乐发

VOC的污染控制技术发展，很大程度上是与各个国家制定的环保政策密切相 关。为保持空气的清洁，世界各国对VOC的排放都作了严格控制，规定了排放的 界限值，而且越来越严格。解决VOC的污染问题，从根本上讲，是要提倡不用或 少用有机溶剂，或者将溶剂回收再利用。对于前者，目前各国都在逐步实行有机溶 剂减排的强制措施，以及开发无有机溶剂的涂料；对于后者，在以空气作为载体的 VOC废气情况下，要将溶剂回收并循环再利用，在大多数情况下是有一定困难的。 其原因是，风量太大、浓度过低，而且VOC往往不是单一组分，而是多组分，很 难回收，或者要想达到能再利用的纯度，在经济上几乎无法承受。因此，在多数情 况下，只好采用破坏方法，即将VOC转化为无害物质后再排入大气。对企业来 讲，要实现环保，必须投资。因此，如何做到既环保（还要避免产生二次污染）又 节能，而且经济合理，已成为当前有机废气净化技术的发展方向。 

目前在有机废气的净化方面，已开发了许多方法，并且已在工业生产中获得成 功应用。若按其原理，不外乎物理的、化学的、生物的净化方法，但也可如下来

分类。

①热力学方法 例如冷凝、吸收、吸附和膜分离等（吸附和吸收可以是化学 的或物理的，故归入热力学范畴为佳）。

②化学方法 热式热力燃烧" 例如燃烧法，即氧化法（直接燃烧、热力燃烧、催化燃烧）

③生化方法（也称生物降解法或生物催化法）例如生化过滤、生化洗涤和生 化膜分离等。

就环保、经济而论，如果VOC的价值较高，而且有可能回收，则应尽可能将 其回收再利用。因此，从这个意义上讲，有机废气的净化方法也可分为：

①回收法 例如吸附分离法、冷凝法和膜分离法等；

②转化法（也称破坏法）将VOC转化为无害物质，即CO2和HzO,例如燃 烧法和生化法等。

迄今为止，在工业上已获得成功应用的有机废气净化方法主要有吸附法、吸收 法、冷凝法、膜分离法、生化法、低温等离子体法、光催化氧化法和燃烧法。就燃 烧法而言，可分为直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧。废气中VOC的燃烧也产生热 量，就热量的回收方法（或废气预热方法）而论，又可分为蓄热式热力焚烧（Re- generative Thermal Incineration）和带间壁式换热器的热力焚烧（Recuperative Thermal Incineration）,前者所用的装置即为RTO。在上述各种处理有机废气的方 法中，目前应用*多的还是蓄热式热力燃烧方法，即用蓄热式热力氧化器或蓄热式 催化氧化器（缩写RTO和RCO,以下同）来处理VOC废气，而其中RTO用得 更为广泛。据文献［12］报道，在净化含VOC废气的环保市场中，RTO、RCO 和生化法的市场占有份额分别为70%、10%和15%。在欧美发达国家，RTO和 RCO已在整个VOC废气净化范围内起到主导地位，并已逐步替代经典的热力燃 烧。当然，上述各种方法都有其优缺点，同时各有其*合适的应用场合；有时可单 独使用，有时也可联合使用来达到在能耗、环保上*优和*经济的组合。

众所周知，蓄热炉（也称热风炉）很早以前已在化工、冶金等行业中用于空气 的预热，以便充分利用生产过程排出烟气的热能。用RTO来处理有机废气就是在 此基础上发展起来的°较早将RTO 用于VOC废气的净化大致在20世纪70年代 初（约1972年），由美国Hamon Research-Cottrell公司第*次将RTO引入市 场口 3,14］。当时用陶瓷材料作为蓄热体，*高的热效率也就在80%〜85%之间。 1978年美国加利福尼亚州金属制品厂的漆包线生产线也是用RTO来处理含溶剂的 排放废气口5七 之后，随着世界各国对VOC排放的严格控制和对排放允许限值的 要求越来越严，因而涉及需要对排放VOC废气进行处理的领域也越来越宽，必须 配备有机废气净化装置的企业自然不断增多。到20世纪90年代中期，特别在欧美 发达国家，RTO已经非常普遍地用于V（）C废气的净化处理。采用RTO,虽然一 次性投资较大，但其优点是：首先，它几乎可适应所有有机废气的处理，而且热效 率极高，特别是当废气中有机物的浓度合适时，可不必添加辅助燃料而实现自供热 操作，从而达到既节能、减排又能符合排放要求；其次，当废气浓度较高时还可回 收热量，借以补偿或回收投资。此外，RT。的操作方便、可靠，很少需要维护。 目前，典型的RT。已从两室、三室、五室发展到七室和多室装置，并已开发了许 多不同类型的RTO 装置，以满足各种需要，例如：单床式RTO和旋转式RTC)O 在切换阀(换向阀)方面也作了许多改进，提高了其密封性和快速性，并延长其使 用寿命；也有用旋转式气体分配器切换气流方向来代替传统的切换阀，而不必使蓄 热体旋转。RTO的装置规模已有从处理小气量到极大气量的系列。在2000年，当 时称为欧洲*大的一套RTO装置是由LTG Mailaender, GmbH为英国一家墙纸 生产厂设计的，用于处理印刷车间排出含有机溶剂和增塑剂的废气⑺，其处理风 量为3OOOOONm3/h,两套、三室式，即当时的单套处理能力已达150000Nm3/ho 目前RTO装置一般系列为5000〜80000Nm3/h, 一套RTO装置的*大处理能力可 达400000〜600000Nm3/h。根据有机废气中VOC的种类和组成，一般讲，当废气 中VOC浓度达到2〜3g/m3时(视VOC的热值大小而定)，即可实现自供热操作。 若废气浓度达不到自热操作，但十分接近自热点的浓度时，则可在原料废气中补充 一些燃料气而达到自供热操作所需浓度，但必须有防爆安全监控装置，以确保 VOC浓度低于爆炸下限。如果废气中VOC浓度较高，则可以回收余热，例如： 用于加热导热油或生产热水、蒸汽等，从而可以回收投资费用。

在RTO的设计方面，许多环保工程公司均已开发了相应的设计计算软件，以 及对RTO的操作行为、流体力学和传热进行数值模拟和优化〔成。目前RTO装置 大多采用模块组合式、集装箱式和预制件式的标准、系列化设计，以适应不同的气 体处理量要求，并且可以在很短时间内在现场安装完毕。

此外，美国Thermatrix Inc.(现属Selas-Linde公司)还开发了填充陶瓷蓄热 体的无火烟热力氧化装置(Flameless Thermal Oxidation, FTO)】"〕。

为适应不同的气体处理量，节省风机电能消耗，风机采用变频控制。

在测定、监控VOC浓度方面，大多采用在线火焰电离检测器(FID)、红外检 测器(IR)或光离子检测器(PID)。为确保RT()装置安全可靠地运转，目前 RTO装置系统都采用可编程序控制器(PLC)进行监控。此外许多公司还开发了 诸如：温度安全控制系统(Temperatur Safety System, TSS)、燃料安全系统 (Fuel Safety System, FSS)来自动监控蓄热室、燃烧室和切换阀的温度，以及监 控燃料的供给，并设置超温警报器。整个RTO装置系统可利用触摸式显示监控技 术(P&nelview)方便地进行实时监控和操作。

RTO装置中对热交换起到关键作用的是蓄热填充物，也称蓄热体，常用陶瓷 材料做成。在陶瓷蓄热体方面，目前RTO中经常使用的基本上还是陶瓷散堆填料 和陶瓷规整填料两大类。在散堆填料方面：*初采用化工中常见瓷球和陶瓷矩鞍 环，而用得较多的是陶瓷矩鞍环。近代的陶瓷矩鞍环在开孔面积和气流流道的设计 

io | o机废死的净化技术）

方面均有很大改进，从而进一步防止了填料的相互叠套和降低气流通过填料床层时 的压力损失，例如：美国Koch Knight公司开发的新型陶瓷矩鞍环填料（Flex- eramic Saddles）,其压降比传统的陶瓷矩鞍环可降低20%；美国原Norton公司研 制开发了陶瓷Ty-Pak填料，一种扁平的、类似8字形的填料，据称在相同效率情 况下与原来矩鞍环相比，操作费用较低（压降较低），而且不易破碎。在规整填料 方面，目前应用*多的还是陶瓷蜂窝填料（Ceramic Honey Comb），因为无论在传 热性能还是在流体力学性能方面均优于散堆填料。在同样条件下与散堆填料相比， 采用陶瓷蜂窝填料作为蓄热体，可以大大降低压降，从而减少了操作费用；同时还 可减小RTO装置的容积，因而降低了投资费用。除陶瓷蜂窝填料外，也有采用类 似化工生产中常见的陶瓷波纹填料作为蓄热体，例如美国Koch Knight公司开发的 陶瓷波纹填料（Flexeramic Corrugated Structured Packing）»据称这种蓄热体具有 良好的气流分布性能，而且不像陶瓷蜂窝填料的孔是直通的，一旦一个孔道局部受 堵，将殃及上、下整个通道。当然，陶瓷蜂窝填料也在不断改进，除了改变小孔形 状和增强抗压强度外，例如为防止上述堵孔，将蜂窝柱的一个端面加工成圆弧凹 面。除上述类型的蓄热体外，还有可整砌的小块蓄热体，例如美国Saint-Gobain Nor Pro公司开发的三角孔眼正六边形的蓄热体（HexPak）,因而也具有规整填料 的优点。总的来讲，两种类型的蓄热体都在使用，但规整填料的价格比散堆填料贵 好几倍；不过在正常情况下，一般的陶瓷散堆填料的使用寿命约为5年，而规整陶 瓷蜂窝填料的寿命长达10年之久。

从目前RTO装置技术的进一步发展看，首先是力求减排（减少C（）2、、NO,. 的排放），这就要求改善燃烧器的设计（例如已开发低NO,的燃烧器）和燃烧过程 特别是对燃烧温度的控制，以及采用电加热来替代油/气燃料，借以避免添加辅助 燃料燃烧和高温可能引起的二次污染；其次是研究如何提高气速、开发高效的蓄热 体来缩小装置的容积，借以降低投资费用；改进气体的初始分布来提高蓄热体的有 效利用率和传热效果；改进切换阀来延长其使用寿命；进一步开发对装置中诸参数 的自动监测控制，借以提高操作的安全性和可靠性等方面，还有许多值得研究的问 题。此外，对RTO装置进行数值计算和计算机模拟，可以预先了解过程的操作行 为和优化装置的设计，并在某些方面可代替RTO的中间试验来节省费用。

有机废气的净化方法众多，各有所长；把两种方法合理地组合往往可以得到* 佳的效果，例如：RTO与吸附浓缩器的联合使用（特别是当风量太大时），以及在 原有RTO装置的陶瓷蓄热体床层上再添加一层催化剂（采用要求不太高、不太敏 感的催化剂）来降低操作温度，即便是反应温度只下降loo°C左右，也是合算的， 应该值得推广的。

RTO装置在工业中的应用已有近40年历史，一方面积累了许多经验，但另一 方面也发现了不少问题，有些已经解决或有待改进。

（1）烧尽系统为防止有机废气中夹带的有机物液滴（如油漆）、高沸点碳氢 化合物在蓄热体床层冷端的冷凝和积聚，并沉积在蓄热体表面上而造成床层堵塞，  

许多RT()装置都设有烧尽系统.也称烘炉，即所谓“Bake-out”或"Burn-out"系统，大多用部分高温净化气流来在线或定期清除蓄热体中污染物的沉积或结焦。

(2) 硅氧烷问题近年来发现有些VOC废气中含有硅氧烷(Siloxanes)，特 别在处理塑料、木材加工、半导体加工、硅橡胶、食品添加剂、洗涤剂、纺织涂 层' 颜料添加剂生产过程中排放的废气时，均发现有挥发性的有机硅化合物气体。 在处理这种含有机硅化合物的废气时，硅在高温下氧化为SiQ而呈玻璃态状，它 可以使陶瓷矩鞍环结块成团和堵塞蜂窝填料的小孔・从而引起床层压降升高，甚至 造成装置不能运转而停工。为此，许多环保公司已开发了各类防止、清除Sio2 的RTO装置：例如将废气先在一个燃烧室中燃烧，初步除去SiC)2后，再进入 RTO装置；也有设想采用移动床，以便在RT()运转过程中可随时冲洗或更换 蓄热体。

(3) 腐蚀问题 另一个突出的问题是腐蚀问题，这可能是由于在原料废气中存 在腐蚀性气体，而在输送管道中因温度低而冷凝、积聚造成对材料的腐蚀；另一种 是处理含氯化炷类的VOC时因氧化反应而生成HC1和Cl2,引起某些部位或排气 管道的腐蚀。解决办法是适当提高废气或排气温度，以及采用耐腐蚀的高合金钢 材料。

(4) RTO的改造更新问题 迄今为止，欧美许多企业的RTO装置有的已运 转了 20〜30年左右，目前面临更新换代。总的趋势是：在原有设备基础上进行改 造，即除了进一步完善自动监控系统外，主要是用蜂窝陶瓷代替原有的陶瓷矩鞍 环，借以扩大处理能力和提高热效率，或降低压降来节省风机的电耗；以及在可能 的条件下，加一层催化剂来降低操作温度，从而进一步达到节能、减排目的。

在我国，除了一些引进装置已配备有机废气的净化设备外，用RTO处理有机 废气起步较晚，大致在20世纪末到21世纪初在文献中才开始介绍RTO口8〜20〕。 随着人们对VOC污染的日益重视，以及国家对大气污染控制的各类法规的出台， 关于大风量VOC废气排放的控制技术不断有大量文献报道［3,21〜25］,以及有关 VOC催化氧化的催化剂研究和开发【24,26,27,28」和诸如用电晕法和光催化法处理 VOC等方面也都有文献介绍也29］。

编者曾在互联网上作过不完全的调查，我国已有许多从事环保工程的企业、单 位，而其中已经在设计、建造RTO/RCO的企业或单位至少有40多家；有些是独 立的或合资的企业，有些是在原有制造喷涂装备基础上发展起来的环保企业。这些 企业和单位在为我国环保事业，特别是在有机废气的处理和空气净化以及RTO技 术的发展方面都做出了很大的贡献。遗憾的是，有关RTO技术及其在生产中的应 用，很难在公开杂志上见到。

据编者所知，我国在RTO技术开发和推广方面，兰州瑞玛公司在20世纪末 已建造了 RTO试验装置，并对RTO装置的流体阻力、热效率、蓄热体的类型等 进行了系统测试，从而为RT()的设计奠定了坚实的基础。该公司又开发了作为蓄 热体的多层叠片式的陶瓷规整填料(Multi-Layer Media, MLM)Mo据称该蓄热 体，在相同条件下与传统的lin陶瓷矩鞍环相比，蓄热室的床层高度可减少50%, 能耗降低30%。由于MLM蓄热体在性能上接近蜂窝填料，但优于陶瓷矩鞍环， 而且在价格上又比陶瓷蜂窝填料便宜，因此受到用户欢迎，目前已远销欧美各国。

RT()装置中的许多设备、部件我国都能自给，但在燃烧器方面大多还依赖从 外国进口 ,例如采用Eclipse或North America的燃烧技术。

因为RT()技术不仅可以处理含有机化合物的废气，而且其蓄热技术也可以用 于所有工业炉领域来提高热效率，所以可以预料：RTO不仅只用于挥发性有机化 合物污染的净化处理，而且将不断扩大到其他领域。这里值得一提的是：美国 Megtec公司开发了处理含甲烷废气的RT()技术，称为“VOCSIDIZER”，并已用 于煤矿通风甲烷气的处理。该技术于2007年首先在澳大利亚的亚必和必拓公司 (BHP Billiton)的西崖煤矿(West Cliff Colliery)获得应用，并成功建造了 RT() 装置用来产生高品位的过热蒸汽供6MW涡轮机组发电。煤矿瓦斯的主要成分是烷 炷，其中甲烷约占95%,含少量乙烷、丙烷、丁烷、硫化氢、二氧化碳、氮和水。 全世界的煤矿，每年因采煤向大气排放的甲烷以数百亿立方米计的量令人惊叹。众 所周知，甲烷是温室气体，其温室效应是二氧化碳的21倍。因此，用RTO处理 煤矿排放的煤层气，不仅可减少温室气体的排放，而且还可利用甲烷高的热值来回 收热能，用来产生热水、蒸汽或发电。这将是应用RTO技术的一个新领域。解决 煤矿通风甲烷气的排放是RTO技术在节能、减排方面又一重大突破，这无疑将会 进一步促进RTO技术的应用和发展。

目前，我国在环境治理方面还落后于发达国家，随着人们对空气质量要求的不 断提高和国家对净化空气法规的出台，中国巨大的环保市场吸引了世界各国环保企 业来华发展。单从建造RTO/RCO装置的公司看(仅就作者所知，只是一小部 分)，例如有

德国：Duerr AG, LTG Mailaender GmbH, Eisenmann AG, Langbein & Engelbracht GmbH, Sued-Chemie Konzern, ALTANA AG (BYK), Lufttechnik Bayreuth GmbH ( LTB) , Oschatz GmbH, EWK Umwelttechnik, KBA-Metal- print GmbH, Rauschert GmbH, Suedchemie Groupo

奥地利：AE & E Co… Ltd…

美国：Megtec Enviromental Ltd. , Thermatrix Co. , Ltd, Venjakob Group, ALSTON Group, Anguil Environmental Ltd. o

瑞士： KVT (Kanzler Verfahrenstechnik GmbH) o

这些外国公司，在全球处理V()C废气的技术方面，大多已有建造过上千台、 数千台RTO/RCO装置的业绩，因此，目前在我国许多大型企业，诸如汽车、化 工、医药、印刷、电子等许多行业中，特别是在外资/合资企业的VOC废气处理 方面，外国公司占有相当大的份额。但是可以预料，随着我国RT()技术的不断成 熟，自主设计、制造、应用RT()的数量不断增多，必将很快改变现状。