公开了一种油气处理系统，包括：进气管路；压缩机；冷凝器，用于对压缩后的所述油气进行冷凝，冷凝温度保持在零上温度；气液分离罐，用于对压缩冷凝后的所述油气进行气液分离得到液态有机物和不凝气；膜分离器，用于对所述不凝气进行膜分离，以获得富集的有机物和贫有机物气流；排气筒，用于释放净化后的所述贫有机物气流；回收物料管路，用于对所述液态有机物和所述富集的有机物进行回收。本申请的油气处理系统，采用压缩，冷凝、膜分离的组合工艺，使待处理油气在高压下完成后续过程，提升了处理效率，同时利用有机组分在高压下易液化的特点，使得冷凝温度保持在零上温度，避免了在零下温度时水分结霜导致的换热器堵塞的问题。