楊肇琰，，葛勁風(fēng)，申瑩，李朋

（1.中油（新疆）石油工程有限公司，新疆克拉瑪依，834000；2.新疆油田公司呼圖壁儲(chǔ)氣庫作業(yè)區(qū)，新疆昌吉，831100）

VOCs（Volatile Organic Compounds）指常溫下飽和蒸汽壓大于133.32 Pa、常壓下沸點(diǎn)在50~260℃以下的有機(jī)化合物；或在常溫常壓下任何能揮發(fā)的有機(jī)固體或液體。油氣田生產(chǎn)過程中VOCs主要成分為烷烴、烯烴和芳烴類。VOCs大多數(shù)有毒、有惡臭。在陽光作用下，氮氧化物、碳?xì)浠衔锱c氧化劑發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，生成光化學(xué)煙霧，在大氣中形成微小粒子、PM2.5，對(duì)人類健康危害極大[1]，是導(dǎo)致大氣污染的重要原因之一。

油田開發(fā)和生產(chǎn)過程中，VOCs來源主要包括鉆井過程無組織廢氣排放[2]、柴油機(jī)燃燒煙氣、燃?xì)馊紵裏煔?、火炬排放、設(shè)備泄漏、井（站）事故排放、含油污水收集和處理過程逸散[3]、常壓設(shè)備（敞口池）逸散、檢維修過程泄漏、采樣過程損失等。

隨著“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念不斷深入人心，打造綠色生態(tài)油田已刻不容緩，秉承綠色開發(fā)原則，應(yīng)做到無地面污染、無油氣泄漏、無廢料垃圾。因此，在滿足生產(chǎn)需要的前提下，如何解決油田開發(fā)生產(chǎn)過程中VOCs廢氣治理問題已被提上了日程。

1 VOCs治理方法

根據(jù)VOCs產(chǎn)生原理和性質(zhì)，其處理方法主要可分為過程治理和末端治理。過程治理是在生產(chǎn)全過程中，加速各生產(chǎn)單元釋放后集中處理，一般可通過工藝提升、技術(shù)改造來實(shí)現(xiàn)。末端治理是針對(duì)VOCs的化學(xué)特性，著力于VOCs廢氣治理，利用燃燒、分解、吸附[4]、吸收、膜分離[5]、冷凝、光催化等方法實(shí)現(xiàn)。結(jié)合工程實(shí)際特點(diǎn)以及項(xiàng)目所在地環(huán)境敏感區(qū)排放限制要求，選擇VOCs過程治理，采用加速釋放后集中回收工藝。國內(nèi)小氣量VOCs廢氣治理常用技術(shù)對(duì)比見表1。

表1 國內(nèi)小氣量VOCs廢氣治理常用技術(shù)對(duì)比

2 VOCs回收工藝

2.1 工藝流程

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)反饋，生產(chǎn)過程中VOCs主要來源為壓裂返排液降壓釋放的溶解氣，組分為油田伴生氣。為確保后端返排液存儲(chǔ)池VOCs達(dá)標(biāo)排放，前端工藝應(yīng)盡可能促進(jìn)廢氣釋放。根據(jù)其物理性質(zhì)，加速返排液VOCs釋放措施有負(fù)壓、氣提、升溫等。以100 m3/h壓裂返排液流量為基礎(chǔ)，計(jì)算各措施VOCs釋放增量。

1）負(fù)壓措施。主要是利用其真空度降低水體中VOCs溶解度，不同負(fù)壓值對(duì)應(yīng)VOCs釋放量見表2。

表2 不同負(fù)壓值對(duì)應(yīng)VOCs釋放量（25℃）

2）氣提措施。氣提是以站場凈化后燃料氣為氣源，通入返排液水體，破壞原氣液兩相平衡而建立的一種新平衡狀態(tài)，用以促進(jìn)VOCs釋放。不同氣提氣量下VOCs凈增量模擬計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 不同氣提氣量下VOCs凈增量模擬計(jì)算結(jié)果（常壓、25℃）

3）升溫措施。升溫是利用液體溫升而降低氣體溶解度的原理促進(jìn)VOCs釋放。不同溫度對(duì)應(yīng)VOCs釋放量見表4。

表4 不同溫度對(duì)應(yīng)VOCs釋放量

不同措施VOCs釋放增量匯總見表5?？紤]到油田生產(chǎn)過程中返排液產(chǎn)量較大（一般1 000~5 000 m3/d），若采用升溫措施能耗較高（流量100 m3/h每升溫5℃所需熱能約580 kW），不利于節(jié)能和生產(chǎn)管理。因此，加速VOCs釋放以負(fù)壓措施為主，配合氣提工藝（有氣源時(shí)），并在分離設(shè)備內(nèi)部設(shè)置跌水或攪拌等擾動(dòng)措施。VOCs回收工藝流程見圖1。

圖1 VOCs回收工藝流程

表5 加速VOCs釋放措施效果匯總

轉(zhuǎn)油站三相分離器來水節(jié)流至常壓后，進(jìn)入VOCs回收塔，塔頂由壓縮機(jī)抽負(fù)壓，氣量不足時(shí)由壓縮機(jī)循環(huán)回流進(jìn)行補(bǔ)氣，確保機(jī)組穩(wěn)定生產(chǎn)；塔頂VOCs經(jīng)增壓后輸送至轉(zhuǎn)油站氣系統(tǒng)。

負(fù)壓塔預(yù)留氣提接口（轉(zhuǎn)油站有凈化燃料氣時(shí)使用），塔內(nèi)設(shè)置跌水和溢流收油內(nèi)件，溢流油品回收至原油系統(tǒng)；負(fù)壓塔設(shè)置微正壓安全閥組，防止液量波動(dòng)較大時(shí)，排液不及時(shí)影響壓縮機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。主要節(jié)點(diǎn)工藝參數(shù)見表6。

表6 節(jié)點(diǎn)工藝參數(shù)

2.2 設(shè)備選型

1）VOCs壓縮機(jī)?？紤]壓縮機(jī)增壓后端壓力不高（一般≤0.4 MPa），且組分為飽和濕氣，VOCs壓縮機(jī)選型推薦采用橇裝無油濕式螺桿壓縮機(jī)，機(jī)組自帶出口分離器、空冷器、循環(huán)回流閥、變頻器等必要組件，機(jī)組采用防爆設(shè)計(jì)。

2）負(fù)壓塔。為避免常壓設(shè)備抽真空時(shí)的安全隱患，選用負(fù)壓塔作為存儲(chǔ)和分離設(shè)備。設(shè)備材質(zhì)及結(jié)構(gòu)選型應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比選綜合確定，并結(jié)合設(shè)備制造、檢維修、平穩(wěn)生產(chǎn)等因素統(tǒng)籌考慮，當(dāng)返排液量不大于5 000 m3/d時(shí)，建議尺寸為φ1 m×12 m，塔內(nèi)設(shè)跌水（H≥1.5 m）和溢流收油內(nèi)件。

VOCs回收裝置一次投資及能耗見表7。

表7 投資及能耗

3 結(jié)論

采用VOCs回收工藝，既提高了資源的利用效率；又切實(shí)有效地解決了工程實(shí)際問題，為打造綠色油田奠定了基礎(chǔ)?；厥展に嚐o其他物料損耗，并避免了吸附工藝中對(duì)危廢的二次處理以及焚燒工藝中氮氧化物排放超標(biāo)等問題。設(shè)備選型可采用橇裝化結(jié)構(gòu)，模塊化布局，實(shí)現(xiàn)重復(fù)利用。整體工藝設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)全密閉流程生產(chǎn)，全過程自動(dòng)控制，確保連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)，減少員工勞動(dòng)強(qiáng)度。