中国新疆南部一个典型油田集中处理厂中挥发性有机化合物（VOCs）的排放特性、来源分布及其对环境的影响

《Environmental Pollution》：Emission characteristics, source profiles and associated environmental impacts of volatile organic compounds (VOCs) from a typical oilfield centralized processing plant in Southern Xinjiang, China

　　张成|孙辉|赵峰杰|段伟超|赵东风
中国石油大学（华东）化学与化学工程学院化学安全国家重点实验室，青岛，266580，中国

**摘要**
来自油田加工活动的挥发性有机化合物（VOCs）排放已成为中国污染缓解日益紧迫的问题。然而，对油田加工设施的排放特性了解仍然不足，尤其是在工艺单元层面，这阻碍了精确控制策略的发展。本研究通过全面的现场调查和特定工艺的测量，量化并描述了中国新疆南部一个典型油田集中处理（OCP）工厂的VOCs排放、环境影响及职业致癌风险。排放清单显示，储罐是主要污染源（79.1%），其次是组件泄漏（8.8%）、废水处理（6.4%）、装载操作（5.6%）和燃烧烟气（0.1%）。不同来源的局部排放因子存在差异，整个工厂的排放因子为每处理一吨原油产生0.14公斤VOCs。基于概率模型的总体不确定性范围为-31%至+56%。在三个典型工艺（包括初级处理和集输（PPG）、产出水处理（PWT）以及压裂回流水处理（FFT）中，共识别出86种VOCs。烷烃（66.52%-92.43%）是主要的VOCs组分，其次是芳香烃（1.77%-16.51%）、OVOCs（0.02%-13.46%）、烯烃/炔烃（0.39%-9.26%）和卤代烷（0.1%-2.85%），尽管关键物种在不同工艺单元中有所不同。按VOCs排放量加权的综合源谱显示，甲基环己烷（9.98%）、正辛烷（8.81%）和正庚烷（7.49%）是该OCP工厂的特征物种。臭氧形成潜力（OFP）和二次有机气溶胶形成潜力（SOAP）的评估表明，烷烃和芳香烃是主要贡献者，其中对二甲苯、邻二甲苯、正庚烷、甲苯和正辛烷被确定为共同的关键贡献者。PPG和PWT工艺的OFP和SOAP值较高，而FFT工艺的每单位排放影响强度更大。致癌风险评估进一步确定苯、1,2-二氯乙烷和乙醛为主要有毒物种。这些发现为当地控制政策提供了重要见解，而特定工艺的框架旨在为油田行业提供方法论参考。

**引言**
挥发性有机化合物（VOCs）是复合大气污染的关键前体之一（Liang等人，2024年）。多年来，中国的总VOCs排放量一直位居全球前列，工业源约占人为VOCs排放量的50%（Huang等人，2023年；Simayi等人，2022年）。相关研究预测，中国的工业VOCs排放量到2030年将达到6120万吨，到2050年将达到1.355亿吨（Uddin，2017年）。此外，VOCs还是臭氧（O3）、大气颗粒物（PM2.5）和二次有机气溶胶（SOA）的主要前体（Liu等人，2023年；Chen等人，2020年）。许多VOCs物种还表现出不同程度的气味刺激性和毒性，对大气质量和人类健康构成重大威胁（Bari等人，2018年；Salehpour等人，2019年）。尽管在排放控制方面取得了显著进展，中国仍面临严重的空气污染挑战，相当比例的城市超过了国家规定的O3和PM2.5标准。值得注意的是，近年来关键地区的O3浓度和超标频率呈上升趋势。例如，超标城市比例从2023年的23.3%上升到2024年的23.9%（MEE，2024年；MEE，2025年）。因此，有效控制和精细管理工业VOCs排放对于缓解中国的空气污染危机至关重要。

石油和天然气行业是中国国民经济的支柱产业，国内产量在经历了一段下降期后已经稳定并回升（Wang和Yao，2021年；Chang和Feng，2022年）。2022年，年产量恢复到2亿吨，2024年国家能源局（NEA）报告称总产量首次超过4亿吨（NEA，2024年）。这些趋势凸显了油田行业在中国中长期能源转型框架中的战略重要性。然而，生产规模的持续扩大、油田工艺系统的运行波动以及碳氢化合物介质的复杂性增加了生产过程中VOCs逃逸排放的可能性（Huang等人，2022年；Zhang等人，2026年）。同时，对VOCs排放特性的有限了解进一步复杂化了有效的污染控制。在几个典型地区，上游石油和天然气活动的VOCs排放已成为区域空气污染的主要来源，特别是在能源密集型地区。例如，在山东，油田部门的VOCs排放占总区域排放量的66.5%（Tang等人，2024年），而在准噶尔盆地，油田活动的VOCs来源占总排放量的62.4%（Zheng等人，2018年）。因此，VOCs排放控制已成为中国的一个关键且紧迫的领域。

更深入地了解油田部门的VOCs排放特性是制定精确控制措施的基础。油田集中处理（OCP）工厂是油田地面工程系统的核心功能枢纽，代表了整个石油和天然气生产链中的关键VOCs排放源（Zhou等人，2023年；Niu等人，2023年）。OCP工厂的核心运营功能包括高效的油气水分离、深度原油处理（如脱水和稳定），以及原油储存、加热、精确计量和运输到下游油库。大多数OCP工厂还配备了专门的废水处理系统，用于处理产出水、压裂回流水和其他含油废水（Li等人，2020年；Sun等人，2020年）。由于生产过程复杂且连续，OCP工厂涉及最多样化的VOCs排放源，具有相对较大规模和集中的排放量，使其成为油田部门精细VOCs排放控制的关键目标（Wei，2022年；Yang等人，2025年）。与油田联合站相比，OCP工厂通常收集和处理来自多个区块的原油，具有更大的处理能力、更高的原油净化效率和更先进的深度废水处理能力。从系统层次来看，油田联合站通常是区块级别的设施，而OCP工厂则作为区域级别的核心枢纽，但两者在油田地面工程系统中都发挥着至关重要的作用。一些研究已经考察了油田联合站的VOCs排放，但它们的研究主要集中在主要排放源的扩散特性（Zhou等人，2023年）、意外泄漏的分布模式（Zhang等人，2023年）、不同储罐估算方法的比较（Liu等人，2025年），以及单个污染源（如储罐和废水系统）的排放估算（Wei等人，2022年）。因此，尽管现有研究涉及油田联合站，但涵盖OCP工厂内工艺单元级别的排放清单、源谱和环境影响的全面调查仍然很少。因此，对典型OCP工厂的特定工艺排放特性进行系统研究对于支持精细控制策略和减轻油田加工活动的影响至关重要。

近年来，已经有一些尝试对中国油田生产区域或加工活动的VOCs排放进行了表征，但仍存在一些局限性和不足。首先，基于全流程分析的油田部门VOCs排放识别和估算的研究仍然有限。大多数先前的研究主要集中在油田储罐的排放上，难以全面评估不同工艺单元或源类别之间的排放贡献差异（Liu等人，2025年；Sun等人，2019年；Dong等人，2025年）。值得注意的是，尽管先前研究中应用的核算方法在石油相关行业中表现良好，但由于活动数据、排放因子、关键参数、测量值等的变异性，估算的不确定性仍然不清楚（Zhang等人，2021年）。目前很少有研究系统地开发了针对油田加工活动的特定工艺不确定性分析模型。为了支持OCP工厂的特定工艺精细控制，迫切需要开发与典型油田相关的局部VOCs排放因子和概率不确定性分析模型。其次，大多数现有研究是在油田生产区域周围进行环境空气测量，并从整体研究角度调查与环境影响相关的源谱，难以量化不同工艺单元的环境影响（Wang等人，2021年；Zheng等人，2018年；Andrew等人，2015年；Wilde等人，2021年）。迄今为止，只有少数研究测量了单个油田工艺单元排放的VOCs化学组成（Zhang等人，2025年；Gao等人，2021年），但对典型油田工艺系统或集中处理工厂的综合源谱的全面调查仍然很少，对不同工艺单元的相应二次污染影响的系统评估也受到有限关注。值得注意的是，很少有研究考察了油田工艺单元中职业呼吸暴露的潜在致癌健康风险，而这一问题在其他工业部门（如石化、煤化工和涂料制造等行业）受到了越来越多的关注（Feng等人，2020年；Wang等人，2021年；Huo等人，2026年）。此外，目前关于中国油田站或整个生产区域的VOCs排放污染的研究主要在山东省、甘肃省和鄂尔多斯盆地进行（Li等人，2023年；Wang等人，2019年；Ge等人，2024年）。这些结果表明，排放特性受到原油特性、加工技术和管理实践的影响。作为主要的石油和天然气生产基地，新疆维吾尔自治区（XUAR）的原油开采区主要位于准噶尔盆地和塔里木盆地。尽管一些研究调查了准噶尔盆地的VOCs排放，但它们主要集中在敏感的环境或混合源区域，而不是特定工艺的排放特性（Wang等人，2020年；Zheng等人，2018年）。相比之下，新疆南部塔里木盆地的系统排放研究仍然有限。因此，需要对该地区OCP工厂的VOCs排放及其相关环境影响进行特定工艺的研究，以填补这一主要石油生产基地的研究空白。

为了解决上述研究局限性和知识空白，我们选择了新疆南部塔里木盆地的一个千万吨级油田作为研究区域，并选择了该油田中具有典型处理流程和最大处理能力的代表性OCP工厂作为本地研究案例。本研究开发了一个特定工艺的分析框架，系统地量化OCP工厂内的VOCs排放及其相关影响。基于全面的源调查和全流程分析，为典型OCP工厂建立了特定工艺的VOCs排放清单，并开发了局部排放因子。开发了一种概率特定工艺方法进行估算不确定性分析。随后分析了化学组成模式、加权比例和特征物种，构建了三个典型工艺和整个工厂的综合源谱。此外，使用包括臭氧形成潜力（OFP）和二次有机气溶胶形成潜力（SOAP）在内的标准化指标，定量评估了相应的二次污染形成贡献。此外，还评估了不同工艺单元中职业吸入暴露的致癌风险，并确定了主要的有毒物种。随着中国第十五个五年计划的推进，油田部门的精细VOCs排放管理已成为越来越重要的研究和监管重点。这些结果可能为地方政府和石油企业制定更有效的控制策略提供基本支持。这一特定工艺的研究框架可以为其他油田地区的排放调查和环境管理提供实际参考。

**研究区域和目标**
新疆维吾尔自治区（XUAR）是中国主要的石油和天然气生产基地之一，在陆上开采能力方面排名领先（NBSC，2025年）。塔里木盆地承担了新疆南部大部分的陆上原油集输、运输和加工活动。本研究选择塔里木盆地一个千万吨级沙漠油田中的大型集中处理工厂作为研究目标。作为油田的核心枢纽，该OCP工厂负责集输和...

**排放贡献和局部排放因子**
基于上述OCP工厂的核算方法，我们建立了整个工厂的特定工艺VOCs排放清单，并调查了来自各种来源的VOCs排放的分布特性。不同排放类别的评估结果展示在图S3中，排放清单详细记录在表S6中。总体而言，该典型集中处理厂的挥发性有机化合物（VOCs）排放量为376.25吨/年。储罐是主要的排放源。

**结论与未来展望**
基于对新疆南部塔里木盆地一个大规模石油化工（OCP）工厂的现场调查和特定工艺的测量，本研究通过系统的、针对具体工艺的分析框架，全面表征了VOCs的排放情况。建立了包含概率不确定性分析的工厂整体排放清单、局部排放因子及复合源谱，并定量评估了相关的环境和健康影响。

**作者贡献声明**
张成：撰写——初稿
段伟超：资料提供
赵东风：撰写——审阅与编辑，概念构思
孙辉：方法学研究
赵凤杰：验证工作

**未引用的参考文献**
Bari和Kindlier, 2018; Chen等人, 2020; Chen等人, 2018; Carter, 2010; Ke等人, 2020; MEE, 2025; NEA, 2025; Salehpour等人, 2019; US EPA, 2009; US EPA, 2010; US EPA, 2026; Wang等人, 2021; Xu等人, 2021; Zhang等人, 2022; Zhao等人, 2017

**利益冲突**
作者声明没有潜在的财务利益冲突或可能影响本文研究的个人关系。

**利益冲突声明**
? 作者声明没有已知的财务利益冲突或可能影响本文研究的个人关系。

**致谢**
本研究得到了中国新疆维吾尔自治区自然科学基金项目（项目编号：2024D01B10）的支持。