1 影响RTO处理效率的因素
使用RTO工艺处理VOCs，其核心技术来源于化学反应工程理论，在反应物浓度（Concentration）确定的前提下，基于“E”重点控制“3T”，即通过控制反应温度（Temperature）、紊流度（Turbulence）、反应停留时间（Residence Time）达到目标净化效率（Efficiency）。
（1）反应温度
反应温度是使用热氧化法处理VOCs中最为关键的技术参数，在非催化环境下，需要的反应温度为760～1200℃。需要的处理效率越高，反应温度就越高。而选择反应温度，关键是看废气组成中各组分的自燃点（AIT），AIT越高，其自燃就需要从环境中获得更多的能量，只有高过AIT足够的温度，才有可能通过热氧化法焚毁。
需要说明的是，对于还原硫化合物，如硫化氢、甲基硫醇和二甲基硫化氢则只需要650℃即可。
（2）紊流度
雷诺准数（Re）是反映流体流态（紊流度）的无量纲准数，当流体Re＞4000时，即为处于湍流状态。对于VOCs氧化反应而言，为了获得较好的紊流度，反应器内的Re宜大于10000。
流速依赖于反应器内径，内径越小，流速越快。在组成相对稳定的前提下，雷诺准数中的各个参数之间构成了多变量的关联，速度、密度和粘度取决于流体温度，流体温度越高，密度越小、粘度越低，则流速越快，Re的计算要根据实际数值进行计算。当然，因VOCs废气浓度一般较低，反应引起的组成变化可忽略不计。根据经验，在工况条件下，气体在燃烧室内的空塔气速应保持在6m/s以上可获得理想的紊流度。
（3）反应停留时间
在工程应用中，化学反应停留时间与反应器设备造价、运行能耗存在直接关系。在工程上，VOCs氧化反应停留时间通常按照0.75~2.0s进行设计，停留时间越长，反应越充分，处理效率越高，当然，投资和能耗越高，反之亦然。假如设定处理效率为99.99%，在必须达到的反应温度前提下，每增加1.0s停留时间，仅能够降低反应温度10～35℃，因此，对于氧化法处理VOCs，国家发布的相关标准或技术规程往往规定了反应时间和反应温度，是经过大量工程实践得出的经验值。
因此，在治理目标明确的前提下，RTO反应器的设计受多因素限制，并直接影响工程化效果。
2 RTO中反应停留时间、反应温度与反应转化率之间的关系
在“3T”同时影响RTO设计、运行的情况下，RTO中反应停留时间、反应温度和转化率之间也互相影响。参考《DESIGN of THERMAL OXIDATION SYSTEMS for VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS》，RTO处理效率与反应温度、停留时间的关系如表2-1所示。
根据表2-1，可以看出，当处理效率（反应转化率）达到98%时，需要反应温度超过介质自燃点205℃，同时反应停留时间≥0.5s；当处理效率达到99%时，需要反应温度超过介质自燃点246℃，同时反应停留时间≥0.75s。反应物的转化率同时满足时间和温度时方能达到处理效果，但是在温度不变，而反应停留时间延长，同样能够达到更高的转化率。
有机物发生完全氧化反应（燃烧）时，多为二级反应，RTO反应器作为平推流等温反应器，反应动力学方程如下：
以环戊二烯为例，环戊二烯的自燃点为640℃，如果达到99%的处理效率，则其反应温度为（640+246=886）℃，同时反应停留时间至少为0.75s。假设以表2-1中转化率为98%时的反应温度，即（640+205=845）℃作为反应温度，如果达到99%的处理效率，其反应停留时间为0.5×（1/0.98-1）/（1/0.99-1）=1.01s，即在845℃时，停留时间超过1.01s，也可达到99%的转化率。
由于温度是影响RTO氧化反应的主要因素，实践证明，温度降低幅度通常不超过56℃，因此在采用表2-1中的数据进行反应温度与停留时间耦合计算时，对于温度的选取，不应超出该范围。同时，《蓄热燃烧法工业有机废气治理工程技术规范》（HJ 1093-2020）中要求 “6.3.3.3 废气在燃烧室的停留时间一般不宜低于0.75s”。在技术规范允许的范围内，可以进行理论层面的探讨，根据表2-1和（式2-2），表2-1中使用相邻小一级转化率的反应温度换算如表2-2所示。
同理，对于同一温度下，反应停留时间与反应转化率也可以直接推导。如当反应温度为（AIT+288）℃时，反应转化率与停留时间的关系如表2-3所示。
每提高一定幅度的转化率增加的反应停留时间与温度密不可分，如（AIT+288）℃和（AIT+246）℃下转化率分别与停留时间的关系如图2-1所示。
从图2-1中可知，提高同样幅度的转化率，低温反应需要更多的停留时间。因为反应速率常数是温度的函数，如阿伦尼乌斯方程所示：
式中，
k-反应速率常数；
A-指前因子（或频率因子），与单位时间内反应物分子的碰撞次数、碰撞取向等因素有关，对于特定反应，可以近似看作常数。其单位与k相同；
e-自然对数的底数，2.718；
Eₐ-活化能，kJ/mol；
R-理想气体常数，8.314 J/（mol·K）；
T-热力学温度，K。
将（式2-3）变形后，可得：
使用（式2-4），通过实验测定不同温度（T）下的速率常数（k），以 lnk对 1/T 作图，可以得到一条直线。从直线的斜率可以计算出反应的活化能Eₐ，从截距可以求出指前因子A。因斜率带有负号（-），温度（T）越高，-1/RT 值越大，lnk越大，所以，在RTO中发生的氧化反应才能够呈现出如图2-1中的趋势。同理，如果使用催化氧化工艺治理VOCs，因在催化剂的作用下，活化能Eₐ降低，同样的反应则需要比热力氧化更低的温度。
3 小结
本文仅提供一种工程化简算方法，仅供参考。使用RTO治理VOCs，其反应温度、停留时间通过计算虽然可以大致估算出其取值范围，但是反应器的结构设计对反应器中的流态也产生重要影响。因此，在工程应用中，应在理论计算的基础上，参考大量成熟的工程经验进行多次迭代设计，方能获得较好的工程化效果。
青岛西子环保研究院有限公司
二零二五年 九月
