绿色化学在油气田中的应用

摘要：绿色化学的发展对保持良好的环境、社会和经济的可持续发展都有重要的意义。只有通过绿色化学的途径，从科学研究出发不断的设计和开发出更多绿色技术，不断的完善企业绿色管理，才能更好的解决油气田开采企业环境保护与经济可持续发展的矛盾。目前绿色化学及其带来的产业革命正在全世界兴起，这对油气田开采企业来说既是机遇，同时又充满挑战。

关键词：绿色化学;油气田生产;应用

一、绿色化学概述

绿色化学涉及有机合成、催化、生物化学、分析化学等学科，内容广泛。绿色化学倡导用化学的技术和方法减少或停止那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂、产物、副产物等的使用与产生。绿色化学的定义是在不断地发展和变化的。刚出现时，它更多的是代表一种理念、一种愿望。但随着学科发展.它本身在不断的发展变化中逐步趋于实际应用，且其发展与化学密切相关。绿色化学倡导人、原美国绿色化学研究所所长、耶鲁大学教授P.T.Anastas教授在1992年提出的“绿色化学”定义是：Chemical products and processes that reduce or eliminate the use and generation of hazardous substancese. 即“减少或消除危险物质的使用和产生的化学品和过程的设计”。从这个定义上看，绿色化学的基础是化学，而其应用和实施则更像是化工。绿色化学所涉及的内容越来越广。

绿色化学与污染控制化学不同。污染控制化学研究的对象是对已被污染的环境进行治理的化学技术与原理，使之恢复到被污染前的面目。绿色化学的理想是使污染消除在产生的源头，使整个合成过程和生产过程对环境友好，不再使用有毒、有害的物质，不再产生废物，不再处理废物，这是从根本上消除污染的对策。由于在始端就采用预防污染的科学手段，过程和终端均为零排放或零污染。世界上很多国家已把“化学的绿色化”作为新世纪化学进展的主要方向之一。

二、 绿色化学的发展历程

绿色化学最初发端于美国。1984年美国环保局（EPA）提出“废物最小化”，基本思想是通过减少产生废物和回收利用废物以达到废物最少，初步体现绿色化学的思想。但废物最小化不能涵盖绿色化学整体概念，它只是一个化学工业术语，没有注重绿色化学生产过程。

1989年美国环保局又提出了“污染预防”的概念，指出最大限度地减少生产场地产生的废物，包括减少使用有害物质和更有效地利用资源，并以此来保护自然资源初步形成绿色化学思想。

1990年美国颁布了污染防止法案，将污染的防止确立为国策。所谓污染防止是使得废物不再产生，因而不再有废物处理的问题：该法案中第一次出现“绿色化学”一词，定义为采用最小的资源和能源消耗，并产生最小排放的工艺过程。

1991年“绿色化学”成为美国环保局的中心口号，确立了绿色化学的重要地位。同时，美国环保局污染预防和毒物办公室启动“为防止污染变更合成路线”的研究基金计划，目的是资助化学品设计与合成中污染预防的研究项目。1993年研究主题扩展到绿色溶剂、安全化学品等，并改名为“绿色化学计划”，“绿色化学”构建了学术界、工业界、政府部门及非政府组织等自愿组合的多种合作，目的是促进应用化学来预防污染。

澳大利亚皇家化学研究所RACI于1999年设立了“绿色化学挑战奖”。此奖项旨在推动绿色化学在澳洲的发展，奖励为防止环境污染而研制的各种易推广的化学革新及改进，表彰为绿色化学教育的推广做出重大贡献的单位和个人。此外，日本也設立了“绿色和可持续发展化学奖”，英国设立了绿色化工水晶奖、英国绿色化学奖、英国化学工程师学会环境奖等。

我国在绿色化学方向的活动也逐渐活跃。1995年，中国科学院化学部确定了“绿色化学与技术”的院士咨询课题，1996年，召开了“工业生产中绿色化学与技术”研讨会，并出版了《绿色化学与技术研讨会学术报告汇编》。1997年，国家自然科学基金委员会与中国石油化工集团公司联合立项资助了“九五”重大基础研究项目“环境友好石油化工催化化学与化学反应工程”。中国科技大学绿色科技与开发中心在该校举行了专题讨论会，并出版了《当前绿色科技中的一些重大问题》论文集。1998年，在合肥举办了第一届国际绿色化学高级研讨会。《化学进展》杂志出版了《绿色化学与技术》专辑。四川联合大学也成立了绿色化学与技术研究中心。2006年7月正式成立了中国化学学会绿色化学专业委员会。上述活动推动了我国绿色化学的发展。

三、绿色化学在油气田防腐中的应用

油气田的储存装置、加工装置和运输装置等都和金属密不可分，因此需要相应的防腐，因此来降低化学腐蚀对金属结构的影响。作为防腐蚀涂料，由于其大部分为挥发性化合物含量很高的溶剂型涂料，对环境的影响勿庸置疑，因而受到越来越严格的限制。随着环保意识的增强，涂料的绿色化程度引起人们的重视。

涂料在生产、施工、固化过程中有大量的挥发性有机物质排放到大气中，造成大气污染。这主要来自于溶剂型涂料，也包括水性涂料中的一些助剂，主要有芳香烃、脂肪烃、卤代烃、醛、酮、醇、酸等。排放到大气中的挥发性有机物首先造成一次污染，直接威肋、人类的健康。其中主要是通过呼吸途径随空气进入人体，还可通过与人体接触，或皮肤吸收导致中毒。涂料施工后有机溶剂释放到大气中，已经成为继交通污染之后的第二大污染源。其次，排放到大气中的有机挥发物在阳光作用下会发生光化学反应，产生许多活性物质，有的可与大气中的氧化氮和二氧化硫发生进一步的反应，生成酸性物质。这些反应使有机污染物转化成毒性更大的二次污染物，这是形成酸雨和光化学烟雾的直接原因，对人类生态环境构成了严重的威胁。此外，有机挥发物还会带来温室效应，使地球变暖。众所周知，温室效应对人类的影响是难以预料的。

为解决有机溶剂和VOC对大气污染问题，要从溶剂型涂料发展到无溶剂型涂料，无溶剂型涂料可分成水性涂料、粉末涂料、高固体无溶剂涂料等几大类。由于水性涂料涂装装置与制造设备和传统的溶剂涂料很接近，水性涂料的安全性、涂膜外观和膜厚控制比粉末涂料更优越，因此格外受到重视。常用于水性涂料的树脂有：聚氨基甲酸醋、聚醋、环氧树脂、尿醛树脂等。

溶剂型防腐涂料的另一种无溶剂型代用涂料是粉末涂料。粉末涂料始于20世纪40年代，是以粉末粒子形态涂装并形成涂层。作为无溶剂涂料，粉末涂料在生产和涂装过程中没有溶剂释放，少污染，符合绿色化学和环境保护的要求;涂装过程中喷溢粉末可回收再利用，有利于节省资源;粉末涂装易实施自动化生产，可提高劳动生产率，效率高;在生产和施工中不使用有机溶剂，安全、卫生，符合国际上提出的“4E"（经济、高效、生态、能源）原则，因此得以高速发展。其中防腐型环氧聚醋粉末涂料属热固型粉末涂料，它的基料是热固性树脂，包括环氧树脂、聚酷树脂及丙烯酸树脂。它们是一些较度的预聚合树脂，其特点是可利用其自身的活性官能团，在一定的温度下，或加入固化剂交联固化成不熔的、质地坚硬的三维网状结构的最终产物。由于固化前树脂的相对分子质量较低，所以有较好的流平性、润湿性，因而能很好地钻附于被涂物表面，成膜固化后形成相对分子质量高的交链结构，表现出所具有的装饰性和保护性。这些树脂的生产也体现了绿色化学原则，符合环境的要求。例如环氧树脂的生产采用熔融加成法的新工艺，以优质的低相对分子质量环氧树脂为基础树脂，在熔融均相状态下，借助于特种催化剂的作用发生加成反应，使相对分子质量增大，制备成粉末涂料用E- 12环氧树脂。这种方法工艺简单、设备少、工时短、无三废排放、产率高，是原子经济型反应。

四、绿色化学在油气田开采中的应用

人类只有一个地球，我们对这个星球上的生态系统有着永远摆脱不完的依赖性，需要地球源源小断地提供植物和动物的食物，需要有足够厚度的大气层，来保护人类小受过高或过低气温，以及过量紫外线的伤害，需要地球提供足够量的水和氧气来维持生命的存在。然而，正是人类自己对自然资源的掠夺性、破坏性开采，威胁着生态平衡，破坏着生态的结构。据统计，全世界每年有2000万公顷森林横遭自目砍伐，有近5万个物种濒临灭绝，有近2700万公顷的农田蒙受沙漠化之灾，就连海底也日趋沙漠化。如此自目的行动如果得小到有效的制止和改变，势必爆发可怕的生态危机，而一旦它的爆发超出了人类控制的极限，其后果不堪想象。

当前，我们石油战线正打响一场环境保护的攻坚战，石油人严格遵守国家环境保护的法律法规，持续治理环保隐患，强化节能减排工作，搞清洁发展。把环境保护工作作为科技

工作的重点之一，不断完善、不断创新。在污染防治、生态平衡、环境保护和环境管理上下足了功夫。主动采取有力措施，减碳固碳，控制温室气体，为减缓气候变化做出贡献。生态文明建设是关系中华民族永续发展的根本大计，油气相关行业历来是环境敏感行业之一，新形势下加强油气行业绿色发展至关重要。而且，根据2016年《中国国土资源公报》，我国页岩气查明资源储量丰富，页岩气产量逐年增加。以页岩气为代表的非常规油气田加速开发，所伴随而来的生态环境问题已不容忽视。比如，水资源的大量消耗，温室气体排放，对地下水及饮用水的潜在环境风险等。为提升油气相关行业环境治理水平，生态环境部出台颁布了多项法规标准。同时，鼓励采用清洁能源，减少油气行业污染物排放量，这对优化能源和产业结构、倒逼油气行业转型升级具有重要意义。我国目前处于非常规油气开发初级阶段，非常规油气环保技术及环境保护管理体制尚未健全，与非常规油气快速发展的现状不相适应，开发过程的环境影响、环境风险防控及环境管理制度也需要进一步的研究与完善。

在原油开采过程中应用绿色化学概念时的主要改进：一方面是降低或消除许多对环境有毒有害的化合物，而代之以环境友好的化学品。如由微生物发酵产生的具有表面活性剂特征的生物表面活性剂替代人工合成的化学表面活性剂。研究表明，生物表面活性剂的驱油率比人工合成表面活性剂的驱油效率要高3-8倍，且成本仅为普通表面活性剂价值的30%。从生态学的观点来看微生物表面活性剂也比普通表面活性剂更环保。另一方面是减少或淘汰落后技术的使用。如开采稠油及油砂的关键技术主要分为热采技术与冷采技术两类，在热采技术上，单独采用蒸汽驱技术目前只能达到30%左右的采收率。采用结合了水平井与热采技术特点的蒸汽辅助重力驱技术，可将采收率提高到60 %。将电泵、螺杆泵在水平井、分支井上的利用技术创新性的融合到冷采技术上，稠油开采的成本能降低40 %。另外还有其它新技术如微波采油技术、离子电弧技术等正处在研发阶段。

五、结语

保护环境功在当代，利在千秋，而且保护环境要靠我们每个人的积极参与和无私奉献。搞好环境保护，建设资源节约型社会、环境友好型社会，意义非常重大。因此油气田行业也要积极行动起来，利用绿色化学全力营造一个热爱生活、绿色环保的氛围，努力开创环境保护的新局面。

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