DE60110748T2

DE60110748T2 - Behandlung von fluorkohlenstoff-beschickungen

Info

Publication number: DE60110748T2
Application number: DE60110748T
Authority: DE
Inventors: Izak Jacobus Van Der Walt
Original assignee: South African Nuclear Energy Corp Ltd
Current assignee: South African Nuclear Energy Corp Ltd
Priority date: 2000-02-10
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2006-01-12
Anticipated expiration: 2021-02-10
Also published as: DE60110748D1; AU2874901A; MXPA02007656A; CN1400922A; RU2267352C2; KR100845357B1; RU2002122410A; WO2001058584A3; CN1213798C; KR20020092365A; JP5178980B2; BR0108215B1; EP1253973B1; CA2398464A1; BR0108215A; WO2001058584A2; AU2001228749B2; US6797913B2; US20030125473A1; JP2003522161A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Behandlung von Fluorkohlenstoff-Einsatzprodukten. Sie betrifft insbesondere ein Verfahren zur Behandlung eines Fluorkohlenstoff-Einsatzproduktes.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Behandlung eines Fluorkohlenstoff-Einsatzproduktes bereitgestellt, wobei das Verfahren beinhaltet:

– Aufheizen mittels Radiofrequenzinduktion einer Aufheizzone auf eine hohe Temperatur;
– einem Fluorkohlenstoff-Einsatzprodukt, umfassend zumindest eine Fluorkohlenstoff-Verbindung, gestatten, sich in der Aufheizzone zu erhitzen, so daß die Fluorkohlenstoff-Verbindung in zumindest eine Fluorkohlenstoff-Vorstufe oder aktive Spezies dissoziiert; und
– Abkühlen der Fluorkohlenstoffvorstufe oder der reaktiven Spezies; dadurch bilden zumindest einer stärker gewünschten Fluorkohlenstoff-Verbindung aus der Fluorkohlenstoff-Vorstufe oder der reaktiven Spezies.

Die Aufheizungszone kann somit durch einen Reaktor bereitgestellt werden. Der Reaktor kann eine längliche zylindrische Reaktorhülle, die eine Reaktionskammer bereitstellt, welche die Aufheizungszone enthält, und einen Einsatzprodukt-Halter in der Aufheizungszone der Reaktionskammer umfaßt. Die Reaktorhülle ist typischerweise aus Quarz und kann seine Enden abgesperrt und wassergekühlt haben.
Das Aufheizen mittels Radiofrequenzinduktion kann durch einen Radiofrequenz-Induktionsaufheizungsofen mit einer Induktionsspule innerhalb derer die Aufheizungszone des Reaktors bereitgestellt wird, bereitgestellt werden. Mit anderen Worten, die Induktionsheizspule ist um den Teil der Reaktorhülle lokalisiert, die die Aufheizungszone enthält.
In einer Ausführungsform der Erfindung kann die Reaktorhülle sich vertikal erstrecken und ortsfest sein. Es wird angenommen, daß dieser Aufbau besonders geeignet sein wird, um Einsatzprodukte in Form eines ungefüllten, nicht direkt verwendbaren Materials, wie es nachfolgend beschrieben wird, zu behandeln.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann allerdings die Reaktorhülle in einem Winkel zu der Vertikalen geneigt sein, zwischen etwa 5° und etwa 60° zur Vertikalen und kann rotieren oder vibrieren. Der Reaktor kann dann mit einem Graphittiegel mit transversalen Ablenkplatten zur Regulierung der Aufenthaltsdauer des Einsatzprodukts in dem Reaktor versehen sein. Es wird angenommen, daß diese Konstruktion besonders zur Behandlung eines Einsatzproduktes in Form von gefülltem Material geeignet ist, welches nicht direkt einsetzbar ist, wie es nachfolgend beschrieben wird; wenn das gefüllte Material nach unten durch den Reaktor geht, wird es depolymerisiert und verdampft; auf diese Weise geht es nach oben aus dem Reaktor, während Füllstoffmaterial unten auf dem Boden des Reaktors geht. Dagegen kann ein aufrechter Reaktor zur Behandlung von gefülltem Material verwendet werden; allerdings wird der Reaktor dann an seinem unteren Ende mit einem entfernbaren Stopfen versehen sein, um Füllstoffmaterial abzulassen.
Das Einsatzprodukt kann zumindest im Prinzip in gasförmiger, in flüssiger Form oder in Form fester Partikel oder in Formgemischen aus zwei oder mehreren der genannten vorliegen. Wenn das Einsatzprodukt in flüssiger Form vorliegt, kann es ein mehr oder weniger reines Einsatzprodukt sein, das eine einzige Fluorkohlenstoff-Verbindung, zum Beispiel C₆F₁₄, umfaßt; es wird allerdings in Betracht gezogen, daß das Einsatzprodukt dann normalerweise ein nicht direkt verwendbares Fluorkohlenstoffprodukt sein wird, das zwei oder mehrere eines Bereichs von Fluorkohlenstoff-Verbindung umfaßt, zum Beispiel C₅F₁₂, C₆F₁₄, C₇F₁₆, C₈F₁₈, C₄F₈O, C₈F₁₆O, (C₃F₇)₃N, C₆C₁₃H, C₆F₁₂H₂ oder dgl. Normalerweise wird eine Verbindung in einem solchen Produkt als dominante Komponente vorhanden sein, d.h. den Hauptanteil eines solchen Produktes bilden. Das Einsatzprodukt kann dann vom Boden in den Reaktor eingeführt werden. Wenn das Einsatzprodukt in fester partikelförmiger Form vorliegt, kann es insbesondere ein gefülltes oder ungefülltes nicht direkt einsetzbares Material sein, zum Beispiel Polytetrafluorethylen ("PTFE"), Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid ("THV"), fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer ("FEP"), Perfluoralkoxy-Copolymer ("PFA") oder dgl. Mit "gefüllt" ist gemeint, daß das Fluorkohlenstoff-Einsatzprodukt Elemente oder Substanzen wie zum Beispiel Siliciumdioxid, Kupfer, Kohlenstoff usw. enthalten kann, die ursprünglich dem Fluorkohlenstoffmaterial zugesetzt wurden, um ihm spezifische Eigenschaften zu verleihen. Sobald solches Material verwendet wurde und somit mechanisch direkt verwendbares Material wurde, aber zur Verwendung als Einsatzprodukt im erfindungsgemäßen Verfahren geeignet ist, wird es diese Füllelemente noch enthalten. Im Verfahren der Erfindung werden diese Materialien depolymerisiert und daraus wird die stärker gewünschte Fluorkohlenstoff-Verbindung gebildet. Das Einsatzprodukt kann dann von oben oder vom Boden in den Reaktor geführt werden.
Wenn erwünscht oder notwendig kann das feste partikelförmige Einsatzprodukt vorbehandelt werden, um Oberflächekontaminanten, zum Beispiel Öl und Schmutz, beispielsweise durch Lösungsmittelextraktion zu entfernen.
Typische Produkte, die erhalten werden können, sie Tetrafluormethan (CF₄), Tetrafluorethylen (C₂F₄), Hexafluorethylen (C₂F₆), Hexafluorpropylen (C₃F₆), Fluorbutylen (C₄F₆), cyclisches Octafluorbutylen (c-C₄F₈), Decafluorbutylen (C₄F₁₀), Octafluorpropylen (C₃F₈) und andere C_xF_y-Ketten, in denen x und y ganze Zahlen sind.
Der Reaktor kann auf Chargenbasis, halbkontinuierlich oder kontinuierlich arbeiten. Dieses Verfahren wird somit Einführen des Einsatzproduktes in die Reaktorzone auf Chargenbasis, auf halbkontinuierlicher oder kontinuierlicher Basis umfassen. Mit "Charge" ist gemeint, daß eine vorbestimmte Menge des Fluorkohlenstoffs in den Reaktor gefüllt wird und mit dem heißen Plasmagas zur Vollständigkeit Umsetzen gelassen wird. Mit "halbkontinuierlich" ist gemeint, daß ein Trichter mit dem Einsatzprodukt gefüllt wird, wobei dieses Einsatzprodukt in kontinuierlicher, normalerweise konstanter Beschickungsrate in den Reaktor geführt wird, bis der Trichter leer ist, wonach der Trichter erneut gefüllt wird. Mit "kontinuierlich" ist gemeint, daß das Einsatzprodukt kontinuierlich, normalerweise mit einer mehr oder weniger konstanten Zuführungsrate, in den Reaktor geführt wird.
Das Einsatzprodukt im Prinzip obgleich das Einsatzprodukt im Prinzip in beliebiger gewünschter Art in den Hohlraum oder die erste Zone der Reaktionskammer eingeführt werden kann, kann insbesondere eine Beschickung und Schwerkraft verwendet werden, da dadurch relativ große Einsatzproduktpartikel in einfacher Weise verwendet werden können, zum Beispiel Partikel im Größenbereich von 1 bis 10 mm, vorzugsweise 3 bis 5 mm. Auf diese Weise kann das Einsatzprodukt vertikal unter Schwerkraft in die Reaktionskammer direkt oberhalb der Aufheizungszone zugeführt werden.
Die Kühlung bzw. das Abschrecken der Fluorkohlenstoffspezies oder der Vorstufe kann in einer zweiten Zone der Reaktionskammer, die oberhalb der Aufheizungs- oder ersten Zone davon angeordnet ist, durchgeführt werden. Das Abschrecken kann mittels einer Abschrecksonde ("quench probe") durchgeführt werden, die eine selbstreinigende Sonde sein kann. Die selbstreinigende Abschrecksonde kann eine äußere zylindrische Komponente umfassen, die an dem Reaktor befestigt ist, die eine zentrale Leitung bereitstellt und zur Kühlung des durch die Leitung passierenden heißen Gases angepaßt ist; eine Mehrzahl von umlaufenden beabstandeten länglichen Zähnen oder Kratzer ragen von einer äußeren Komponente in die Leitung hinein; eine innere zylindrische Komponente ist mit Abstand innerhalb der äußeren Komponente angeordnet, wobei die innere Komponente auch zur Kühlung des heißen durch die periphere Lücke zwischen den Komponenten passierenden Gases angepaßt ist; eine Vielzahl von umlaufenden beabstandeten länglichen Zähnen oder Kratzern ragen von der inneren Komponente nach außen in die Leitung, wobei diese Zähne oder Kratzer hinsichtlich der Zähne oder Kratzer an der äußeren Komponente versetzt sind, und ein Antriebsmittel, um die eine Komponente relativ zu der anderen Komponente zu Oszillationen anzutreiben, umfassen. Das Antriebsmittel kann zum Beispiel einen federbelasteten, kolbengetriebenen Arm umfassen.
Statt dessen kann ein beliebiges anderes geeignetes Abschreckmittel verwendet werden, zum Beispiel schnelle Expansion des Produktgases, Gasquenching mit Hilfe eines anderen Gases, das kalt ist oder dgl.
Die Reaktionskammer kann unter Drücken betrieben werden, die von nahem Vakuum bis erhöhten Drücken reichen, und zwar in Abhängigkeit von der stärker gewünschten Fluorkohlenstoff-Verbindung, die als Produkt verlangt wird, und von anderen Verfahrensvariablen. Eine Evakuierung kann durch die Abschrecksonde erfolgen.
Normalerweise wird sich ein Spektrum von Fluorkohlenstoff-Verbindungen als Produkte bilden. Das Verfahren kann dann die Trennung der verschiedenen Produkte voneinander umfassen.
Die Erfindung wird nun detaillierter unter Bezugnahme auf die beigefügten vereinfachten Fließschemata beschrieben.
In den Figuren
zeigt 1 eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Behandlung eines Fluorkohlenstoff-Einsatzproduktes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung; und
2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der Abschrecksonde des Reaktors von 1;
3 zeigt eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Behandlung eines Fluorkohlenstoff-Einsatzproduktes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
4 zeigt eine Anlage zur Durchführung eines Verfahren zur Behandlung eines Fluorkohlenstoff-Einsatzproduktes gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung:
5 zeigt eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Behandlung eines Fluorkohlenstoff-Einsatzproduktes gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
6 zeigt ein Diagramm des Reaktordruckes gegen die Reaktortemperatur für TFE für Beispiel 2, wobei der Reaktor ein festgelegtes Volumen hat;
7 zeigt ein Diagramm der Produktausbeute gegen den Reaktordruck für FEP-Einsatzprodukte für Beispiel 2; und
die 8 bis 10 zeigen Auszüge aus 7 für jedes der in 7 gezeigten Produkte.
In den 1 und 2 bezeichnet Bezugszeichen 10 allgemein eine Anlage zur Durchführung eines Verfahren zur Behandlung eines Fluorkohlenstoff-Einsatzproduktes gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Die Anlage 10 umfaßt einen Reaktor 16. Der Reaktor 16 umfaßt eine Radiofrequenzenergiezufuhr (Generator) 12 mit einer Induktionsspule 14.
Der Reaktor 16 umfaßt auch eine stationäre Quarzhülle oder ein stationäres Quarzrohr 18, in der/dem ein Graphithalter oder ein Graphittiegel 20 lokalisiert ist. Der Reaktor 16 hat eine längliche Form und ist vertikal aufrecht angeordnet.
Das untere Ende des Quarzrohrs 18 ist abgesperrt und wassergekühlt (nicht gezeigt), während eine selbstreinigende Abschrecksonde 22 in sein oberes Ende hineinragt. Die selbstreinigende Abschrecksonde 22 umfaßt eine längliche wassergekühlte äußere zylindrische Komponente 24, die an dem Reaktor 12 fixiert ist. Die äußere Komponente 24 hat somit eine zentrale Leitung, in die gleich beabstandete umlaufende Zähne oder Kratzer 26 hineinragen. Im Inneren der Leitung der äußeren Komponente 24 ist mit peripherem Abstand eine längliche wassergekühlte zylindrische innere Komponente 28 angeordnet. An der inneren Komponente 28 sind im gleichen Abstand längliche radial nach außen vorstehende Zähne oder Kratzer 30 angeordnet, wobei die Zähne 30 hinsichtlich der Zähne 26 auf dem Umfang beabstandet sind. Die Zähne 26, 30 können sich über die gesamte Länge der Komponenten 24, 28 erstrecken und die Komponenten 24 und 28 haben im wesentlichen dieselbe Länge. Die innere Komponente 28 ist mit einem Antriebsmittel (nicht gezeigt), zum Beispiel ein federbelasteter, kolbengesteuerter Arm ausgestattet, um diese relativ zu der anderen Komponente 24 zu Oszillationen anzutreiben, wie es durch den Pfeil 32 angezeigt ist. Eine Entfernung von festen Kontaminanten aus den Komponenten 24, 28 wird somit mittels der oszillierenden Zähne 26, 30 erreicht.
Die Abschrecksonde 22 ist somit eine doppelringförmige, wassergekühlte Sonde, die konzipiert ist, um das Gas, das sich im Inneren des Reaktors 16 bildet, wie es nachfolgend beschrieben ist, mit einer Rate von etwa 10⁵°C/Sekunde auf 200°C herunterzukühlen. Die Sonde ist selbstreinigend, um Blockierungen derselben zu verhindern, da sich bei der Verwendung an den Oberflächen der Sonde verfestigtes oder sublimiertes Material bildet.
Eine Einsatzproduktbeschickungsleitung 54 führt in das Quarzrohr 18 oberhalb des Tiegels 20, wobei eine Schwerkraftzuführeinrichtung 56 mit Hilfe eines Rohrs oder einer Leitung 58 mit der Leitung 54 verbunden ist.
Eine Evakuierungsflußlinie 31 führt vom oberen Ende der Abschrecksonde 22 zu einer Vakuumpumpe 33, während eine Flußlinie 34 vom Ausgang der Pumpe 33 zu einem Kompressor 36 führt. Eine Flußlinie 38 führt vom Ausgang des Kompressors 36 zu einem Produktlagerbehälter 40. Eine Entnahmeleitung 42 führt vom Lagerbehälter 40 zu einer weiteren Behandlungsstufe 44, zum Beispiel einem Gaswäscher. Eine Flußlinie 46 führt von der Flußlinie 42 zu einem Kompressor 48, wobei der Ausgang des Kompressors 48 mit Hilfe einer Flußlinie 50 an ein analytisches System 52 angeschlossen ist.
Bei der Verwendung wird in einer Hochtemperaturzone der Reaktionskammer des Reaktors 18 eine hohe Temperatur erzeugt. Mit Hilfe der Induktionsspule 14 wird somit der Tiegel 20, der sich in der Hochtemperaturzone befindet, durch Induktionsaufheizung erhitzt. wenn die erforderliche Arbeitstemperatur in der Aufheizungszone erreicht wurde, wird partikelförmiges festen Fluorkohlenstoff-Einsatzprodukt mit Hilfe der Beschickungsvorrichtung 56 und der Leitungen 58, 54 in den Tiegel 20 geführt. Die erzeugte Hitze ist ausreichend hoch, so daß im Tiegel 20 unter Bildung von Produktgasen eine Depolymerisation des Einsatzproduktes erfolgt.
Die Produktgase werden unverzüglich mittels der Abschrecksonde 22 abgeschreckt, wodurch eine stärker gewünschte Fluorkohlenstoff-Verbindung gebildet wird, die durch die Flußleitung 31, 34, 38, die Vakuumpumpe 33 und den Kompressor 36 in den Lagerbehälter 40 entnommen wird. Das Produkt kann in der Bearbeitungsstufe 44 weiter bearbeitet werden, beispielsweise um eine besondere, stärker erwünschte Fluorkohlenstoffverbindung von anderen weniger erwünschten Produkten, die gebildet werden, zu isolieren.
Was 3 angeht, so bezeichnet Bezugszeichen 100 allgemein eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Behandlung eines Fluorkohlenstoff-Einsatzproduktes gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Teile der Anlage 100, die gleich oder ähnlich denen der vorher beschriebenen Anlage 10 sind, werden mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
In der Anlage 100 ist das Quarzrohr oder die Quarzhülle mit einem Winkel zwischen 5° und 60° bezüglich der vertikalen geneigt und ist mit einem Graphittiegel 20 ausgestattet, der mit transversalen, z.B. peripheren, inneren Ablenkplatten (nicht gezeigt) ausgestattet ist. Das Rohr 18 rotiert oder vibriert. Das Einsatzprodukt tritt in das obere Ende des Rohrs 18 ein, während depolymerisierte Gase, d.h. Produktgase, aus dem unteren Ende desselben austreten.
Extrahiertes Füllstoffmaterial geht durch den Boden des Rohrs 18, wie es durch Pfeil 102 angezeigt ist.
Was 4 angeht, so bezeichnet Bezugszeichen 150 allgemein eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Behandlung eines Fluorkohlenstoff-Einsatzproduktes gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.
Teile der Anlage 150, die die gleichen oder ähnlich wie die der Anlage 10, 100, die vorher beschrieben wurden, sind, werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
In der Anlage 150 ist eine flüssige Einsatzproduktzuführung 152 angeordnet. Eine Flußlinie 154 führt von der Zuführung 152 in den Boden des Quarzrohrs 18 des Generators 12 und in ein Bett 156 aus Graphitkörnern.
Bei Verwendung wird so das Graphitbett 156 mit Hilfe der Induktionsspule 14 erhitzt. Flüssiges Einsatzprodukt wird in den Boden des Tiegels geführt, geht nach oben durch das Graphitbett und wird wie vorstehend beschrieben erhitzt und dissoziiert.
Was 5 angeht, so bezeichnet Bezugszeichen 200 allgemein eine Anlage zur Durchführung eines Verfahrens zur Behandlung eines Fluorkohlenstoff-Einsatzproduktes nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Teile der Anlage 200, die gleich oder ähnlich wie die der Anlagen 10, 100 und 150, die vorher beschrieben wurden, sind, sind mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die Anlage 200 umfaßt einen Trichter 202 für festes partikelförmiges Einsatzprodukt. Der Trichter 202 ist auf einer Schneckenzufuhreinrichtung 204 montiert, deren Auslaß mit Hilfe einer Leitung 206 mit dem Boden des Quarzrohrs 18 verbunden ist.
So wird bei Verwendung festes partikelförmiges Einsatzprodukt aus dem Boden des Reaktors 16 nach oben geführt. Wenn das feste partikelförmige Einsatzprodukt in Aufwärtsrichtung durch den Reaktor 16 und den Graphittiegel 20 geführt wird, erreicht es die Hochtemperaturaufheizzone des Reaktors, dissoziiert und wird dann durch die Sonde 22 abgeschreckt, wie es vorher beschrieben wurde.
In den Beispielen wurde ein 10 kW, 800 kHZ-Radiofrequenzgenerator verwendet, der gemäß der Anlage 10 von 1 mit 8 kW betrieben wurde. Das stationäre Quarzrohr 18 des Reaktors 16 hatte einen nominalen Durchmesser von 70 mm und eine Länge von 300 mm. Das System wurde durch ein Filter (nicht gezeigt) mittels einer Hochintegritäts-Trockenvakuumpumpe 33 evakuiert. Alle Drücke sind in kPa(a) angegeben, während die Produktausbeuten als relative Volumenprozent aufgezeichnet sind.
Beispiel 1
Die Anlage 10 wurde auf kontinuierlicher Basis mit etwa 2 kg/h partikelförmigem, ungefülltem oder verbrauchtem PTFE-Material, das kontinuierlich in den Tiegel 20 geführt wurde, betrieben.
Es wurde festgestellt, daß der Reaktor 16 auf ein relativ hohes Vakuum evakuiert werden mußte, um eine maximale Menge an TFE zu erhalten. Für unterschiedliche Produktzusammensetzungen werden unterschiedliche Einsatzproduktmaterialien und Verfahrensparameter erforderlich sein. Spezifische Druck- und Temperaturbereiche werden für die verlangte Produktzusammensetzung charakteristisch sein. Um PTFE zu depolymerisieren und TFE als Hauptprodukt zu erhalten, sind im Reaktor 16 eine Reaktionstemperatur von 400°C bis 700°C und ein Druck unter Atmosphärendruck erforderlich.
Es wurde festgestellt, daß ein Aufheizzeitraum von etwa 5 Minuten erforderlich war, um die Arbeitstemperatur von 400°C bis 700°C zu erreichen, während dieser Zeit war in dem Tiegel 20 etwas Einsatzmaterial vorhanden, obgleich die Zuführungsvorrichtung noch nicht aktiviert war. Dieses Einsatzprodukt wurde weich und begann zu depolymerisieren. Als die Arbeitstemperatur erreicht war, wurde die Beschickungsvorrichtung 26 aktiviert, um einen Durchsatz von etwa 2 kg/h bereitzustellen. Auf Wunsch kann der Durchsatz zwischen 1 kg/h und 10 kg/h Beschickungsmaterial für eine 10 kW-Anlage variiert werden.
Bei einer Arbeitstemperatur von 400°C bis 700°C und einem subatmosphärischen Druck von etwa 1 kPa erfolgte eine unverzügliche Depolymerisation der PTFE mittels Pyrolyse, wobei das PTFE verdampft wurde und in Fluorkohlenstoff-Vorstufen oder reaktive Spezies abgebaut wurde. Diese Vorstufen oder reaktiven Spezies wurden unmittelbar mittels der Abschrecksonde 22 abgeschreckt, wodurch TFE produziert wurde. Infolge der Repolymerisation des TFE-Gases wurde eine Ansammlung eines feinverteilten weißen Pulvers an allen kalten Oberflächen des Reaktors 16 beobachtet. Dieses wurde anschließend durch die selbstreinigende Abschrecksonde gereinigt.
Die erhaltenen Resultate sind in Tabelle 1 angegeben.
Tabelle 1 – Analytische Resultate
PTFE wurde in diesem Beispiel bei etwa 1 kWh/kg PTFE erfolgreich depolymerisiert. Es werden keine Probleme bezüglich der Hauptverfahrensparameter und der Hardware-Vergrößerung ins Auge gefaßt.
Die Anlage oder das System 10 war besonders auf die Handhabung nicht direkt verwendbaren PTFE-Material zur Ergänzung der Produktion von TFE (C₂F₄), das eine Vorstufe für die Herstellung von anderen komplexen Fluorkohlenstoffen, z.B. c-C₄F₈, ist, eingestellt. Diese Bearbeitung kann in der Bearbeitungsstufe 44 durchgeführt werden.
Tabelle 1 zeigt, daß überraschend hohe Ausbeuten an C₂F₄ erhalten wurden, was anzeigt, daß die Konfiguration der Anlage 10 nicht optimiert worden war.
Beispiel 2
In diesem Beispiel wurde die Umwandlung von FEP(fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer)-Abfallmaterial in nützliche hochqualitative Produkte wie zum Beispiel TFE (Tetrafluorethylen), HFP (Hexafluorpropylen) oder c-C₄F₈ (cyclisches Octafluorbutylen) als Funktion des Reaktordruckes für zwei unterschiedliche Temperaturprofile untersucht.
Während vorläufiger Testläufe wurde festgestellt, daß die Reaktionseffizienz und die gebildeten Produkte sowohl gegenüber Reaktordruck als auch Tiegeltemperatur empfindlichen sind. Als Referenz zur Führung der Druckabhängigkeitstests wurde zunächst ein anderer Vorlauf durchgeführt. In diesem Vorlauf wurde ein geschlossener Behälter mit einem festgelegten Volumen, der Temperatur- und Druckmeßsonden im Inneren hat, verwendet, um eine festgelegte Menge an TFE über einen Temperaturgradienten ansteigend zu erhitzen, während der Gasdruck als Funktion der Temperatur aufgezeichnet wurde. 6 stammt aus diesen Informationen. 6 zeigt eine Reihe von Buckeln, die sich bei einem allmählich ansteigenden Hintergrund eines üblichen P/T bei konstanter Volumenkurve übereinander lagern. Dies zeigt die Bildung verschiedener Produkte bei verschiedenen Temperaturen bei den entsprechenden Druckänderungen mit den Volumenänderungen (Anzahl der Moleküle). Während einer Rekombinationsreaktion fällt der Druck ab und während einer Dissoziierungsreaktion steigt der Druck an. Eine sorgfältige Untersuchung der Druckanstiege bzw. -abnahmen in Verbindung mit verfügbaren Reaktionsinformationen ermöglichte die Identifizierung des dominanten Produktes für jeden Temperaturbereich. Dies ist auch in 6 angezeigt. TFE beginnt beispielsweise sich bei einer Temperatur von 270°C unter Bildung von c-C₄F₈ zu rekombinieren. Umgekehrt beginnt c-C₄F₈ bei einer Temperatur von 450°C zu dissoziieren und bildet HFP. Diese Produkte sind beim Abschrecken stabil. Da die Produktion von HFP das vorherrschende Ziel in den nachfolgenden Testläufen war, wurden die Tiegeltemperaturen entsprechend in der Nähe von 600°C gewählt.
Für diese folgenden Testläufe wurden die Anlage 10 von 1 und 2 wiederum auf kontinuierlicher Basis betrieben, während FEP kontinuierlich in den Tiegel (ID = 54 mm, OD = 64 mm, Länge = 180 mm) geleitet wurde, so es geschmolzen und chemisch gespalten wird. Die Spule um den Tiegel wurde modifiziert, um den Tiegel nicht gleichmäßig zu erhitzen und ein Temperaturprofil zu schaffen, das sich vom Boden zum oberen Teil erhöht. Dies geschah zunächst, um eine Kondensation von flüssigem oder festem Produkt zu erreichen, bevor die Abschrecksonde erreicht war. Zweitens, war die Depolymerisationsreaktion im wesentlichen am Boden des Tiegels (unteres Temperaturende) erfolgt, muß das obere Ende des Tiegels heißer sein, um eine vollständige Sublimation des Dampfes sicherzustellen. Drittens, die heiße Zone dient als Vorerhitzungszone für die FEP-Partikel, da sie in den Tiegel geleitet werden. Während des ersten Laufs wurde der Tiegel zwischen 630°C und 830°C mit dem Zentrum bei 710°C betrieben, wobei der Lauf als "630°C" bezeichnet wird. Der zweite Lauf wurde zwischen 600°C und 780°C mit dem Zentrum bei 700°C durchgeführt und dementsprechend als "600°C" bezeichnet. Die Resultate sind in Tabelle 2 angegeben.
Tabelle 2
Tabelle 3
Die Resultate von Tabelle 2 sind in 7 graphisch dargestellt, aus der die Druck- und Temperaturabhängigkeit der Produktausbeute deutlich wird. Die 8 bis 10 stellen Auszüge aus 7 dar, einer für jedes der Produkte. Tabelle 3 listet die Arbeitsbedingungen, die Fluor-Bilanz und die Gesamtmassenbilanz auf. was die Gesamtmassenbilanz von 89% angeht, so liegt der Massenverlust von 11% hauptsächlich in Feststoffen begründet, die sich an kalten Oberflächen bilden.
7 zeigt ganz allgemein, daß, wenn der Druck zunimmt, die Ausbeute an TFE abnimmt (siehe auch 8), c-C₄F₈ sich durch ein Maximum bewegt (siehe auch 9), und HFP zunimmt (siehe auch 10). Die zwei letztgenannten zeigen einen deutlichen Temperatureffekt in dem Sinn, daß das höhere Tiegeltemperaturprofil deutlich mehr HFP und weniger c-C₄F₈ liefert. Es wird angenommen, daß die Gasproduktretentionszeit bei der höheren Tiegeltemperatur lang genug ist, um durch Zersetzung von c-C₄F₈ mehr HFP zu bilden. Dagegen wird ein viel milderer Temperatureffekt für die TFE-Produktion beobachtet (8). Dies liegt wahrscheinlich in der Tatsache begründet, daß in beiden Läufen die TFE-Produktion bei den jeweiligen Temperaturen im Tiegel (siehe 6) in der Zeit beendet wurde, in der das Gas die Abschrecksonde erreicht; hier wird beobachtet, daß die Selektivität der Dissoziationsrate in die zwei sukzessiven Produkte von der Tiegeltemperatur abhängt.
Aus dem Vorstehenden wird klar, daß durch weitere Standardexperimentierung Temperatur- und Druckparameter-Einstellungen entwickelt werden können, um die Selektivität zumindest der Hauptmenge der gewünschten Produktkombinationen optimal zu kontrollieren. Es ist auch klar, daß das Verfahren so ausgedehnt werden könnte, daß es die Umwandlung von flüssigen, nicht direkt verwendbaren Fluorkohlenstoff-Einsatzprodukte umfaßt.
Dieses Verfahren des Umwandelns von FEP in nützliche Produkte erwies sich als billig, sicher, unter Umweltgesichtspunkten rein, vielseitig und einfach durchzuführen. In Kombination mit einer gut entwickelten Destillationsanlage können Produkte hoher Reinheit, hoher Qualität und mit hohem Wert produziert werden.
Typische Produkte, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden können, sind C_xF_y-Ketten, worin x und y ganze Zahlen sind. Wenn eine Ausrichtung auf eine TFE-Produktion erfolgt, ist bei solchen Ketten das Hauptprodukt etwa 90% TFE.
Es wurde festgestellt, daß der Induktionsgenerator 12 mit sehr wenig Energieverlust an die Umgebung sehr effizient ist. Die Anlage 10 hat eine sehr kurze Startzeit.
Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind, daß kein Trägergas erforderlich ist und daß das erhaltene Produkt relativ rein ist. Somit ist normalerweise nur eine relativ einfache Destillationsstufe zum Abtrennen des resultierenden TFE von den anderen erhaltenen Produkten erforderlich.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können gefüllte und ungefüllte, nicht direkt verwendbare Fluorkohlenstoffmaterialien depolymerisiert und in relativ reine, hochwertige Produkte durch Pyrolyse mit minimaler Downstream-Destillationserfordernis transformiert werden.

Claims

Verfahren zur Behandlung eines Fluorkohlenstoffeinsatzproduktes, wobei das Verfahren beinhaltet das Aufheizen mittels Radiofrequenzinduktion einer Aufheizungszone einer Reaktionskammer auf eine Temperatur, die 950°C nicht übersteigt; das dem Fluorkohlenstoffeinsatzprodukt, umfassend zumindest eine Fluorkohlenstoffverbindung, gestatten sich in der Aufheizungszone zu erhitzen; das Auswählen eines Reaktionskammerdrucks und einer Aufheizungszonentemperatur, sodass die Fluorkohlenstoffverbindung disoziiert oder depolymerisiert in zumindest eine oder mehrere stärker gewünschte Fluorkohlenstoffverbindungen; das Bilden eines heißen Produktgases umfassend die stärker gewünschte Fluorkohlenstoffverbindung; und das Abschrecken des heißen Produktgases zur Stabilisierung der stärker gewünschten Fluorkohlenstoffverbindung.
Verfahren gemäß Anspruch 1, worin die Reaktionskammer durch einen Reaktor, umfassend eine längliche zylindrische Reaktorhülle bereitgestellt wird, mit der Reaktionskammer enthaltend die Aufheizungszone, und mit einem Einsatzprodukt-Halter, der in der Aufheizungszone der Reaktionskammer bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, worin das Radiofrequenzinduktionsaufheizen durch einen Radiofrequenzinduktionsaufheizungsofen mit einer Induktionsspule innerhalb derer die Aufheizungszone des Reaktors bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, worin die Reaktorhülle sich vertikal erstreckt und ortsfest ist.
Verfahren gemäß Anspruch 2 oder Anspruch 3, worin die Reaktorhülle um einen Winkel zu der Vertikalen geneigt ist und rotiert oder vibriert.
Verfahren gemäß Anspruch 5, worin der Reaktor mit einem Graphittiegel mit transversalen Ablenkplatten zur Regulierung der Aufenthaltsdauer des Einsatzprodukts in dem Reaktor versehen ist.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 6 einschließlich, worin das Fluorkohlenstoffeinsatzprodukt in flüssiger Form vorliegt, ein reines Einsatzprodukt umfassend eine einzige Fluorkohlenstoffverbindung ist, oder ein nicht direkt einsetzbares Fluorkohlenstoffprodukt umfassend zwei oder mehrere Fluorkohlenstoffverbindungen ist, mit einer Verbindung, die in dem Produkt als dominante Komponente vorliegt, sodass sie einen Hauptanteil des Produktes bildet, und das in den Reaktor von unten eingeführt wird.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 6 einschließlich, worin das Fluorkohlenstoffeinsatzprodukt in fester partikelförmiger Form vorliegt, ein gefülltes oder ungefülltes nicht direkt einsetzbares Material ist, welches gegebenenfalls zur Entfernung von Oberflächenverunreinigungen vorbehandelt wurde, und welches in den Reaktor von oben oder von unten eingeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 8, worin das Fluorkohlenstoffeinsatzprodukt in die Reaktionskammer vertikal und unter Schwerkraft in die Reaktionskammer zugeführt wird, direkt oberhalb der Aufheizungszone und worin die Einsatzproduktpartikel in einem Größenbereich von 1 bis 10 mm liegen.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 9 einschließlich, worin das Abschrecken des heißen Produktgases in einer zweiten Zone der Reaktionskammer, die oberhalb der Aufheizungs- oder ersten Zone davon angeordnet ist, durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 10, worin das Abschrecken mittels einer selbstreinigenden Abschrecksonde ("Quench Probe") durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 11, worin die selbstreinigende Abschrecksonde eine äußere zylindrische Komponente umfasst, die an dem Reaktor befestigt ist, die eine zentrale Leitung bereitstellt und zur Kühlung des durch die Leitung passierenden heißen Gases angepasst ist; eine Mehrzahl von umlaufenden beabstandeten länglichen Zähnen oder Kratzern, die von einer äußeren Komponente in die Leitung hineinragen; eine innere zylindrische Komponente, die mit Abstand innerhalb der äußeren Komponente angeordnet ist, wobei die innere Komponente auch zur Kühlung des heißen durch die periphere Lücke zwischen den Komponenten passierenden Gases angepasst ist; eine Mehrzahl von umlaufenden beabstandeten länglichen Zähnen oder Kratzern, die von der inneren Komponente nach außen in die Leitung hineinragen, wobei diese Zähne oder Kratzer hinsichtlich der Zähne oder Kratzer der äußeren Komponente versetzt sind, und einem Antriebsmittel um die eine Komponente relativ zu der anderen Komponente zu Oszillationen anzutreiben.