杨肇琰，，葛劲风，申莹，李朋

（1.中油（新疆）石油工程有限公司，新疆克拉玛依，834000；2.新疆油田公司呼图壁储气库作业区，新疆昌吉，831100）

VOCs（Volatile Organic Compounds）指常温下饱和蒸汽压大于133.32 Pa、常压下沸点在50~260℃以下的有机化合物；或在常温常压下任何能挥发的有机固体或液体。油气田生产过程中VOCs主要成分为烷烃、烯烃和芳烃类。VOCs大多数有毒、有恶臭。在阳光作用下，氮氧化物、碳氢化合物与氧化剂发生光化学反应，生成光化学烟雾，在大气中形成微小粒子、PM2.5，对人类健康危害极大[1]，是导致大气污染的重要原因之一。

油田开发和生产过程中，VOCs来源主要包括钻井过程无组织废气排放[2]、柴油机燃烧烟气、燃气燃烧烟气、火炬排放、设备泄漏、井（站）事故排放、含油污水收集和处理过程逸散[3]、常压设备（敞口池）逸散、检维修过程泄漏、采样过程损失等。

随着“绿水青山就是金山银山”的发展理念不断深入人心，打造绿色生态油田已刻不容缓，秉承绿色开发原则，应做到无地面污染、无油气泄漏、无废料垃圾。因此，在满足生产需要的前提下，如何解决油田开发生产过程中VOCs废气治理问题已被提上了日程。

1 VOCs治理方法

根据VOCs产生原理和性质，其处理方法主要可分为过程治理和末端治理。过程治理是在生产全过程中，加速各生产单元释放后集中处理，一般可通过工艺提升、技术改造来实现。末端治理是针对VOCs的化学特性，着力于VOCs废气治理，利用燃烧、分解、吸附[4]、吸收、膜分离[5]、冷凝、光催化等方法实现。结合工程实际特点以及项目所在地环境敏感区排放限制要求，选择VOCs过程治理，采用加速释放后集中回收工艺。国内小气量VOCs废气治理常用技术对比见表1。

表1 国内小气量VOCs废气治理常用技术对比

2 VOCs回收工艺

2.1 工艺流程

根据现场实测数据反馈，生产过程中VOCs主要来源为压裂返排液降压释放的溶解气，组分为油田伴生气。为确保后端返排液存储池VOCs达标排放，前端工艺应尽可能促进废气释放。根据其物理性质，加速返排液VOCs释放措施有负压、气提、升温等。以100 m3/h压裂返排液流量为基础，计算各措施VOCs释放增量。

1）负压措施。主要是利用其真空度降低水体中VOCs溶解度，不同负压值对应VOCs释放量见表2。

表2 不同负压值对应VOCs释放量（25℃）

2）气提措施。气提是以站场净化后燃料气为气源，通入返排液水体，破坏原气液两相平衡而建立的一种新平衡状态，用以促进VOCs释放。不同气提气量下VOCs净增量模拟计算结果见表3。

表3 不同气提气量下VOCs净增量模拟计算结果（常压、25℃）

3）升温措施。升温是利用液体温升而降低气体溶解度的原理促进VOCs释放。不同温度对应VOCs释放量见表4。

表4 不同温度对应VOCs释放量

不同措施VOCs释放增量汇总见表5。考虑到油田生产过程中返排液产量较大（一般1 000~5 000 m3/d），若采用升温措施能耗较高（流量100 m3/h每升温5℃所需热能约580 kW），不利于节能和生产管理。因此，加速VOCs释放以负压措施为主，配合气提工艺（有气源时），并在分离设备内部设置跌水或搅拌等扰动措施。VOCs回收工艺流程见图1。

图1 VOCs回收工艺流程

表5 加速VOCs释放措施效果汇总

转油站三相分离器来水节流至常压后，进入VOCs回收塔，塔顶由压缩机抽负压，气量不足时由压缩机循环回流进行补气，确保机组稳定生产；塔顶VOCs经增压后输送至转油站气系统。

负压塔预留气提接口（转油站有净化燃料气时使用），塔内设置跌水和溢流收油内件，溢流油品回收至原油系统；负压塔设置微正压安全阀组，防止液量波动较大时，排液不及时影响压缩机平稳运行。主要节点工艺参数见表6。

表6 节点工艺参数

2.2 设备选型

1）VOCs压缩机。考虑压缩机增压后端压力不高（一般≤0.4 MPa），且组分为饱和湿气，VOCs压缩机选型推荐采用橇装无油湿式螺杆压缩机，机组自带出口分离器、空冷器、循环回流阀、变频器等必要组件，机组采用防爆设计。

2）负压塔。为避免常压设备抽真空时的安全隐患，选用负压塔作为存储和分离设备。设备材质及结构选型应通过经济、技术比选综合确定，并结合设备制造、检维修、平稳生产等因素统筹考虑，当返排液量不大于5 000 m3/d时，建议尺寸为φ1 m×12 m，塔内设跌水（H≥1.5 m）和溢流收油内件。

VOCs回收装置一次投资及能耗见表7。

表7 投资及能耗

3 结论

采用VOCs回收工艺，既提高了资源的利用效率；又切实有效地解决了工程实际问题，为打造绿色油田奠定了基础。回收工艺无其他物料损耗，并避免了吸附工艺中对危废的二次处理以及焚烧工艺中氮氧化物排放超标等问题。设备选型可采用橇装化结构，模块化布局，实现重复利用。整体工艺设计可实现全密闭流程生产，全过程自动控制，确保连续生产作业，减少员工劳动强度。