熱交換器に通し
た。過剰の炭素粒子をポリテトラフルオロエチレンまた
はステンレス鋼の多孔性フィルターによって除去した。
この清澄な気体を、１３３０ｃｍ−１での赤外分光分析
によってテトラフルオロエチレンの存在について連続的
に監視した。この操作中、試料のガスクロマトグラフィ
ー分析を行った。
【０１２２】２．３５ｋｇ／時の四フッ化炭素プラズマ
気体流速を使用した。プラズマに入力された電力は１３
ｋＷ（１００Ａ、１３０Ｖ）〜２５ｋＷ（２４９Ａ、１
０６Ｖ）の範囲であった。従って、プラズマのエタルピ
ーは３．０２ｋＷ時／ｋｇ〜６．７ｋＷ時／ｋｇの範囲
であった。プラズマトーチの効率は５０〜７５％の間を
変動したが、系全体の効率は３９％〜６２％の間を変動
した。
【０１２３】実施例１ 四フッ化炭素（ＣＦ４）からテトラフルオロエチレン
（ＴＦＥ）の製造 プラズマ気体としてＣＦ４を使用して一般的手順に従っ
た。プラズマトーチの中へのＣＦ４の供給速度は２．３
６ｋｇ／時を使用した。プラズマ気体は陰極の真下の４
つの１．５７ｍｍ２の入口を通して回転させられた。３
つの１ｍｍ２間隙から、空気で、１８μｍの粒子サイズ
の炭素をプラズマのテールフレームの中に噴射した。Ｃ
Ｆ４キャリヤガスが０．７２ｋｇ／時の供給速度で使用
された。炭素の供給速度は４ｇ／分を維持した。プラズ
マ源に供給された電力は２１．７ｋＷであった。結果は
第１表に示されている。
【表１】
【０１２４】プラズマ反応器内の圧力は０．１バール
（ｂａｒ）（絶対）に保った。Ｃ／Ｆ比は０．４に保っ
た。ＣＦ４プラズマフレームのエンタルピーは６ｋＷ時
／ｋｇと算出された。プラズマ混合物は４．２ｋＷ時／
ｋｇのエンタルピーから急冷された。急冷プローブを通
る質量流束は０．４６ｇ／（秒・ｃｍ２）と算出され
た。Ｃ２Ｆ４の２６．５モル％収率は、比エンタルピー
２５ｋＷ時／ｋｇＴＦＥ、およびＴＦＥ製造速度Ｃ２Ｆ
４０．８９ｋｇ／時に対応している。この手順は自由意
思で２１分後に停止された。
【０１２５】実施例２ 四フッ化炭素（ＣＦ４）からテトラフルオロエチレン
（ＴＦＥ）の製造 次の事項を除いて実施例１を繰り返した：０．６４ｋｇ
／時〜０．６８ｋｇ／時の間を変動するＣＦ４キャリヤ
ガス流速を使用し；３μｍの粒子サイズの炭素を、２５
ｇ／分の供給速度で、プラズマのテールフレームの中に
供給し；そしてプラズマ源に供給された電力が１９ｋＷ
〜２１ｋＷの範囲であった。結果は第２Ａ表および第２
Ｂ表に示されている。
【表２】
【表３】
【０１２６】反応は０．１バール（絶対）で実施した。
Ｃ／Ｆ比は１．２に保った。操作は自由意思で、１５分
後に停止した。
【０１２７】実施例３〜５ ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）からテトラフルオロ
エチレン（ＴＦＥ）の製造 トーチの中に２．３ｋｇ／時で供給されるＣ２Ｆ６プラ
ズマガスを使用して一般的手順に従った。Ｃ２Ｆ６は陰
極の真下の４つの１．７７ｍｍ２の入口を通してトーチ
の中へと回転させられた。この実験は１３ｋＷ〜２３ｋ
Ｗのエネルギー入力で実施された。結果は第３表に示さ
れている。より詳細な情報は第４表および第５表に示さ
れている。
【表４】
【表５】
【表６】
【０１２８】プラズマ反応器内の圧力は０．１バール
（絶対）に保った。Ｃ／Ｆ比は０．３であった。６．４
１ｋＷ時／ｋｇのフレームエンタルピーにおいて、４０
００Ｋの気体混合物温度が達成され、そしてグラファイ
ト内張りが蒸発を始めた。急冷プローブを通る質量流束
は０．４６ｇ／（秒・ｃｍ２）であった。これら実験は
自由意思で、６分後に停止した。
【０１２９】実施例６ ヘキサフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）からテトラフルオロ
エチレン（ＴＦＥ）の製造 次の事項を除いて実施例３〜５を繰り返した：プラズマ
のテールフレームの中に供給する炭素を変更した。４２
μｍの平均粒子サイズの炭素（３６〜５３μｍ）を、４
６．９ｇ／分の供給速度で、３つの１ｍｍ２間隙を通し
て、Ｃ２Ｆ６プラズマのテールフレームの中に、噴射し
た；Ｃ２Ｆ６も、キャリヤガスとして１．８ｋｇ／時の
供給速度で使用した；この実験はプラズマ源に１９ｋＷ
（１６１Ａ、１１９Ｖ）の電力を供給して行った。結果
は第６表に示されている。
【表７】
【０１３０】Ｃ２Ｆ６プラズマフレームにおけるエンタ
ルピーは５．６１ｋＷ時／ｋｇと算出された。プラズマ
ガス混合物は２．５２ｋＷ時／ｋｇのエンタルピーで急
冷された。急冷プローブを通る質量流束は０．６ｇ／
（秒・ｃｍ２）であった。１．６のＣ／Ｆ比が供給され
た。２７．９モル％のＴＦＥ収率は１６ｋＷ時／ｋｇＴ
ＦＥの比エンタルピーおよびＴＦＥ１．２ｋｇ／時の製
造速度と対応する。０．１バール（絶対）の反応器圧力
が保たれた。この実験は自由意思で４．５分後に停止さ
れた。
【０１３１】本発明の開発において、本出願人は、フッ
素やフルオロカーボンのような腐食作用のあるプラズマ
ガスを、行われる多様な反応のために及び商業上許容で
きる操作時間すなわち少なくとも数時間の連続操作のた
めに要求される高温（すなわち、高エンタルピー条件）
で、操作することが可能であるプラズマトーチの設計お
よび開発に特別の注意を払った。
【０１３２】ＣＦ４のような気体を使用する含フッ素プ
ラズマによる実験研究においては及び強く水冷されない
グラファイト電極が使用される場合には、電流密度が５
０Ａ／ｃｍ２より高くなると陽極が蒸発し始めることが
判明した。
【０１３３】さらに、大抵のプラズマプロセスにおいて
は、操作コストを最小にするためにプラズマガスの量を
最小にすることが望ましい。１種類だけのプラズマガス
を使用することは容易なプラズマ操作およびコスト軽減
に寄与する。特に、フッ化物と炭素からのＴＦＥの製造
においては、ＡｒやＨｅのような付加的なプラズマガス
の使用は分離の規模を増大させるであろう。通常のプラ
ズマトーチの設計をもって、含フッ素ガスだけを使用し
てのプラズマの生成は、一般に成功しない。何故なら
ば、これらガスは高温で分解して非常に反応性かつ腐食
性のＦ種を生成するからである。これら種は大抵の高温
金属たとえばタングステン、ハフニウムおよびタンタル
と反応してＷＦ６、ＨｆＦＸおよびＴａＦ６のような気
体を生成し、これは非常に高い電極浸食速度を起こさせ
る。本出願人は、グラファイトは強く冷却され８００Ｋ
未満の温度に保たれる場合にはＦ種に対して化学的に抵
抗性を示すことを解明した。
【０１３４】本出願人による解明によれば、グラファイ
トは陽極として使用された場合にはより大きい浸食速度
を示す。その理由は、アークスポットはＣ陽イオンの形
成を生じる非常に高い温度に炭素を加熱することがある
からである。
【０１３５】銅、ニッケル、および銅／ニッケル合金も
また、１３００Ｋ未満の温度では化学的Ｆ腐食に対して
良好な抵抗性を示すことが判明した。
【０１３６】本発明は、プラズマガスとして含フッ素ガ
スだけを使用し、そして高い電圧、供給可能な電極、低
い電極浸食速度、多様な圧力下での安定な操作、高いエ
ンタルピーおよび比較的低い気体流量を呈するプラズマ
トーチの提供を意図している。
【０１３７】次の実施例８〜１１は、プラズマトーチが
フルオロカーボンのプラズマガスをもって使用される様
々な操作条件における、様々な電極の構成および材料の
性能を例証する。それら実施例は本出願人によって行わ
れた実験研究に基づいている。
【０１３８】実施例８ この実験には、一般的には図２４に示されているよう
な、強く水冷されたグラファイト挿入体をもつボタン型
陰極と、水冷されたステップ型銅陽極とからなるプラズ
マトーチ（一般的には、図２４に示されているようなも
の）を使用した。
【０１３９】（ａ）陰極： 水冷されたボタ
ン型グラファイト （ｂ）陽極： 水冷されたステップ型銅 ｄ１／ｄ２＝４／８ｍｍおよびｌ１／ｌ２＝３３／１５
ｍｍ （ｃ）プラズマガス： ＣＦ４ （ｄ）気体流速： ２．３６ｋｇ／時 （ｅ）電圧： １２７Ｖ （ｆ）電流： １６０Ａ （ｇ）電力： ２０．３ｋＷ （ｈ）浸食速度 陰極： ０．０７μｇ／Ｃ 陽極： ０．６μｇ／Ｃ （ｉ）試験時間： １時間 （ｊ）エンタルピー： ５．５４ｋＷ時／ｋｇ ＣＦ
４ （ｋ）効率： ６４％ （ｌ）入口回転速度： ２６ｍ／秒 （ｍ）圧力： ０．１バール（絶対）
【０１４０】このプラズマトーチは、ＣＦ４を用いて、
１００〜２５０Ａの電流で１００〜１５０Ｖの範囲の電
圧、および３〜８ｋＷ時／ｋｇのエンタルピーをもっ
て、広範囲にわたる条件で、そして１．５μｇ／Ｃ未満
の浸食速度および６０〜７０％の効率で、試験された。
入口回転速度は１０〜８０ｍ／秒の間を変動させた。
【０１４１】実施例９ この実験には、図２４に一般的に示されたデザインを用
いたプラズマトーチを使用した。
【０１４２】（ａ）陰極： 水冷されたボタ
ン型グラファイト （ｂ）陽極： 水冷されたステップ型銅 ｄ１／ｄ２＝４／８ｍｍおよびｌ１／ｌ２＝３３／１５
ｍｍ （ｃ）プラズマガス： Ｃ２Ｆ６ （ｄ）気体流速： ２．３０ｋｇ／時 （ｅ）電圧： １２４Ｖ （ｆ）電流： １６０Ａ （ｇ）電力： １９．８ｋＷ （ｈ）浸食速度 陰極： −０．１８μｇ／Ｃ 陽極： ０．７μｇ／Ｃ （ｉ）試験時間： ４５分 （ｊ）エンタルピー： ５．２ｋＷ時／ｋｇ Ｃ２Ｆ
６ （ｋ）効率： ６０％ （ｌ）入口回転速度： １６ｍ／秒 （ｍ）圧力： ０．１バール（絶対）
【０１４３】このプラズマトーチは、１００〜２００Ａ
の電流で１１７〜１３３Ｖの範囲の電圧、および３〜
６．５ｋＷ時／ｋｇのエンタルピーをもって、広範囲に
わたる条件で、そして１．５μｇ／Ｃ未満の浸食速度お
よび５５〜７０％の効率で、試験された。
【０１４４】実施例１０ 陽極と陰極の間に挿入体をもつ、一般的には図２５に示
されるようなデザインの、プラズマトーチを使用した。
２つの気体流速、すなわち、一つは陰極と挿入体の間の
流速Ｇ１および一つは挿入体と陽極の間の流速Ｇ２を使
用した。
【０１４５】（ａ）陰極： 水冷されたボタ
ン型グラファイト （ｂ）挿入体材料； 水冷された銅、厚さ１０ｍ
ｍ、内径５ｍｍ （ｃ）陽極： 水冷されたテプップ型銅 ｄ１／ｄ２＝８／１６ｍｍおよびｌ１／ｌ２＝６０／５
５ｍｍ （ｄ）プラズマガス： ＣＦ４ （ｅ）気体流速： Ｇ１： ５．４ｋｇ／時 Ｇ２： ９．０ｋｇ／時 （ｆ）電圧： ２３０Ｖ （ｇ）電流： ３００Ａ （ｈ）電力： ６９ｋＷ （ｉ）浸食速度 陰極： ０．０５μｇ／Ｃ 陽極： １μｇ／Ｃ （ｊ）試験時間： ２０分 （ｋ）エンタルピー： ２．９ｋＷ時／ｋｇ （ｌ）効率： ６０％ （ｍ）入口回転速度１： １６ｍ／秒 （ｎ）入口回転速度２： １００ｍ／秒 （ｏ）圧力： ０．１バール（絶対）
【０１４６】このプラズマトーチは、１５０〜４００Ａ
の電流で１８０〜２８０Ｖの範囲の電圧、および１．５
〜４ｋＷ時／ｋｇのエンタルピーをもって、広範囲にわ
たる条件で、そして１．５μｇ／Ｃ未満の浸食速度およ
び５０〜８０％の効率で、試験された。
【０１４７】実施例１１ 一般的に図２５に示されるようなデザインのプラズマト
ーチを使用して、ＣＦ４を用いて０．１バール（絶対）
で、この実験を行った。
【０１４８】（ａ）陰極： 水冷されたボタ
ン型グラファイト （ｂ）挿入体材料； 水冷された銅、厚さ１０ｍ
ｍ、内径５ｍｍ （ｃ）陽極： 水冷されたステップ型銅 ｄ１／ｄ２＝８／１６ｍｍおよびｌ１／ｌ２＝６０／５
５ｍｍ （ｄ）プラズマガス： ＣＦ４ （ｅ）気体流速： Ｇ１： ２．７ｋｇ／時 Ｇ２： ７．４ｋｇ／時 （ｆ）電圧： １９０Ｖ （ｇ）電流： ３００Ａ （ｈ）電力： ５７ｋＷ （ｉ）浸食速度 陰極： ０．１μｇ／Ｃ 陽極： １μｇ／Ｃ （ｊ）試験時間： ２０分 （ｋ）エンタルピー： ３．２ｋＷ時／ｋｇ （ｌ）効率： ５０％ （ｍ）入口回転速度Ｇ１： ３０ｍ／秒 （ｎ）流入回転速度Ｇ２： ８０ｍ／秒 （ｏ）圧力： ０．１バール（絶対）
【０１４９】このプラズマトーチは、１５０〜４００Ａ
の電流で１８０〜２８０Ｖの範囲の電圧、および１．５
〜４ｋＷ時／ｋｇのエンタルピーをもって、広範囲にわ
たる条件で、そして１．５μｇ／Ｃ未満の浸食速度およ
び５０〜８０％の効率で、試験された。
【０１５０】本出願人は、本発明の方法および装置は投
入流の中にＣＦ４を使用して３日までの時間で連続基調
で走行することができることを見出した。本出願人はま
た、本発明のプロセスは１ｋｇの生成ＴＦＥ当たり２０
ｋＷ時より小さいエネルギー入力速度で、１００ｇ／時
より大きい製造速度でＴＦＥを製造できることを見出し
た。
【０１５１】本発明の利点は、この方法および装置が投
入供給材料として廃物ＰＴＦＥを他のフルオロカーボン
化合物と一緒に利用できることである。このことは、転
じて、本発明の装置が排出廃棄物を殆ど又は全く生じる
ことなく操業することを可能にする。
【０１５２】本出願人は、本発明の方法および装置は制
御された炭素添加によって正確なパラメーターの範囲内
で制御できることを見出した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って反応性熱混合物を提供するのに
使用するのに適するプラズマトーチの側断面図である。
【図２】図１における矢印Ａの方向から見た図１のプラ
ズマトーチの端面図である。
【図３】図１のプラズマトーチの中の陰極の側断面図で
ある。
【図４】図３における矢印Ｂの方向から見た図３の陰極
の端面図である。
【図５】図１のプラズマトーチの中の陽極の側断面図で
ある。
【図６】図５における矢印Ｃの方向から見た図５の陽極
の端面図である。
【図７】図１のプラズマトーチの中の第一のハウジング
部品の側断面図である。
【図８】図７における矢印Ｄの方向から見た図７のハウ
ジング部品の端面図である。
【図９】図１のプラズマトーチの中の第二のハウジング
部品の側断面図である。
【図１０】図９における矢印Ｅの方向から見た図９のハ
ウジング部品の端面図である。
【図１１】図９のハウジング部品の、反対側から見た端
面図である。
【図１２】図１のプラズマトーチの中の第三のハウジン
グ部品の側断面図であり、この部品は絶縁体を構成する
ための絶縁材料からなるものである。
【図１３】図１２における矢印Ｆの方向から見た図１２
のハウジング部品の端面図である。
【図１４】図１のプラズマトーチの中の第四のハウジン
グ部品の側断面図である。
【図１５】図１４における矢印Ｇの方向から見た図１４
のハウジング部品の端面図である。
【図１６】図１のプラズマトーチの中の渦発生器の側断
面図であり、図１７における線ＸＶＩ−ＸＶＩに沿って
切断した図である。
【図１７】図１６における矢印Ｈの方向から見た図１６
の渦発生器の端面図である。
【図１８】図１のプラズマトーチのための搭載用フラン
ジの側断面図である。
【図１９】図１８のフランジの端面図である。
【図２０】図１のプラズマトーチのための炭素供給用部
品の側断面図である。
【図２１】図２０における矢印Ｉの方向から見た図２０
の供給用フランジの端面図である。
【図２２】絶縁ワッシャーの側断面図である。
【図２３】図２２における矢印Ｊの方向から見た図２２
の絶縁ワッシャーの端面図である。
【図２４】本発明の方法の実施においてプラズマトーチ
の中に使用される陽極と陰極の構造の側断面図である。
【図２５】本発明の方法の実施においてプラズマトーチ
の中に使用される更に別の、陽極と陰極の構造の側断面
図である。
【図２６】望まれるフルオロカーボン化合物を製造する
本発明の方法を実施するための装置を示す概略フロー図
である。
【図２７】１バールの圧力における炭素に関する熱力学
平衡データを示すグラフである。
【図２８】０．５バールの圧力における炭素に関する熱
力学平衡データを示すグラフである。
【図２９】０．１バールの圧力における炭素に関する熱
力学平衡データを示すグラフである。
【図３０】０．０１バールの圧力における炭素に関する
熱力学平衡データを示すグラフである。
【図３１】０．１気圧の圧力における前駆体ＣＦ２の収
量に対するＣ／Ｆ比および温度の影響を示す三次元グラ
フである。
【図３２】０．１気圧の圧力における前駆体Ｃ２Ｆ２の
収量に対するＣ／Ｆ比および温度の影響を示す三次元グ
ラフである。
【図３３】１．０のＣ／Ｆ比における前駆体ＣＦ２の収
量に対する圧力および温度の影響を示す三次元グラフで
ある。
【図３４】１．０のＣ／Ｆ比における前駆体Ｃ２Ｆ２の
収量に対する圧力および温度の影響を示す三次元グラフ
である。
【図３５】１５ｍｍのグラフアァト棒からの炭素消耗
（ｇ／分）を、電流（アンペア）の関数として示すグラ
フである。
【符号の説明】
１０ プラズマトーチ １２ 陰極 １４ 陽極 １８ 第一のハウジング部品 ２０ 第二のハウジング部品 ２２ 第三のハウジング部品（絶縁体） ２４ 第二のハウジング部品 ３０．４ 水流出導管 ３２．１４ 水流入導管 ３２．６ 気体流入導管 ２４．９ 水流出導管 ３７ 磁界生成用コイル ５０、５５ 冷却水流路用キャビティ ８１ 固定用ボルト ９０ 渦発生器 ９７ 間隙 １５０ 概略フロー図 １５４ 電源 １６０ フルオロカーボン化合物貯蔵容器 １６２ 水供給槽 １７０ 混合チャンバー １８０ 炭素ホッパー １８６ 急冷チャンバー １８７ 製造反応器 ２００ 相分離器 ２０８ トラップ ２１０ 真空ポンプ ２１２ 圧縮器 ２１８ 相分離・精製装置 ２３０ フルオロカーボン貯蔵容器 ２３２ テトラフルオロエチレン貯蔵容器 ２４０ 分析装置

Claims (41)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 高温ゾーンを提供し；高温ゾーンの中に
    少なくとも一つの投入材料を供給してそれによって含フ
    ッ素種と含炭素種を含む熱気体本体を生じさせ：熱気体
    本体中のＣ／Ｆモル比を約０．４〜２の間の選択された
    値に制御し；熱気体本体の比エンタルピーを、反応性フ
    ッ素含有前駆体と反応性炭素含有前駆体を含む反応種を
    含有する反応性熱気体混合物を形成する時間の間、約１
    ｋＷ時／ｋｇ〜約１０ｋＷ時／ｋｇの間に制御し；そし
    て反応性熱気体混合物を、望まれるフルオロカーボン化
    合物を含む最終生成物を生成するように選択された冷却
    速度で且つそのように選択された冷却温度に冷却する工
    程を含む、望まれるフルオロカーボンを製造する方法。
  2. 【請求項２】 投入材料が少なくとも一つのフルオロカ
    ーボン化合物を、一般式ＣｎＦｍ（式中、０＜ｎ≦１０
    であり、そしてｎ＞１の場合には、ｍ＝２ｎ、２ｎ＋
    ２、および２ｎ−２からなる群から選択される）の短鎖
    ペルフッ素化炭素化合物の形態で含む、請求項１の方
    法。
  3. 【請求項３】 投入材料が、ジフルオロエチン（Ｃ２Ｆ
    ２）、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ペン
    （Ｃ３Ｆ６）、オクタフルオロプロパン（Ｃ３Ｆ８）、
    テトラフルオロメタン（ＣＦ４）、オクタフルオロブテ
    ン（Ｃ４Ｆ８）およびデカフルオロブタン（Ｃ
    ４Ｆ１０）からなる群から選択された少なくとも一つの
    気体のフルオロカーボン化合物を含む、請求項２の方
    法。
  4. 【請求項４】 制御されたエンタルピー条件下で、熱気
    体本体の中に、粒状含炭素物質を導入して、反応性熱気
    体混合物の中に、粒状含炭素物質から誘導された反応性
    炭素含有前駆体を生成する工程をさらに含んでいる、請
    求項１〜３のいずれか一項の方法。
  5. 【請求項５】 粒状含炭素物質が、熱気体本体の中に導
    入される前に予備加熱され、そして含炭素物質の供給速
    度および温度は含炭素粒子が反応性熱混合物の中で約２
    ０００Ｋ〜３０００Ｋの温度に達するような前記反応性
    混合物を提供するように制御される、請求項４の方法。
  6. 【請求項６】 粒状含炭素物質が、約１０−３ｍｍ〜約
    ０．３ｍｍの粒子サイズをもつ粒状炭素であり、そして
    炭素が、水素、珪素および硫黄を実質的に含有しない、
    請求項４または５の方法。
  7. 【請求項７】 粒状含炭素物質が粒状ポリテトラフルオ
    ロエチレンを含む、請求項４〜６のいずれか一項の方
    法。
  8. 【請求項８】 混合ゾーンが高温ゾーンの近傍に提供さ
    れ、かつ粒状含炭素物質が混合ゾーンの中に導入され、
    かつ混合ゾーン中の圧力が約０．０１〜０．１バールに
    維持される、請求項４〜７のいずれか一項の方法。
  9. 【請求項９】 さらに、 残留する固体の含炭素粒子を最終生成物から分離し；そ
    して分離された含炭素粒子を熱気体本体の中に再び導入
    するように再循環させる工程を含む、請求項４〜８のい
    ずれか一項の方法。
  10. 【請求項１０】 反応性熱混合物の中の反応種が、Ｃ
    （気体）、Ｃ（固体）、Ｃ＋（イオン）、Ｃ２（気
    体）、Ｃ２Ｆ２（気体）、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ
    ３（気体）、ＣＦ（気体）、ＣＦ＋（イオン）、ＣＦ２
    （気体）、ＣＦ３（気体）、ＣＦ４（気体）、Ｆ（気
    体）、Ｆ−（イオン）およびｅ（電子）からなる群の種
    を含み、そしてエンタルピー、Ｃ／Ｆモル比、圧力およ
    び時間は、反応性熱混合物中でのＣ２Ｆ２、ＣＦ２、Ｃ
    Ｆ３、ＣＦおよびＦからなる群の反応性前駆体の優勢を
    促進するように、制御される、請求項１〜９のいずれか
    一項の方法。
  11. 【請求項１１】 投入材料が投入気体流であり、そして
    熱気体本体は、高温ゾーンの中で前記投入気体によって
    プラズマを発生させることによって提供される、請求項
    １〜１０のいずれか一項の方法。
  12. 【請求項１２】 プラズマは、少なくとも一対の実質的
    に非消耗性の電極間の高温ゾーンの中にアークを維持す
    ることによって発生される、請求項１１の方法。
  13. 【請求項１３】 投入材料がフッ素ガスを含み、そして
    フッ素ガスが投入材料の約５〜３０モル％の量で存在す
    る、請求項１〜１２のいずれか一項の方法。
  14. 【請求項１４】 実質的に非消耗性の電極間にアークを
    付与することによる高温ゾーンを提供し、そして高温ゾ
    ーンの近傍の混合ゾーンを提供し；少なくとも一つのフ
    ルオロカーボン化合物を含有する投入気体流を、高温ゾ
    ーンの中に供給し、そして前記ゾーン中に、含フッ素種
    および含炭素種を含有する熱プラズマを発生させ；熱プ
    ラズマ中のＣ／Ｆモル比を約０．４〜２の間の選択され
    た値に制御し；前記高温ゾーンの中で熱プラズマの比エ
    ンタルピーを約１ｋＷ時／ｋｇ〜約１０ｋＷ時／ｋｇに
    制御し；混合ゾーンの中に粒状含炭素物質を導入して前
    記Ｃ／Ｆ比を維持しながら熱プラズマと混合して、反応
    性熱混合物であって、その中で含炭素粒子が約２０００
    Ｋ〜３０００Ｋの温度に達する前記反応性熱混合物であ
    って、反応性フッ素含有前駆使体と反応性炭素含有前駆
    体を含み、かつ約３ｋＷ時／ｋｇ以上の比エンタルピー
    を有する前記反応性熱混合物を形成し；反応性熱混合物
    を前記条件に或る時間の間維持し；そして前駆体を含有
    する反応性熱混合物を、冷却ゾーンの中で、少なくとも
    一つの望まれるフルオロカーボン化合物を含有する生成
    物混合物を生成する仕方で、急速に冷却する工程を含
    む、望まれるフルオロカーボンを製造する方法。
  15. 【請求項１５】 反応性熱混合物の冷却は選択されたパ
    ラメーター内で行われ、選択された冷却時間内でかつ選
    択された範囲の冷却温度に冷却され、そして冷却された
    熱混合物は選択された範囲の冷却温度内に、選択された
    時間の間維持され、各パラメーターは最終生成物中に生
    成される望まれるフルオロカーボン化合物を決定するよ
    うに選択される、請求項１〜１４のいずれか一項の方
    法。
  16. 【請求項１６】 反応性熱混合物は約５００〜１０８Ｋ
    ／秒の冷却速度で約１００Ｋ〜約１２００Ｋの選択され
    た冷却温度範囲に急速に冷却され、そして冷却熱混合物
    中の前駆体は選択された冷却温度範囲で、最終生成物中
    にテトラフルオロエチレン（Ｃ２Ｆ２、ＴＨＥ）、ヘキ
    サフルオロエタン（Ｃ２Ｆ６）、ヘキサフルオロプロパ
    ン（Ｃ３Ｆ６）、オクタフルオロプロパン（Ｃ
    ３Ｆ８）、およびテトラフルオロメタン（ＣＦ４、四フ
    ッ化炭素）からなる群の望まれるフルオロカーボン化合
    物の少なくとも一つを生成するのに適する時間の間、反
    応させられる、請求項１５の方法。
  17. 【請求項１７】 反応性熱混合物が約２ｋＷ時／ｋｇ〜
    ３ｋＷ時／ｋｇの比エンタルピー条件から約０．０５秒
    未満で約８００Ｋ未満の冷却温度範囲に冷却され、そし
    て冷却熱混合物が冷却温度範囲内に少なくとも０．０１
    秒の時間の間維持されて、望まれるフルオロカーボン化
    合物としてテトラフルオロエチレンを生成する、請求項
    １５または１６の方法。
  18. 【請求項１８】 反応性熱混合物が約２ｋＷ時／ｋｇ〜
    ３ｋＷ時／ｋｇの比エンタルピー条件から約０．５〜３
    秒未満で約８００Ｋ〜１１００Ｋの冷却温度範囲に冷却
    され、そして冷却熱混合物が冷却温度範囲内に少なくと
    も約０．０１秒の時間の間維持されて、望まれるフルオ
    ロカーボン化合物としてヘキサフルオロプロペンを生成
    する、請求項１５〜１７のいずれか一項の方法。
  19. 【請求項１９】 高温ゾーンにおける高温が、少なくと
    も一つのプラズマバーナーによって提供され、各プラズ
    マバーナーは、銅、ニッケル、および銅／ニッケル合金
    の電極からなる群から選択された陽極および陰極を含
    み、任意的には、グラファイトおよびドープされたグラ
    ファイトからなる群から選択された挿入体を有していて
    もよい、一対の実質的に非消耗性の電極を有し、そし
    て、本方法は、 電極間にアークを維持することにより各プラズマバーナ
    ー中に投入気体によるプラズマを発生させることによっ
    て熱気体本体を提供し；そして電極を約１３００Ｋ未満
    の温度に冷却しかつ維持する工程を含む、請求項１〜１
    ８のいずれか一項の方法。
  20. 【請求項２０】 陽極が銅または銅合金からなり、そし
    て約１３００Ｋ未満の温度に維持され、そして陰極がグ
    ラファイトまたはドープされたグラファイトからなる群
    から選択された挿入体を有する銅または銅合金からな
    り、そして約８００Ｋ未満の温度に強く冷却され維持さ
    れる、請求項２１の方法。
  21. 【請求項２１】 熱気体本体の中に渦が発生される、請
    求項１９または２０の方法。
  22. 【請求項２２】 高温ゾーンにおける高温は少なくとも
    一つのプラズマバーナーによって提供され、各プラズマ
    バーナーは、銅、ニッケル、および銅／ニッケル合金の
    電極からなる群から選択された陽極および陰極を含み、
    任意的には、グラファイトおよびドープされたグラファ
    イトからなる群から選択された挿入体を有していてもよ
    い、一対の実質的に非消耗性の電極を有し、そして本方
    法は、 電極間にアークを維持することにより各プラズマバーナ
    ー中に投入気体によるプラズマを発生させ且つバーナー
    からの出口にテールフレームを生成することによって、
    熱気体本体を提供し；そして電極を約１２００Ｋ未満の
    温度に冷却しかつ維持する工程を含み、かつ、高温ゾー
    ンは各プラズマバーナーのアークの中およびまわりに位
    置し、そして混合ゾーンはバーナーのテールフレームの
    領域に位置する、請求項１４の方法。
  23. 【請求項２３】 熱気体本体を収容するのに適する高温
    ゾーン；高温ゾーンの中に高温を生じさせて、このゾー
    ンの中に供給された投入材料を、含フッ素種および含炭
    素種を含む前記熱気体本体に転化させるための、熱発生
    手段；高温ゾーンの中に投入材料を、投入材料が前記熱
    気体本体に転化されるように、導入するための投入材料
    供給手段；熱気体本体をして、制御されたエンタルピー
    条件下で、かつ制御されたＣ／Ｆ比で、反応性フッ素含
    有前駆体および反応性炭素含有前駆体を含む反応種を含
    有する反応性熱気体混合物を形成するのを可能にするの
    に適する反応ゾーン；反応性熱混合物中の比エンタルピ
    ーおよびＣ／Ｆ比を制御するための制御手段；および反
    応性熱混合物を、少なくとも一つの望まれるフルオロカ
    ーボン化合物を含有する最終生成物を生成するための制
    御された仕方で、冷却するための冷却手段を含む、フル
    オロカーボン化合物を製造するための装置。
  24. 【請求項２４】 さらに、 熱気体本体を粒状物質と混合して反応性熱混合物を形成
    するのを可能にするのに適する混合ゾーン；および制御
    されたエンタルピー条件下で、反応性フッ素含有前駆体
    および反応性炭素含有前駆体を含む反応種を含有する前
    記反応性熱混合物を形成するために、混合ゾーンの中の
    熱気体本体の中に前記粒状含炭素物質を導入するため
    の、粒状物質導入手段を含む、請求項２３の装置。
  25. 【請求項２５】 熱発生手段が、銅、ニッケル、および
    銅／ニッケル合金の電極からなる群から選択され、任意
    的には、グラファイトおよびドープされたグラファイト
    からなる群の挿入体を有していてもよい、一対の実質的
    に非消耗性の電極を有する少なくとも一つのプラズマバ
    ーナーを含み；そして電極を、約１３００Ｋ未満の温度
    に冷却し、かつその温度に維持するための、冷却手段が
    設けられている、請求項２３または２４の装置。
  26. 【請求項２６】 陽極が銅または銅合金からなり、そし
    て約１３００Ｋ未満の温度に冷却され且つ維持され、そ
    して陰極がグラファイト挿入体を有して銅または銅合金
    からなり、そして約８００Ｋ未満の温度に強く冷却され
    且つ維持される、請求項２５の装置。
  27. 【請求項２７】 高温ゾーンの中の熱気体本体の中に渦
    を発生させるために、少なくとも一つのプラズマバーナ
    ーの一部として、渦発生器が設けられている、請求項２
    ５または２６の装置。
  28. 【請求項２８】 使用中にテールフレームが形成される
    ところの出口をもつ３つのプラズマバーナーを含み、そ
    してプラズマバーナーは、使用中にそれらのテールフレ
    ームが混合チャンバーの中へと延びて混合チャンバーの
    中に混合ゾーンを形成するように、それらの出口を混合
    チャンバーの中に向けて、配列されている、請求項２５
    〜２７のいずれか一項の装置。
  29. 【請求項２９】 粒状材料導入手段は、約１０−３ｍｍ
    〜約０．３ｍｍの粒子サイズを有する粒状材料を混合ゾ
    ーンに分配することができるホッパーを含み；そして、
    ホッパーと混合ゾーンの間には、粒状含炭素物質が混合
    ゾーンに入る前に粒状含炭素物質を加熱するための加熱
    手段が設けられている、請求項２４の装置。
  30. 【請求項３０】 銅、ニッケル、および銅／ニッケル合
    金の電極からなる群から選択された陽極と陰極を含み、
    任意的には、グラファイトおよびドープされたグラファ
    イトからなる群から選択された挿入体を有していてもよ
    い、一対の実質的に非消耗性の電極；および使用中に電
    極を約１３００Ｋ未満の温度に冷却し且つその温度に維
    持することができる冷却手段を含む、フルオロカーボン
    化合物の製造方法に使用するためのプラズマバーナー。
  31. 【請求項３１】 陽極は銅または銅合金からなり、そし
    て使用中に約１３００Ｋ未満の温度に冷却され且つその
    温度に維持され、そして陰極はグラファイトまたはドー
    プされたグラファイトからなる群から選択された挿入体
    を有して銅または銅合金からなり、そして使用中に約８
    ００Ｋ未満の温度に強く冷却され且つその温度に維持さ
    れる、請求項３０のプラズマバーナー。
  32. 【請求項３２】 陰極と陽極であり、その各々が操作端
    を有する、使用中に実質的に非消耗性の一対の電極を含
    み；陽極は、操作端から出口端へと延びる管状操作面を
    提供する、開放末端をもつ内部の陽極キャビティを規定
    している中空構造を有しており；陰極はその操作端にお
    いてボタン型操作面を規定しているグラファイト挿入体
    を有しており；陽極と陰極はそれらの操作端がそれらの
    間の間隙を規定する間隔をもって配列されている端−対
    −端の関係で配列され、その間隙は陽極キャビティと共
    に、電極間に電位差が印加されたときにアークが発生す
    るアーク位置を規定しており；電極は冷却用流体が電極
    中または電極上を流れるためのフローラインを提供する
    ように構成されており；電極は、適切な電気絶縁手段の
    包含と共に入れ子になる寸法および形状を有し且つ内部
    が電極の搭載位置を規定するように構成されている複数
    の環状ハウジング部品から成るハウジングの中に搭載さ
    れており；少なくとも一つのハウジング部品は冷却用流
    体の導入および排出のための流通路を組み入れており；
    少なくとも一つのハウジング部品はアーク位置内に渦を
    発生させるように投入気体流を導入するための流通路を
    組み入れており；配列は、使用中に、電極間に電位差が
    印加されたときにアーク位置内にアークが発生し、そし
    てアーク位置内に位置する高温ゾーンの中で投入気体に
    よって高温プラズマが発生して、陽極キャビティの出口
    端で発する反応性熱プラズマを生成するようなものであ
    る、請求項３０のプラズマバーナー。
  33. 【請求項３３】 請求項１の方法によって製造されたフ
    ルオロカーボン化合物。
  34. 【請求項３４】 請求項１の方法によって製造されたテ
    トラフルオロエチレン。
  35. 【請求項３５】 請求項１の方法によって製造されたヘ
    キサフルオロエタン。
  36. 【請求項３６】 請求項１の方法によって製造されたテ
    トラフルオロメタン。
  37. 【請求項３７】 さらに、この製造されたフルオロカー
    ボン化合物を重合してフルオロポリマーを生成する工程
    を含む、請求項１の方法。
  38. 【請求項３８】 請求項３７の方法によって製造された
    フルオロポリマー。
  39. 【請求項３９】 実質的に、ここに記載され、図解さ
    れ、そして例証されているような、フルオロカーボン化
    合物の製造方法。
  40. 【請求項４０】 実質的に、ここに記載され、図解さ
    れ、そして例証されているような、フルオロカーボン化
    合物の製造装置。
  41. 【請求項４１】 実質的に、ここに記載され、図解さ
    れ、そして例証されているような、フルオロカーボン化
    合物の製造に使用するためのプラズマバーナー。
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