VOC的污染控制技術發(fā)展，很大程度上是與各個國家制定的環(huán)保政策密切相 關。為保持空氣的清潔，世界各國對VOC的排放都作了嚴格控制，規(guī)定了排放的 界限值，而且越來越嚴格。解決VOC的污染問題，從根本上講，是要提倡不用或 少用有機溶劑，或者將溶劑回收再利用。對于前者，目前各國都在逐步實行有機溶 劑減排的強制措施，以及開發(fā)無有機溶劑的涂料；對于后者，在以空氣作為載體的 VOC廢氣情況下，要將溶劑回收并循環(huán)再利用，在大多數(shù)情況下是有一定困難的。 其原因是，風量太大、濃度過低，而且VOC往往不是單一組分，而是多組分，很 難回收，或者要想達到能再利用的純度，在經(jīng)濟上幾乎無法承受。因此，在多數(shù)情 況下，只好采用破壞方法，即將VOC轉化為無害物質后再排入大氣。對企業(yè)來 講，要實現(xiàn)環(huán)保，必須投資。因此，如何做到既環(huán)保（還要避免產(chǎn)生二次污染）又 節(jié)能，而且經(jīng)濟合理，已成為當前有機廢氣凈化技術的發(fā)展方向。
目前在有機廢氣的凈化方面，已開發(fā)了許多方法，并且已在工業(yè)生產(chǎn)中獲得成 功應用。若按其原理，不外乎物理的、化學的、生物的凈化方法，但也可如下來
分類。
①熱力學方法 例如冷凝、吸收、吸附和膜分離等（吸附和吸收可以是化學 的或物理的，故歸入熱力學范疇為佳）。
②化學方法 熱式熱力燃燒" 例如燃燒法，即氧化法（直接燃燒、熱力燃燒、催化燃燒）
③生化方法（也稱生物降解法或生物催化法）例如生化過濾、生化洗滌和生 化膜分離等。
就環(huán)保、經(jīng)濟而論，如果VOC的價值較高，而且有可能回收，則應盡可能將 其回收再利用。因此，從這個意義上講，有機廢氣的凈化方法也可分為：
①回收法 例如吸附分離法、冷凝法和膜分離法等；
②轉化法（也稱破壞法）將VOC轉化為無害物質，即CO2和HzO,例如燃 燒法和生化法等。
迄今為止，在工業(yè)上已獲得成功應用的有機廢氣凈化方法主要有吸附法、吸收 法、冷凝法、膜分離法、生化法、低溫等離子體法、光催化氧化法和燃燒法。就燃 燒法而言，可分為直接燃燒、熱力燃燒和催化燃燒。廢氣中VOC的燃燒也產(chǎn)生熱 量，就熱量的回收方法（或廢氣預熱方法）而論，又可分為蓄熱式熱力焚燒（Re- generative Thermal Incineration）和帶間壁式換熱器的熱力焚燒（Recuperative Thermal Incineration）,前者所用的裝置即為RTO。在上述各種處理有機廢氣的方 法中，目前應用*多的還是蓄熱式熱力燃燒方法，即用蓄熱式熱力氧化器或蓄熱式 催化氧化器（縮寫RTO和RCO,以下同）來處理VOC廢氣，而其中RTO用得 更為廣泛。據(jù)文獻［12］報道，在凈化含VOC廢氣的環(huán)保市場中，RTO、RCO 和生化法的市場占有份額分別為70%、10%和15%。在歐美發(fā)達國家，RTO和 RCO已在整個VOC廢氣凈化范圍內起到主導地位，并已逐步替代經(jīng)典的熱力燃 燒。當然，上述各種方法都有其優(yōu)缺點，同時各有其*合適的應用場合；有時可單 獨使用，有時也可聯(lián)合使用來達到在能耗、環(huán)保上*優(yōu)和*經(jīng)濟的組合。
眾所周知，蓄熱爐（也稱熱風爐）很早以前已在化工、冶金等行業(yè)中用于空氣 的預熱，以便充分利用生產(chǎn)過程排出煙氣的熱能。用RTO來處理有機廢氣就是在 此基礎上發(fā)展起來的°較早將RTO 用于VOC廢氣的凈化大致在20世紀70年代 初（約1972年），由美國Hamon Research-Cottrell公司第*次將RTO引入市 場口 3,14］。當時用陶瓷材料作為蓄熱體，*高的熱效率也就在80%?85%之間。 1978年美國加利福尼亞州金屬制品廠的漆包線生產(chǎn)線也是用RTO來處理含溶劑的 排放廢氣口5七 之后，隨著世界各國對VOC排放的嚴格控制和對排放允許限值的 要求越來越嚴，因而涉及需要對排放VOC廢氣進行處理的領域也越來越寬，必須 配備有機廢氣凈化裝置的企業(yè)自然不斷增多。到20世紀90年代中期，特別在歐美 發(fā)達國家，RTO已經(jīng)非常普遍地用于V（）C廢氣的凈化處理。采用RTO,雖然一 次性投資較大，但其優(yōu)點是：首先，它幾乎可適應所有有機廢氣的處理，而且熱效 率極高，特別是當廢氣中有機物的濃度合適時，可不必添加輔助燃料而實現(xiàn)自供熱 操作，從而達到既節(jié)能、減排又能符合排放要求；其次，當廢氣濃度較高時還可回 收熱量，借以補償或回收投資。此外，RT。的操作方便、可靠，很少需要維護。 目前，典型的RT。已從兩室、三室、五室發(fā)展到七室和多室裝置，并已開發(fā)了許 多不同類型的RTO 裝置，以滿足各種需要，例如：單床式RTO和旋轉式RTC)O 在切換閥(換向閥)方面也作了許多改進，提高了其密封性和快速性，并延長其使 用壽命；也有用旋轉式氣體分配器切換氣流方向來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的切換閥，而不必使蓄 熱體旋轉。RTO的裝置規(guī)模已有從處理小氣量到極大氣量的系列。在2000年，當 時稱為歐洲*大的一套RTO裝置是由LTG Mailaender, GmbH為英國一家墻紙 生產(chǎn)廠設計的，用于處理印刷車間排出含有機溶劑和增塑劑的廢氣⑺，其處理風 量為3OOOOONm3/h,兩套、三室式，即當時的單套處理能力已達150000Nm3/ho 目前RTO裝置一般系列為5000?80000Nm3/h, 一套RTO裝置的*大處理能力可 達400000?600000Nm3/h。根據(jù)有機廢氣中VOC的種類和組成，一般講，當廢氣 中VOC濃度達到2?3g/m3時(視VOC的熱值大小而定)，即可實現(xiàn)自供熱操作。 若廢氣濃度達不到自熱操作，但十分接近自熱點的濃度時，則可在原料廢氣中補充 一些燃料氣而達到自供熱操作所需濃度，但必須有防爆安全監(jiān)控裝置，以確保 VOC濃度低于爆炸下限。如果廢氣中VOC濃度較高，則可以回收余熱，例如： 用于加熱導熱油或生產(chǎn)熱水、蒸汽等，從而可以回收投資費用。
在RTO的設計方面，許多環(huán)保工程公司均已開發(fā)了相應的設計計算軟件，以 及對RTO的操作行為、流體力學和傳熱進行數(shù)值模擬和優(yōu)化〔成。目前RTO裝置 大多采用模塊組合式、集裝箱式和預制件式的標準、系列化設計，以適應不同的氣 體處理量要求，并且可以在很短時間內在現(xiàn)場安裝完畢。
此外，美國Thermatrix Inc.(現(xiàn)屬Selas-Linde公司)還開發(fā)了填充陶瓷蓄熱 體的無火煙熱力氧化裝置(Flameless Thermal Oxidation, FTO)】"〕。
為適應不同的氣體處理量，節(jié)省風機電能消耗，風機采用變頻控制。
在測定、監(jiān)控VOC濃度方面，大多采用在線火焰電離檢測器(FID)、紅外檢 測器(IR)或光離子檢測器(PID)。為確保RT()裝置安全可靠地運轉，目前 RTO裝置系統(tǒng)都采用可編程序控制器(PLC)進行監(jiān)控。此外許多公司還開發(fā)了 諸如：溫度安全控制系統(tǒng)(Temperatur Safety System, TSS)、燃料安全系統(tǒng) (Fuel Safety System, FSS)來自動監(jiān)控蓄熱室、燃燒室和切換閥的溫度，以及監(jiān) 控燃料的供給，并設置超溫警報器。整個RTO裝置系統(tǒng)可利用觸摸式顯示監(jiān)控技 術(P&nelview)方便地進行實時監(jiān)控和操作。
RTO裝置中對熱交換起到關鍵作用的是蓄熱填充物，也稱蓄熱體，常用陶瓷 材料做成。在陶瓷蓄熱體方面，目前RTO中經(jīng)常使用的基本上還是陶瓷散堆填料 和陶瓷規(guī)整填料兩大類。在散堆填料方面：*初采用化工中常見瓷球和陶瓷矩鞍 環(huán)，而用得較多的是陶瓷矩鞍環(huán)。近代的陶瓷矩鞍環(huán)在開孔面積和氣流流道的設計
io | o機廢死的凈化技術）
方面均有很大改進，從而進一步防止了填料的相互疊套和降低氣流通過填料床層時 的壓力損失，例如：美國Koch Knight公司開發(fā)的新型陶瓷矩鞍環(huán)填料（Flex- eramic Saddles）,其壓降比傳統(tǒng)的陶瓷矩鞍環(huán)可降低20%；美國原Norton公司研 制開發(fā)了陶瓷Ty-Pak填料，一種扁平的、類似8字形的填料，據(jù)稱在相同效率情 況下與原來矩鞍環(huán)相比，操作費用較低（壓降較低），而且不易破碎。在規(guī)整填料 方面，目前應用*多的還是陶瓷蜂窩填料（Ceramic Honey Comb），因為無論在傳 熱性能還是在流體力學性能方面均優(yōu)于散堆填料。在同樣條件下與散堆填料相比， 采用陶瓷蜂窩填料作為蓄熱體，可以大大降低壓降，從而減少了操作費用；同時還 可減小RTO裝置的容積，因而降低了投資費用。除陶瓷蜂窩填料外，也有采用類 似化工生產(chǎn)中常見的陶瓷波紋填料作為蓄熱體，例如美國Koch Knight公司開發(fā)的 陶瓷波紋填料（Flexeramic Corrugated Structured Packing）»據(jù)稱這種蓄熱體具有 良好的氣流分布性能，而且不像陶瓷蜂窩填料的孔是直通的，一旦一個孔道局部受 堵，將殃及上、下整個通道。當然，陶瓷蜂窩填料也在不斷改進，除了改變小孔形 狀和增強抗壓強度外，例如為防止上述堵孔，將蜂窩柱的一個端面加工成圓弧凹 面。除上述類型的蓄熱體外，還有可整砌的小塊蓄熱體，例如美國Saint-Gobain Nor Pro公司開發(fā)的三角孔眼正六邊形的蓄熱體（HexPak）,因而也具有規(guī)整填料 的優(yōu)點?？偟膩碇v，兩種類型的蓄熱體都在使用，但規(guī)整填料的價格比散堆填料貴 好幾倍；不過在正常情況下，一般的陶瓷散堆填料的使用壽命約為5年，而規(guī)整陶 瓷蜂窩填料的壽命長達10年之久。
從目前RTO裝置技術的進一步發(fā)展看，首先是力求減排（減少C（）2、、NO,. 的排放），這就要求改善燃燒器的設計（例如已開發(fā)低NO,的燃燒器）和燃燒過程 特別是對燃燒溫度的控制，以及采用電加熱來替代油/氣燃料，借以避免添加輔助 燃料燃燒和高溫可能引起的二次污染；其次是研究如何提高氣速、開發(fā)高效的蓄熱 體來縮小裝置的容積，借以降低投資費用；改進氣體的初始分布來提高蓄熱體的有 效利用率和傳熱效果；改進切換閥來延長其使用壽命；進一步開發(fā)對裝置中諸參數(shù) 的自動監(jiān)測控制，借以提高操作的安全性和可靠性等方面，還有許多值得研究的問 題。此外，對RTO裝置進行數(shù)值計算和計算機模擬，可以預先了解過程的操作行 為和優(yōu)化裝置的設計，并在某些方面可代替RTO的中間試驗來節(jié)省費用。
有機廢氣的凈化方法眾多，各有所長；把兩種方法合理地組合往往可以得到* 佳的效果，例如：RTO與吸附濃縮器的聯(lián)合使用（特別是當風量太大時），以及在 原有RTO裝置的陶瓷蓄熱體床層上再添加一層催化劑（采用要求不太高、不太敏 感的催化劑）來降低操作溫度，即便是反應溫度只下降loo°C左右，也是合算的， 應該值得推廣的。
RTO裝置在工業(yè)中的應用已有近40年歷史，一方面積累了許多經(jīng)驗，但另一 方面也發(fā)現(xiàn)了不少問題，有些已經(jīng)解決或有待改進。
（1）燒盡系統(tǒng)為防止有機廢氣中夾帶的有機物液滴（如油漆）、高沸點碳氫 化合物在蓄熱體床層冷端的冷凝和積聚，并沉積在蓄熱體表面上而造成床層堵塞，
許多RT()裝置都設有燒盡系統(tǒng).也稱烘爐，即所謂“Bake-out”或"Burn-out"系統(tǒng)，大多用部分高溫凈化氣流來在線或定期清除蓄熱體中污染物的沉積或結焦。
(2) 硅氧烷問題近年來發(fā)現(xiàn)有些VOC廢氣中含有硅氧烷(Siloxanes)，特 別在處理塑料、木材加工、半導體加工、硅橡膠、食品添加劑、洗滌劑、紡織涂 層' 顏料添加劑生產(chǎn)過程中排放的廢氣時，均發(fā)現(xiàn)有揮發(fā)性的有機硅化合物氣體。 在處理這種含有機硅化合物的廢氣時，硅在高溫下氧化為SiQ而呈玻璃態(tài)狀，它 可以使陶瓷矩鞍環(huán)結塊成團和堵塞蜂窩填料的小孔?從而引起床層壓降升高，甚至 造成裝置不能運轉而停工。為此，許多環(huán)保公司已開發(fā)了各類防止、清除Sio2 的RTO裝置：例如將廢氣先在一個燃燒室中燃燒，初步除去SiC)2后，再進入 RTO裝置；也有設想采用移動床，以便在RT()運轉過程中可隨時沖洗或更換 蓄熱體。
(3) 腐蝕問題 另一個突出的問題是腐蝕問題，這可能是由于在原料廢氣中存 在腐蝕性氣體，而在輸送管道中因溫度低而冷凝、積聚造成對材料的腐蝕；另一種 是處理含氯化炷類的VOC時因氧化反應而生成HC1和Cl2,引起某些部位或排氣 管道的腐蝕。解決辦法是適當提高廢氣或排氣溫度，以及采用耐腐蝕的高合金鋼 材料。
(4) RTO的改造更新問題 迄今為止，歐美許多企業(yè)的RTO裝置有的已運 轉了 20?30年左右，目前面臨更新?lián)Q代?？偟内厔菔牵涸谠性O備基礎上進行改 造，即除了進一步完善自動監(jiān)控系統(tǒng)外，主要是用蜂窩陶瓷代替原有的陶瓷矩鞍 環(huán)，借以擴大處理能力和提高熱效率，或降低壓降來節(jié)省風機的電耗；以及在可能 的條件下，加一層催化劑來降低操作溫度，從而進一步達到節(jié)能、減排目的。
在我國，除了一些引進裝置已配備有機廢氣的凈化設備外，用RTO處理有機 廢氣起步較晚，大致在20世紀末到21世紀初在文獻中才開始介紹RTO口8?20〕。 隨著人們對VOC污染的日益重視，以及國家對大氣污染控制的各類法規(guī)的出臺， 關于大風量VOC廢氣排放的控制技術不斷有大量文獻報道［3,21?25］,以及有關 VOC催化氧化的催化劑研究和開發(fā)【24,26,27,28」和諸如用電暈法和光催化法處理 VOC等方面也都有文獻介紹也29］。
編者曾在互聯(lián)網(wǎng)上作過不完全的調查，我國已有許多從事環(huán)保工程的企業(yè)、單 位，而其中已經(jīng)在設計、建造RTO/RCO的企業(yè)或單位至少有40多家；有些是獨 立的或合資的企業(yè)，有些是在原有制造噴涂裝備基礎上發(fā)展起來的環(huán)保企業(yè)。這些 企業(yè)和單位在為我國環(huán)保事業(yè)，特別是在有機廢氣的處理和空氣凈化以及RTO技 術的發(fā)展方面都做出了很大的貢獻。遺憾的是，有關RTO技術及其在生產(chǎn)中的應 用，很難在公開雜志上見到。
據(jù)編者所知，我國在RTO技術開發(fā)和推廣方面，蘭州瑞瑪公司在20世紀末 已建造了 RTO試驗裝置，并對RTO裝置的流體阻力、熱效率、蓄熱體的類型等 進行了系統(tǒng)測試，從而為RT()的設計奠定了堅實的基礎。該公司又開發(fā)了作為蓄 熱體的多層疊片式的陶瓷規(guī)整填料(Multi-Layer Media, MLM)Mo據(jù)稱該蓄熱 體，在相同條件下與傳統(tǒng)的lin陶瓷矩鞍環(huán)相比，蓄熱室的床層高度可減少50%, 能耗降低30%。由于MLM蓄熱體在性能上接近蜂窩填料，但優(yōu)于陶瓷矩鞍環(huán)， 而且在價格上又比陶瓷蜂窩填料便宜，因此受到用戶歡迎，目前已遠銷歐美各國。
RT()裝置中的許多設備、部件我國都能自給，但在燃燒器方面大多還依賴從 外國進口 ,例如采用Eclipse或North America的燃燒技術。
因為RT()技術不僅可以處理含有機化合物的廢氣，而且其蓄熱技術也可以用 于所有工業(yè)爐領域來提高熱效率，所以可以預料：RTO不僅只用于揮發(fā)性有機化 合物污染的凈化處理，而且將不斷擴大到其他領域。這里值得一提的是：美國 Megtec公司開發(fā)了處理含甲烷廢氣的RT()技術，稱為“VOCSIDIZER”，并已用 于煤礦通風甲烷氣的處理。該技術于2007年首先在澳大利亞的亞必和必拓公司 (BHP Billiton)的西崖煤礦(West Cliff Colliery)獲得應用，并成功建造了 RT() 裝置用來產(chǎn)生高品位的過熱蒸汽供6MW渦輪機組發(fā)電。煤礦瓦斯的主要成分是烷 炷，其中甲烷約占95%,含少量乙烷、丙烷、丁烷、硫化氫、二氧化碳、氮和水。 全世界的煤礦，每年因采煤向大氣排放的甲烷以數(shù)百億立方米計的量令人驚嘆。眾 所周知，甲烷是溫室氣體，其溫室效應是二氧化碳的21倍。因此，用RTO處理 煤礦排放的煤層氣，不僅可減少溫室氣體的排放，而且還可利用甲烷高的熱值來回 收熱能，用來產(chǎn)生熱水、蒸汽或發(fā)電。這將是應用RTO技術的一個新領域。解決 煤礦通風甲烷氣的排放是RTO技術在節(jié)能、減排方面又一重大突破，這無疑將會 進一步促進RTO技術的應用和發(fā)展。
目前，我國在環(huán)境治理方面還落后于發(fā)達國家，隨著人們對空氣質量要求的不 斷提高和國家對凈化空氣法規(guī)的出臺，中國巨大的環(huán)保市場吸引了世界各國環(huán)保企 業(yè)來華發(fā)展。單從建造RTO/RCO裝置的公司看(僅就作者所知，只是一小部 分)，例如有
德國：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
奧地利：AE & E Co… Ltd…
美國：Megtec Enviromental Ltd. , Thermatrix Co. , Ltd, Venjakob Group, ALSTON Group, Anguil Environmental Ltd. o
瑞士： KVT (Kanzler Verfahrenstechnik GmbH) o
這些外國公司，在全球處理V()C廢氣的技術方面，大多已有建造過上千臺、 數(shù)千臺RTO/RCO裝置的業(yè)績，因此，目前在我國許多大型企業(yè)，諸如汽車、化 工、醫(yī)藥、印刷、電子等許多行業(yè)中，特別是在外資/合資企業(yè)的VOC廢氣處理 方面，外國公司占有相當大的份額。但是可以預料，隨著我國RT()技術的不斷成 熟，自主設計、制造、應用RT()的數(shù)量不斷增多，必將很快改變現(xiàn)狀。
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