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在石油工业发展的早期,多数石油公司的勘探生产业务和工程技术服务业务是混合经营的。从20世纪30年代开始,西方石油工业进行了重大变革,根据社会化大生产的需要,国际石油巨头调整了科技战略和科研体系,缩小了研究规模,趋向借助外部研究力量,把能产生技术突破的基础性研究转移到大学院校,而将一些长期研究项目以技术合作或合同研究机构的方式交给服务公司和研发组织。这样,大而全的石油公司分离成油公司(也称油气勘探开发公司或E P公司)及油田技术服务公司。油公司主要从事油田开发作业,油田技术服务公司则在工程和技术领域为其提供服务。
目前石油上游工业正处在由三维向四维油藏特征和模拟分析发展的第三次生产力大飞跃阶段,也就是在整个石油勘探开发过程中,通过大规模应用信息网络技术,实现数据采集、处理、解释的一体化,并使用人工智能技术和神经网络技术,大幅度提高勘探开发的总效益。世界油田技术服务公司无不认识到信息网络技术是提升公司竞争能力的重要手段,所以要充分发挥信息网络技术在油田勘探开发中的倍增作用、催化作用和加速作用。世界油田技术服务公司通过科技研发,要应对四个方面的挑战,即降本增效,寻找替代储量,提高产能和采收率,以及保护环境。它们正以市场为导向,以短期实用性研究为主,并与油公司、研发机构二者之间构成多种合作形式,来推动石油科技的进步。
斯伦贝谢、贝克休斯、哈里伯顿、BJ Services、Smith、Weatherford等国外大中型油田技术服务公司之所以能在激烈的市场竞争中不断发展壮大,在很大程度上得益于它们先进的经营理念和不断完善的技术发展战略。
油田技术服务公司虽然从油公司分离,但其研发仍紧密围绕油公司的生产来进行,油公司的勘探、开发及生产要求就是油田技术服务公司的技术发展方向,也是油田技术服务公司的研发投入方向。与此同时,各油田技术服务公司更多地注重在自己核心技术上的的延伸发展,以期达到长期主导市场的目的。
企业技术创新的核心在于如何适应市场需求,开发先进技术,并及时把新技术工程化、商业化,继而去占领市场、扩大市场,提高投资回报率。因而,油田技术服务公司特别重视科研与生产的密切结合。
有了明确的技术发展方向,还需要建立起公司内部有效的研发管理体系来不断激励技术创新,以维护公司在市场上的竞争地位。世界著名的大中型油田技术服务公司都有各自严格的研发管理体系。
贝克休斯公司为了确保其在石油工具、完井、泥浆、电缆测井、钻头等8个专业领域的技术领先优势,明确了以主管各事业部的高级副总裁直接负责技术管理的构架,如图3所示。
同样,斯伦贝谢公司也有一套科研、设计、应用一体化的运行机制。其测井分部的研发中心负责研究新的测井方法,研制出原理样机后交给工程设计部,由工程设计部设计制造成工程样机交给测井队试用,由测井队把试用中发现的问题和建议反馈给工程设计部,工程设计部再把信息反馈给测井研发中心,如此反复,直至机型定型,最终进入批量生产。截至2004年底,斯伦贝谢在全球共拥有6年科研基地、8个制造中心、17个产品开发中心。
新技术的研发以及工程化和商业化都需要巨额的资金投入,并存在很大的开发风险,因此,只有大中型油田技术服务公司才具备强大的研发能力。下面我们通过企业技术竞争力的四个主要指标专利数量、研发投入、研发强度(研发投入/销售额)和研发人员数量来比较几大油田技术服务公司的研发投入情况。
通常每家油田技术服务公司每年都有大批的科研成果在申请专利。斯伦贝谢在2004年的公司报告中这样描述:2004年全年公司共收到2000份新点子,选择其中700个进行考察,300个在当年可以进入研发阶段。油田服务公司在任何时间都有大批的项目分别处于概念研究、可行性研究、研发试验或商业化应用等不同阶段,获取专利正是这些技术成果商业化的最好途径。
特别值得一提的是斯伦贝谢公司,它为了保持公司在技术上的领先地位,一贯坚持把提高技术水平作为重要的战略问题,并为此投入大量的资金。斯伦贝谢公司的测井技术之所以能在几十年中始终保持全球领先地位,与其一贯高度重视技术的研发是分不开的。早在1948年,该公司就在美国里奇菲尔德建立了世界科研力量最强的测井研究基地,坚持开展基础研究,注重知识创新。多年来,它的技术投入强度一直保持在5%左右的水平。
油田技术服务公司汇聚了石油上游工业中绝大部分的技术人才。六大油田技术服务公司的从业人员均在万人以上,其中主要为技术人员。由于资料的缺乏,笔者不能提供这六大油田技术服务公司研发人员的准确数据,但可以肯定的是,在这些公司发展壮大的背后,有一支庞大的研发队伍作支撑。为了不断激励技术人员的创新动力,每家公司都为技术人员设计了年金、退休金计划,以及股票期权计划等。此外,各公司的长期培训计划也为技术更新夯实了基础。
世界油田技术服务公司不仅靠自主研发有知识产权的技术来开拓市场,而且还借助外部的技术资源,或与他人合作投资开发新技术,或买下别人的专利技术使用权,并很快把这些技术成果物化到企业的生产经营过程中,为企业创造效益。它们的技术引进方式包括以下几个方面。
从世界油田技术服务公司的成长历程来看,其发展壮大的最重要的一环就是不断地兼并重组。通过并购,一方面可以扩大市场份额,另一方面可以获得先进技术和人才。
近年来,随着专项石油科学技术的精细化,以及勘探开发技术复杂程度的加深,科技攻关面临的对象更加复杂,投资需求大,涉及的专业和学科更加多样,要求科技成果的综合性越来越强。世界油田技术服务公司除自行开发外,还采用合作研究、联合攻关的方式来规避投资风险。其合作方式包括与政府研究机构的合作、与油公司的合作以及与独立实验室和大学的合作等。合作的内容更多地转向研究周期较长、耗资巨大、风险较高的项目,合作各方实行利益共享和风险共担的原则。合作研究已经成为公司间战略联盟的一个重要方面。
例如,哈里伯顿公司采用了组建多学科综合协作研究小组的方法,集中有关专业领域的专家,通过先进的计算机技术实现信息共享,把分散的力量和技术结合在一起。通过组建多学科研究小组,解决了勘探开发工作中的一些重大技术难题,取得了很好的效果。同时,哈里伯顿公司的研究中心还加强与其他科研机构以及大学的合作研究。目前该公司与20多所大学以及美国能源部等机构建立了合作关系。与大学进行的合作研究,既保证了该公司的科研机构可以及时、充分地了解前沿科技的发展动向,还使大学成为公司人才和技术思想的源头。
作为以提供技术为主的油田服务商,拥有技术和知识资产优势在油田技术服务公司中占有压倒一切的地位,因此,对技术的保护也纳入了油田技术服务公司的日常管理。
基于以上研究,本人粗浅地调研了目前国内油田技术服务现状,有下面一些认识。
1)我国尚不存在一个完整的、符合市场经济规律的油田技术服务行业。目前稍具规模的专业服务公司,如中海油田服务股份有限公司、中油测井公司、东方物探公司、塔里木油田服务公司等,都隶属三大石油公司,主要服务对象大部分以各自的地域(油田)为限。由于现存的行政隶属关系,形成了自我发展,缺乏技术竞争及有效交流的格局。
2)行业的局限性,使得国内油田技术发展不均衡。中国海洋石油总公司原副总经济师张位平在2006中国石油和石化装备产业发展论坛上这样描述:比起陆上石油开采设备高达90%的国产化率,目前我国还缺乏当家的海上石油开采设备,因此,绝大部分海上开采设备依赖进口。此外,虽然我国的石油科技领域50多年来取得了一系列的重大成就,但与国际先进水平相比,整体上仍然有不小的差距,特别是在某些前沿技术领域的差距更大。在国外半岛全站平台,油田技术服务已实现了数字化、集成化、智能化、可视化和实时化,微孔井开采技术、膨胀管钻完井技术、实时油藏经营管理、数字化油田等已成为主流技术,而国内仍停留在蒸气吞吐、水力活塞泵等人工举升技术阶段;开发地震技术在国外已经成熟应用十多年,而我们才刚开始进行小范围的采集试验;在高端测井设备等方面,我们还是空白,这造成了我国在某些关键技术、核心技术方面受制于人的不利局面。
3)从单个公司内部的技术开发来看多以引进国外,技术为主,缺乏自主创新。外国公司使用专利圈地策略,既不断抬高我们引进技术的成本,又不断挤压我们自主开发的空间。同时,我国企业内部的研发管理体系也相对落后;技术开发缺乏规划,预见性不强;开发过程尚需规范;缺乏知识产权的自我保护意识;特别是研发投入不够,并缺乏配套的研发人才激励机制。这些都制约着我国企业自主创新的步伐。
4)对比与国外油田技术服务公司的巨大差距,我国油田技术服务公司应把发展自主技术、追求技术突破作为技术发展的关键,把加大研发投入、优化研发管理体系作为首要解决的问题。此外,打破现存行政隶属关系造成的地域垄断,加强国内企业的技术竞争与交流,是国内油田技术服务企业发展壮大的重要保障。
[2] 自主创新是石油工业发展的强动力访中国石油股份公司总地质 师、勘探开发研究院院长贾承造[N].石油商报,2004-11-15.
[3] 康大臣.再论中国石油科技自主创新以石油关键技术突破为例[J]. 国际石油经济,2006(4).
(一)基础设施。当前各个居住小区都安装了上网宽带,宽带已经成为了人们日常生活和工作中非常重要的组成部分,各种播放软件APP以及网络无线端,促使视频和网络更加紧密的结合起来,因此视频播放的方便快捷则成为了互联网现代化发展主要趋势。
(二)扩容骨干网络。随着科技的发展,网络承载的服务也逐渐趋向于多元化、差异化,从而能够满足用户们的各种使用需求。目前不同模式的接入终端也在不断的发展,特别是普及了智能手机以后,网络的应用也越来越广泛,再加上路由器转化设备的相继出现,使得很多台服务终端设备都能在同一时间上网。
当前有一些专项电视节目需要点播付费才能进行观看,增值服务业务则主要包含了三个方面的内容:一是业务增值,二是内容增值,三是功能以及性能的增值。这些增值服务都必须与宽带技术中的数字媒体有机的结合起来,并利用超宽带的转化数字来满足用户们的多项需求。例如应用超宽带转化数字技术,其与以往的无线传输的窄带技术以及蜂窝3G通信中的宽带扩频技术存在非常大的差异,这种技术在直接对脉冲信号进行调制时无需载波,且比当前任意一种无线通信中所使用的网络带宽都大。超宽带这一转化数字的技术其具有高频谱、低能耗以及非常隐蔽等特点,同时还具有非常高的安全性能,以及超大的容量系统和多径分辨的功能。
有线电视技术与宽带技术的融合主要是业务上的融合,且两者之间业务重合的程度也在不断的提高,同时它们能够适应和满足用户们不断发展的需求。再加上政府的大力引导和支持,有线电视技术与宽带技术的融合发展也越来越快。但是由于两者在发展历史以及特点上都存在较大的差异,因此要提升两者融合化发展的水平,就必须经历一个长期的融合发展和适应的过程。针对有线电视技术与宽带技术融合,其发展的途经主要有以下三条:
(一)统一技术规范。在有线电视技术与宽带技术各自的发展历史中,对于技术的实际运用以及标准规范都具有独特的特点,这其中存在的差异就会对有线电视技术与宽带技术融合造成一定的影响,因此在制定技术相关规范以及参数时,必须对所有的数据进行统一的要求,且在制定规范时,必须将两种技术各自的特点融入进去,以及在进行改造和融合时也要对其中存在的难点加以考虑,并设计一个折中方案,这样才能有效的促进有线电视技术与宽带技术融合发展的速度。
(二)引导技术融合。有线电视技术与宽带技术在融合的过程中,必须有外界因素加以引导。政府在引导技术融合时,首先要明确引导不是干预,必须重视正确引导,而减少过分干预,这样才能发挥住政府搭桥牵线的作用。其次是由于有线电视技术与宽带技术各自都有针对性的发展计划以及特点,因此在融合的过程中,要采取对应的法律手段来防止某些干预现象的出现,从而促使有线电视技术与宽带技术能够实现更有效的融合发展。
(三)多项模式合作。有线电视技术与宽带技术的融合发展中,还必须采取多项模式合作共赢的途径,建立一种能够促进有线电视技术与宽带技术融合的多项合作的共赢模式,就能促使有线电视技术网络以及互联网等都得到较好的发展。例如建立一种有线电视技术与宽带技术都能使用的网络设施,减少用户们单个技术的使用成本,并为两种技术中的新增用户以及固定的用户提供一些具有良好优惠作用的措施,这样就能促使融合后的技术网络资源,把更多的用户吸引过来,从而在业务以及技术上都能实现良好的互补。这样有线电视技术与宽带技术就能够利用资源互补的优势,提升资源的使用效率,从而达到合作共赢的目的。另外在业务与技术进行融合以及合作的过程中,也要将其他的方面的融合和合作发展起来,这样才能促使有线电视技术与宽带技术能够更完美的融合在一起,实现更好的发展和进步。
总结:综上所述,在有线电视技术与宽带技术融合发展的过程中,除了能够对资源形成多项运用,还能促使两种技术之间形成优势互补,同时也将劣势互补起来,这样就能对有限电视技术进行整合,从而使得各项业务能够得到更好的发展。另外在宽带技术中,还要对基础设施进行完善,并不断扩容骨干网络,在合理使用两种技术资源的同时,打造多项合作的模式,从而实现共赢的发展目标。
试油作业是集油(气)水井大小修等石油工程技术服务为一体的专业修井队伍,现有小修作业队伍11个,大修队1个,年作业能力1200余口, 2005年通过ISO9000、14000、18000管理体系认证;试油作业除能进行常规的油水井大小修外,通过多年的不断实践探索,在复杂井况处理、套损井治理等方面有独到之处。2010年以来,作业系统面对日益复杂井下状况,立足作业系统特点和生产运行实际,围绕原油生产这个中心,以系统节点管理活动为契机,充分发挥主观能动性,精细作业管理,狠抓技术创新工作,在作业技术和作业管理方面取得了新成绩、新经验,促进了作业系统整体水平的提高,取得了较好的经济效益。本文重点介绍试油采油厂作业工艺技术的开发及应用情况。
通过近几年的不断完善,套损井治理技术由2005年以前单一的“机械卡封、技术套管内倒套换套、水泥封堵”,逐步形成了目前5大系列7类工艺10种做法的套管修复技术(机械卡封―闭式管柱、丢手卡封;倒套换套--技术套管内换套、裸眼段换套;补贴加固-膨胀管补贴、实体管加固;注灰封堵―预堵封堵、解堵封堵;套管侧钻―定向侧钻、自由侧钻),套损井治理水平逐年提高。
2005年4月在 L38-1采用套铣技术,实现了在表层套管内换取油层套管,2006年5月在J31-16井通过套铣实现了裸眼井换取油层套管,从此倒套换套技术得到不断完善,从2005年至2010年共倒换套16口,成功15口,成功率93.8%,采油厂裸眼换套最深度达到了452m。2010年在金31-05井的换套施工中,针对套管严重弯曲,常规示踪保鱼无法进行的情况,通过全井示踪、泥浆垫底、改进套铣工艺等措施,使该井换套成功,增加日油能力3.1吨。
2006年9月与钻井院结合,首次在L38-1井利用国产实体膨胀管对井深190至280m处的漏失段,补贴获得成功。2007-2009年初利用油田优惠政策,采用亿万奇公司膨胀管补贴技术修复套损井17口、18井次,修复成功率100%,其中在纯26-23井的补贴中,创造了在Φ139.7mm套管中使用Φ107.95mm膨胀管一次补贴长度535.46米亚洲新纪录;与此同时,又与钻井院结合利用国产膨胀管补贴2口井,成功率100%。
2007年开始探索小套管加固技术,包括中部悬挂、全井加固等工艺,目前已实施小套管加固井2口(梁38-10、纯26-25),施工一次成功率100% 。大通径管加固技术首先在L35-1井上试验获得成功,L35-1井是用Φ177.8mm油层套管完井的生产井,施工时用外径Φ139.7mm,壁厚9.17mm,内径121mm无接箍N80套管43米作为加固管,实现对射孔段2812.3-2832米的密封;今年又在纯32-2井,对1298-1428米井段进行大通径长井段套管加固获得成功。
该技术是在油层部位,利用侧钻形成新的井眼,下尾管固井完井的一种套管修复工艺,是其它修复工艺无法实施的一种补救措施。目前已实施3口(纯2-38、纯6N21、纯32-10),成功率100%。
2010年在套管修复中,针对套管变形问题探索实施了胀管修复工艺获得成功。胀管修复是利用钻柱传递压力,使梨形胀管器在钻杆及配重钻铤快速下放作用下,产生向下的冲击挤胀力,对套管变形部位进行冲击(顿击)、挤胀,在连续不断的冲击挤胀力的作用下,变形部位套管逐渐被挤胀而恢复到原径向尺寸或基本恢复、复位到原径向尺寸。纯48-3井通过使用由小到大梨形胀管器胀管后,母锥打捞落井油管获得成功,梁212-10井解卡捞获落井管柱后,发现油层部位缩径变形,用梨形胀管器胀管获得成功。
作业系统在前几年成功实施复杂打捞配套技术的基础上,近几年加大对疑难井处理技术的研究,通过工艺创新,精密组织疑难井处理技术逐步成熟,打捞成功率明显提高。今年大修施工26口井,大修成功率88.9%,比计划75%增加13.9个百分点。
在注灰施工过程中,由于水泥性能不够稳定,缓凝措施不到位,致使灰浆早凝,发生卡钻造成水泥固结油管。在处理过程中,改变传统磨鞋处理的做法,设计制作新型套铣头,提高了套铣的工作效率。加快了处理速度。2004年单动力用时90天,处理水泥固结油管5口井,成功率100%。
2010年在总结以往施工经验的基础上,制定了保护电缆防止堆积,适度处理机组防止分解的处理原则,通过实施施工进度极大加快。在纯56-11井电泵打捞过程中,为防止长期解卡造成油管疲劳脱落电缆打扭堆积等问题,应用聚能切割技术进行切割,成功起出泵上全部油管,为下步成功打捞奠定了基础,该井仅用11天就成功捞获全部落物。梁50井因井内有一套落井的电泵生产管柱和一套落井的电泵机组,从2000年停井至今。2010年大修时利用120mm套铣筒清理井筒,保证了落井电泵生产管柱的顺利打捞。在打捞落井电泵机组时,对套铣筒结构进行改进,实现了套铣打捞一次完成,保证了下部落鱼的完整性;针对电机的特殊结构,设计制作了具有针对性的限位套铣筒,对电机进行适度套铣,为电机整体打捞奠定基础,在用母锥打捞抽出电机转子后,采用加长滑块捞矛打捞、大力上提解卡捞获电机。
防砂管柱由于结构特殊,管外砂体沉积,处理不慎会将中心管拔断、致使外管脱落,施工难度加大,为此我们探索实施 “冲、蹩、捞、挤半岛全站平台、拔、套” 防砂管柱打捞技术,大幅度降低了施工难度,使小修队伍也可成功打捞防砂管柱。2004年至2010年实施11口,成功率100%。
地应力[1-3]是存在于地壳中的未受工程扰动的天然应力,也称岩体初始应力、绝对应力或原岩应力,广义上也指地球体内的应力。在油田开发过程中,尤其是注水开发的油田,由于注入水的温度与地层温度明显不同,造成吸水储集层与围岩的温度产生明显差异,导致岩体发生膨胀或收缩现象,产生地应力异常[4-6];其次,注入水的矿化度与原始水的矿化度差异较大,地层原有的应力平衡也会发生改变;第三,由于在开发过程中,井间泄压不平衡也会造成地应力的变化等等。当地应力变化较大时,油水井套管将会产生变形或错断,形成套损,严重影响油田生产的正常进行,造成巨大的经济损失。因此,地应力监测对于油田开发而言,至关重要。采用上诉各种方法虽然在一定意义上能够实现对地应力的测量,但这些方法多数都是点测,并且只是瞬时测量,而且测量成本较高。而采用光纤应力传感器技术,能够很好地解决上述问题。不但实现沿井轴剖面的地应力连续测量,而且可以实时测量,时刻监测地层应力变化,以减少套损的发生,为油田开发方案调整提供指导意见,并且监测成本很低。
随着油田开发的不断进行,地层中的流体不断被采出,储层的物理性质在不断地发生变化,导致地层的原有地应力场被破坏,地层发生错动,造成套管损坏。套损影响了油田的正常开发,造成了严重的损失。在套损防治中,能及时地发现潜在的套管损坏-套损预测,并采取有效的预防措施,对油田的可持续开发具有重大的工程和经济意义。
为了减少由于地应力的变化造成油水井套损,给油田带来的巨大损失,需要实时连续监测钻井剖面中任一深度处地层地应力的大小,在地应力达到或接近套管发生变形或错断之前,采取措施,减小地应力进一步增大。目前所用的地应力测量方法,绝大多数都是定点测量,并且是瞬时测量,无法做到沿钻井剖面任一深度处的实时测量。而分布式光纤地应力传感器,则能够很较好地解决这一问题。
式中?茁x、?茁y分别为HE■■、HE■■的传播常数,当?子1>
?子c(?子c为光源的相干时间)时,两模将不能干涉,若使两模的光经迈克尔逊干涉仪产生一个新的时延:
式中L为迈克尔逊两臂程差,c为真空中光速,则当两模的总时延?子=?子1-?子1=(■-■)L-2(■)
式中:n为纤芯折射率;B为光纤的归一化双折射率,B=■(?茁表示?茁x和?茁y之间的平均值)。将式(4)代人式(3)可得
由此测出L ,即知L。对地应力作用点测试的空间位置分辨率RS由光源的相干长度L和B决定,即有
其中:?姿0为光源的中心波长;?姿为光源的光谱宽度。在本设计中,?姿0=1.3?滋m,?姿=40nm,因此对地应力测试点的空间位置分辨率可达到8 cm。
式中:?棕为光源光谱半宽;?棕0为光源的中心角频率。设检偏器与HE模偏振方向夹角为?琢、k2为功率耦合系数,则探测器上两电场分量为
可见k与地应力扰动的大小有关,除此之外,k还与地应力的扰动长度d、角度?兹?茁等有关。式(15)中c1、c2为受力单元正面和侧面的光弹常数,b为光纤横截面半径。
在对图1 所示的分布式力传感系统的实验研究中,我们采用高双折射光纤作为传感光纤,其双折射率B=4.38×104(实测值),纤芯折射率n=1.4675。采用宽带多纵模半导体激光器作为光源,光源中心波长为?姿0=1.3?滋m。为了直接研究传感光纤在受外力扰动下的基本传感特性,实验对裸光纤直接加力进行实验,光纤的总长度约150m。图3表示了分别对光纤上z=50m、z=87m位置处的两个压力点的测试结果。从图中可以看出,分布式光纤地应力传感器对应力响应非常敏感,而且采用公式(3-3)~(3-5)对所受应力的位置判断基本准确。运用该套技术,对油田油水井的实际状况,建立生产井固井与光纤分布关系示意图。完井时,将光纤同套管一起下入井中,固井时,光纤连同套管一起固化到水泥中,水泥与地层紧密胶结在一起。当地层中的地应力发生变化时,水泥中的光纤就会感受到,这样我们就可以实时监测到地应力的变化,从而调整注采方案,防止地应力变化过大,造成套损的发生。
文章应用高双折射光纤受外力扰动作用下的模式耦合特性,研究了一种应用于油田地应力监测的分布式光纤地应力传感系统。这种方法具有输出信号强、信噪比高、信号处理简单的特点,进一步深化研究后可用于监测石油开发过程中,由于储层流体的采出和注入以及构造运动等,造成地层的地应力变化,地层发生错动,导致油水井套管大面积套损。同时,应用该项技术,还可以实时测量储层的温度变化,根据温度的变化,判定储层吸入或产出流体特征,为油田开发提供指导意见。
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挥发性有机物,常用VOC表示,它是Volatile Organic Compound三个词第一个字母的缩写。挥发性有机物一般指沸点在50℃~250℃的化合物,室温下饱和蒸汽压超过0.1mmHg(13.33Pa),在常温下以蒸汽形式存在于空气中的一类有机物。按其化学结构的不同,可以进一步分为八类:烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他。
随着经济的发展,由工业生产、居民生活等人为原因排放的VOC总量在逐年增加,导致光化学烟雾、城市灰霾等复合大气污染问题日益严重,VOC对大气环境质量的影响已引起人们的高度重视。
常见挥发性有机物,有苯乙烯、丙二醇、甘烷、酚、甲苯、乙苯、二甲苯、甲醛等。它们主要来源于石油化工行业所排放的废气;造纸、油漆涂料、采矿、金属电镀和纺织等行业所排出的有机溶剂;交通工具所排放的废气及其他可能排放有毒有害有机废气的污染源。
挥发性有机物对人体健康的影响主要是刺激眼睛和呼吸道,使皮肤过敏,使人产生头痛、咽痛与乏力,其中还包含了很多致癌物质。
挥发性有机物的环境危害主要表现在:参与光化学反应,产生臭氧;生成二次有机气溶胶、引发光化学烟雾;加剧平流层臭氧的消耗,增加温室效应。虽然大气中挥发性有机物浓度较低,但其在大气中的化学反应,会显著改变大气物理和化学性质,从而对空气质量产生不利影响。
可见,挥发性有机废气对人类及环境健康造成了极大的危害。因此,为逐步消除我国城市群的重污染天气,改善空气质量,控制挥发性有机物污染势在必行。
目前,国内外的VOC净化技术主要有吸附法、吸收法、冷凝法、膜回收法、催化燃烧法、等离子体技术、光催化氧化法和生物法等。各种方法的综述及研究趋势如下:
吸附法是利用某些半岛全站具有吸附能力的物质如活性炭、分子筛、硅胶、多孔粘土矿石、高聚物吸附树脂等吸附剂,吸附有害物质而达到消除污染的目的。
吸附法主要的研究趋势包括:(1)新型吸附剂的制备与应用;(2)吸附剂的改性研究;(3)研究更加高效、节能的脱附技术。
吸收法是采用溶剂对挥发性有机物进行吸收,再利用有机分子与吸收剂之间物理性质的差异进行分离的污染物控制技术。吸收法净化挥发性有机废气,最常见的是用于净化水溶性有机物。
吸收法主要的研究趋势有:(1)吸收剂的选择与研究;(2)吸收设备的制备与应用;(3)吸收工艺的优化,以提高吸收率。
冷凝法是将废气冷却加压,使其达到过饱和状态而冷凝从气体中分离出来的方法。
冷凝法是去除和回收VOC较好的一种方法,目前主要的研究趋势有:(1)对于低浓度有机物,需要浓缩后,再采用冷凝技术,这对系统的要求较高,需要设计一套稳定的系统;(2)通常冷凝法还需和吸附、吸收等过程联合使用,如何降低成本及获得较高的回收率也是重要的研究方向。
膜回收法是根据混合气体中各组份在压力的推动下透过膜的传递速率不同,从而达到分离目的。
膜回收法具有VOC回收率高、能耗低等优点,目前主要的研究趋势包括:(1)膜材料和膜技术的研究开发;(2)分离集成系统的研究开发;(3)吸附剂的选择优化。
催化燃烧法是一种完全催化氧化,是利用催化剂的催化氧化活性降低VOC燃烧过程中的反应活化能,从而将VOC在远低于其正常燃点的温度下与氧气反应,生产对环境和人体没有危害的CO2和H2O,从而达到净化目的。
催化燃烧法的研究趋势有以下几点:(1)制备更加优秀的催化剂,特别是更经济的非贵金属催化剂,使催化温度下降,催化效果提高,提高催化剂的抗中毒能力并延长其使用寿命,降低催化剂成本;(2)催化剂载体的研究,寻找或制备更加高效的催化剂载体,最大限度地发挥催化剂的性能;(3)开展多相催化燃烧的研究,采取其他措施强化催化燃烧反应,提高催化效率。
等离子体处理VOC的机理是在放电反应中产生的活性粒子(如高能电子、臭氧、自由基等)的作用下,发生一系列的物理化学反应,使有害的VOC转化成无害的物质(如CO2、和H2O)。
等离子体技术的研究方向主要集中在:(1)开发能够同时处理多种污染物的等离子体技术;(2)与催化以及其他技术相结合,提高能量利用率和处理效率。
光催化氧化法是利用某种催化剂将有机污染物浓集在一种固体吸附剂上,然后用紫外线对它们进行光催化氧化。
光催化氧化技术的发展趋势有以下几点:(1)高效催化剂的研究;(2)对催化用光源进行研究;(3)多相光催化及副产物无害化的研究。
生物法处理技术主要针对低浓度、大风量可生物降解的有机废气治理,生物净化技术就是通过微生物的代谢活动,将废气中的VOC转化为简单的无机物及细胞组成物质的过程。
生物法净化技术的研究趋势为:(1)加强对复杂混合VOC的研究;(2)重视对不同填料的性能研究;(3)与其他处理技术相结合,提高净化效率;(4)通过传统技术和现代生物技术获得高效降解VOC的微生物菌种。
首先,要充分认识挥发性有机物的有害性。随着国家经济的快速发展,工业源排放的挥发性有机物总量逐年增加。挥发性有机物给人类和环境带来的影响已经越来越大,必须加大宣传普及力度,提高居民、企业对挥发性有机物污染危害以及防治挥发性有机物必要性、重要性的认识。另外,可以充分发挥新闻媒体和网络的舆论引导和监督作用,普及挥发性有机物污染防治知识,努力形成有利于污染治理的舆论氛围。
第三,在末端治理方面,由于VOC的成份复杂,各种污染物的特性不同,而且受投资运行费用和适用范围的影响,现在还没有哪种控制方法能够做到既经济高效又有广泛的适用性,很多方法还处于实验室研究阶段。治理VOC应综合利用现有的技术和工艺,取长补短,降低成本,提高去除效率并减少二次污染。
随着相关质量及行业标准的颁布与实施,开发高效、低成本,适于工业及家庭广泛应用的VOC处理技术迫在眉睫。因此,在已有研究成果的基础上应加强以下几方面的研究:
(2)VOC净化技术主要有吸附法、吸收法、冷凝法、膜回收法、催化燃烧法、等离子体技术、光催化氧化法和生物法等。推广这些净化技术应用的同时能够研究更多有效的方法。