RTO 装置在化工废气处理中的应用探讨

曲宏霞

（潍坊天弘环境工程咨询有限公司，山东 潍坊 261071）

随着全球产业的迅速增长，化学工业公司等企业大量排放废气，导致自然环境破坏日益加剧。在化工生产过程中，产生的废气中，大多数挥发性有机化合物是细颗粒物的重要原料之一。为了保护自然环境和人类健康，这些废气必须经过处理后才能排放。近年来，随着环境压力的不断加大，人们认识到清洁的环境是任何国家最宝贵的财富。因此，我们应该宁愿关闭那些污染严重但产量不大的化工厂，也不能破坏环境。化工产业是国家经济发展必不可少的重要组成部分之一。然而，在相关化工企业的生产中，大量排放含有挥发性有机化合物的废弃气体，既有害于人体健康，又会对环境造成负面影响。因此，化工行业必须对产生的废气进行净化处理，以达到排放要求，这是实现可持续性发展的必然要求。目前，VOCs 处理主要采用吸附技术、生物技术处理法和热氧化技术等方法。现阶段，探讨高温氧化技术在化学工厂废气处理中的优点，最近，高温氧化技术已成为化工厂废气治理的重要代表之一，因为其高效节能等优点得到了快速发展。然而，有机废气成分错综复杂，浓度变化大，可能对高温氧化设备的稳定运行带来重大风险，可能导致安全事故发生。因此，保证热氧化设备的平稳运行和安全方面是化学厂最重要的问题。本篇文章分析了催化燃烧设备在化学工厂废气处理中的应用情况，并提出一些提议以便强化其运行稳定性。

1 化工废气处理技术简介

近年来，随着化学工业的高速发展，废气成分日益复杂，种类也更加多元化。随着时间的推移，挥发的有机化合物的排放量逐年增加，几乎要超过氮氧化合物的排放量。成为化学企业治理的重点。一般来说，化工企业通常会将易挥发的有机物质变成环保材料后再排放，以保护自然环境。这是因为易挥发的有机物质数量较大，不易回收，实现再利用需要巨大投资，不经济。现阶段，废气治理通常采用吸附法、生物处理技术、光催化处理和RTO 技术等，其中吸附机理利用活性炭或吸附剂作为一种吸附剂，对废气排放物进行吸附和过滤，包含吸附、解吸、凝结和再利用4 个关键步骤。该技术的净化效率受到废气的物理化学性质和种类的影响很大，可用于低浓度废气排放的净化处理。生物净化法则是利用特定微生物代谢有机废气，将其转化成二氧化碳和水，该方法适用于含有氧、氮、硫的有机或无机废气；利用光照和催化剂的方法可以将有机化合物分解为二氧化碳和水。光源和催化剂类型的选择是治理有害气体的关键因素之一。热氧化技术在废气处理领域已有百年历史，热氧化回收设备是一种高效率的废气处理设备体系，能够处理200 余种挥发性有机化合物。此类设备已从双室发展到多室的甚至包括14 个室。相对其他技术，再生热氧化处理技术是化工废气处理中广泛应用的一种技术。从各个角度全方位考虑后得出结论，高温氧化处理技术在废气处理中拥有独特的优点。现阶段，有机废气处理装置的净化率已超过98%。因此，在化工废气治理中有着广泛的应用前景。

2 RTO 技术概述

2.1 RTO 装置发展历程

20 世纪50 年代，燃气技术取得重要进展，但随着使用范围的扩大，废气排放和灰尘以及能源消耗大问题日益凸显。于是，工业领域开始加快步伐，开发新技术以降低能源消耗。之后，专家学者长期致力于研究高温气体燃烧，主要的目标是改善燃烧设备的开发。随着环保要求不断提高，再生热氧化装置逐渐在废气治理的多个领域得到应用。通过此项技术，一方面，减少了能源消耗，节省了能耗；另一方面，确保了燃烧排放气体达到排放标准。

2.2 RTO 装置的工作原理和基本特点

废气处理装置RTO 的处理原理是将有机化学废气通过加热器加热后进入燃烧室高温氧化生成CO2和H2O，并将废热储存起来，用作热能交换预热产生的新废气。废气处理装置可分为不同规格的热储存室，包括2 个、3 个、5 个不同规格的热储存室和多个热储存室。一般的反应吸附再生系统包含共用的燃烧腔、多个热储存室、换向器和对应的自动控制系统。

RTO 适用于处理密度为2 ～8g/m 的有机废物气体，对于浓度较低的低热值气体可以高达10g/m 以上。在难以处理的成分上，焚烧设备具有独特的优点，处理效率可达到95%以上。此外，废气处理设备具有高度适用性，能有效处理挥发性有机物的成分及浓度变化，同时热量回收率高，节约了操作费用。

2.3 RTO 装置设计中的关键问题

（1）蓄热体的选用。在化学工业废气治理中，应用可靠、节能、经济等优势的RTO 技术已经广泛推广。其中，热能储存体是RTO 设备的核心部分，其热性能非常重要，直接影响设备回收热能的效率。在确定热能储存设备的横截面积和高度积累值时，需要综合考虑废气排放量、有害成分浓度、转化时间等多种因素。循环加热和冷却的热能储存设备在性能方面要求高，包括稳定性等方面。在选择和设计废气处理装置时，应特别关注热容量、传热性能、表观比表面积和强度结构等性能指标，它们直接影响换热效率和经济效益。

（2）蓄热体的形状结构。目前，工业应用中，热能储存器的形状主要有管形、球形、蜂巢状和圆柱形等。其中，蜂巢状结构被广泛采用。相较其他几种结构形式，蜂巢结构的表面积积比球形结构大4 倍，具有快速蓄热存和散热速度，不易出现尘埃堵塞，且蜂窝状结构的通道形态表现为三角形、正方形和圆管形状等不同形态，在热传递方面存在一定的差异。依据理论和模拟结果，正方形状结构具有最具蓄热能力，但由于通道口径较小，所以损失阻力大于六边形状结构。在实际应用中，需综合考虑热传递性能和阻力损失，选择合适的蜂窝结构。

（3）蓄热体的材质。蓄热体的种类会对其传热性能和强度水平产生重要影响。一般来说，在选择材料时，应该综合考虑价格、成本、强度、耐用性和热传导性能等因素，并选择具有优异综合性能的材料。目前，常用的蓄热体包括铸造铁、高温陶瓷材料、炭素钢、A10 钢，以及二氧化硅等材料。目前，在陶瓷制品中，大部分使用硅铝酸盐矿和硅酸盐矿制造陶瓷热储体。随着相变材料技术的进步，也可适量掺入相变材料到原材料中，充分发挥相变储热的优点。

3 RTO 装置在化工废气处理中的实际应用

宇新新材料公司是一家专注于炭素材料深加工的高科技公司，其年产量达到15 万吨的苯甲酸酐产品。为了遵循最新的环境保护法规，公司应用催化燃烧技术处理生产过程中产生的有机废弃气体。2022 年，公司投入资金运行了2 个12 个室的RTO 设备，效果良好，这个设备的废气处理效率达到了超过99%，余热回收效率高达94%以上。应用废热后，生成了8550kPa 的压力和535℃的高温水蒸气，供应用户使用。新华制药公司生产和销售药品及化学制品，其废气排放中含有各种有机化合物。过去采用利用活性炭吸附的技术处理，但效率不高，回收率低，且不符合当地法规。现在，随着处理收集技术的不断改进，我们使用废气处理设备，并不断调整和优化操作参数。当前，针对挥发性有机物，成功地实现了高达98%的降解率。随着反应蒸馏再生设备的不断改进，越来越多的国内制药企业和化工公司开始使用该设备。

4 RTO 装置存在的主要问题

近年来，我国化学工业生产的废气排放量不断增加，对环境污染问题造成了严重影响。为此，再生热氧化装置在化学工业领域得到了广泛应用，以减少对环境的负面影响。废气处理系统是一项整体工程，必须从整体角度出发加强对各个环节的管理控制。但实际情况下，由于系统设计缺陷、材料选择不当等原因，会大大降低废气处理系统的运行稳定性能，引发安全事故事件。因此，在设计和运行过程中，需要加强对系统的监测和维护，以确保废气处理系统的安全稳定运行。

4.1 废气采集系统的不合理

废气排放需要进行分类处理预备，否则，大量酸性气体会对设备损耗严重。此外，燃烧后剩下的物质会长期积聚在废气处理设备的热媒底部区域，降低处理效率，甚至可能引发火灾。

4.2 废气浓度及氧含量缺乏有效控制

一些化工企业经常没有处理废气净化，导致管道中含有机物的废气浓度异常升高，从而引发温度报警。假如温度达到爆炸极限，废气将被排放到RTO 旁路排放系统，而且废气和尾气混合有可能引发爆炸事故。另外，进气流量不稳定性较大也是导致运行不稳定的重要因素。

4.3 RTO 装置选材不当

在处理尾气排放口、控制阀门或其他部件时，若选用不锈钢材质，会极易损坏导致气体外泄，严重影响设备稳定性；处理排烟管道、净化塔等时，若选用塑料材料，也会极易磨损老化，大大提高了维修费用。

4.4 备热体材料的使用寿命不高

现阶段，我国陶瓷蜂窝的使用寿命较为有限，一般约半年便须更换。随着废气排放的压力不断增强，陶瓷蜂窝在长期暴露于气体腐蚀和热循环环境中会受应力的影响，致使其抗热性降低。除此之外，假如储存热量的介质内出现气体体积的变化，还会诱发陶瓷蜂窝的部分迅速升高温度，引起大量的热应力的作用，导致蜂窝陶瓷的结构破裂。因此，目前急需解决的问题之一是研制出更具耐高温、抗腐蚀性能的陶瓷蜂窝材料。

5 提升RTO 装置运行稳定性的措施

设计RTO 装置的最重要任务是充分考虑整个系统的安全操作，包括安全辅助设备、测量和控制设备的设计等，以便有效保护该装置的平稳操作。在设计中应综合考虑各种因素，以确保系统的稳定运行。

5.1 废气采集系统优化改进

一般情况下，化工废气中含有大量具有腐蚀性质的气体，需要注意防护。因此，这些废气一旦进入处理设备，就有可能损坏装置并降低设备的运行效率，甚至影响设备的稳定运转。因此，在进行化工废气处理时，首要任务是将废气排出并进行处理。其次，对于那些有腐蚀性的废气，需要进行特别处理，应及时清除，以延长设备寿命并提高设备运行稳定性。

5.2 加强对废气浓度及氧含量的控制

为加强废气控制，应对各种设备采取氮气保护，以减少挥发废气。利用气阀将废弃气体排放出去，降低其密度和氧含量。同时，优化工厂废弃气体进入管道内的气流量和气压技巧，采用变频器风机调节废弃气体的排放数量，以确保气体的稳定性。

5.3 合理选择RTO 装置材料

为了提高设备的可靠性和降低维护费用，采用具有抗老化性能的PPH 缠绕式旋流塔，炉膛出口的废气处理系统更换成抗腐蚀的2507 型不锈钢，并采用双相组织的2205 型不锈钢材质作为转换和清洗的阀门，重新调整设备的材料，可以延长设备寿命，同时还能降低维护成本。

5.4 优化陶瓷蓄热体制备工艺

为解决储热用陶瓷材料寿命短暂的问题，可以通过压制厚壁工件来加强结构强度。同时，在制造陶瓷时，应减少助剂的使用量，混合不同粉料粒度，并选用耐高温性和膨胀性优异的材料来提高整体高温耐性。应选用耐高温性和膨胀性优异的材料。可采用以红色柱状石英为材料，替换常用的紫色晶石。经过改良的燃烧装置使热量存储容量增加了1.5 倍，换热周期增加了120%，同时有效延长了热储体的使用寿命。

6 结语

近年来，工厂废弃的气体治理技术逐渐向技术上的现代化、标准化方面发展。高温氧化技术已成为有机废气治理的重要趋势。由于废气净化设备在化工厂的广泛推广成功降低了挥发性有机物的废气的释放，同时体现出了一定的社会效益和环保效益，对我国经济的可持续发展做出了重要贡献。随着化工生产企业废气的组成变得复杂，RTO装置的稳定运行能力会大大降低。因此，需要加快改善和优化废气收集系统，加强对废气中污染物浓度和氧气含量的调控，选择合适的RTO 装置材料，不断优化装置的总体性能。同时，还要采用新型蓄热体材料技术，不断提升RTO 装置的处理能力和热量回收率，为企业降低成本和提高效益提供新途径。为了符合环保排放标准，RTO 装置的设计必须考虑未来环保排放标准的提高，并在设计时就预测客户未来的需求，以便未来的排放标准提高后进行改造。