轻烃回收工艺使天然气以及油田气各个组分得到充分利用,是天然气以及油田气综合利用的重要过程,对当今社会的能源危机具有重要意义。但在传统的轻烃回收工艺中,大多采用浅冷回收工艺,回收后的干气仍然含有较多的轻烃组分,同时外排干气仍存在一定的压力,如果就此泄压作为燃料气排入管网则降低了资源的利用率,造成严重的资源与能源浪费。所以,从外排干气中进一步回收轻烃是一个亟待解决的问题。因此,本文在原有的浅冷工艺的基础上,提出了膜-膨胀机耦合冷凝技术的新工艺,并采用UniSim Design对操作参数进行模拟优化,在高效率回收干气中轻烃的同时回收能量。国内某油田冬天40000 Nm3·d-1和夏天66000Nm3·d-1的油田伴生气回收轻烃,经浅冷处理后的油田伴生气中轻烃含量仍然较高,本文基于原有的浅冷流程的基础上提出了膜-膨胀机耦合一级冷凝流程以及膜-膨胀机耦合二级冷凝流程回收外排干气中轻烃和干气压力,并得到以下优化结果：膜-膨胀机耦合一级冷凝回收外排干气中轻烃以及干气压力工艺的冷凝温度选取原流程的-30℃,冬天时膜面积为80m2,夏天时膜面积为140m2,由此工况确定的膨胀机效率为75.66,流程的总效益为3115.5万元/a,外排干气中的轻烃含量分别由原流程的6.77v%和6.41v%,下降为2.87v%和2.80v%,膨胀机回收能量为66.6kW/h；膜-膨胀机耦合二级冷凝回收外排干气中轻烃以及干气压力工艺的冷凝温度分别选为-12℃和-30℃,冬天时膜面积为80m2,夏天时膜面积为140m2,膨胀机效率为75.85,整个流程的经济效益为3131.2万元/a,外排干气中轻烃含量分别由原流程的6.77v%和6.41v%,下降为2.86v%和2.79v%,膨胀机回收能量为65.4kW/h。在此基础上,考虑了由于开采时间的延长,油田伴生气的产量下降导致的流量变化以及季节变化造成的原料组成、流量变化对轻烃回收的影响。本文对此作了模拟研究,模拟结果表明：在原料气产量下降的情况下,改造流程的经济效益仍较原流程高；在季节变化的情况下,随着原料组成与流量的变化,改造流程的经济效益仍较原流程高,改造流程具有一定的稳定性。在比较了原流程与改造流程的经济效益的基础上,通过计算爆炸极限比较了两个流程的安全性。结果表明：改造流程在提高流程经济效益的同时,流程的爆炸极限基本没有波动,能够保证流程的安全生产。最后综合考虑经济效益、安全性以及改造的难易程度,选取膜-膨胀机耦合一级冷凝技术作为流程改造的最终方案。