近年来,随着国内各大油气田对增产提效、资源增值的不断重视,具有经济效益好、回收价值高的天然气深度处理项目逐渐被提上日程。CQ气田为了提高经济效益,满足市场需求,现拟建一座大型乙烷回收工厂,用于回收天然气中的乙烷及以上组分。由于乙烷回收过程制冷深度大、装置易结冰,对工艺的适应性和安全性均提出了严格的要求。因此,开展乙烷回收工艺技术研究,提高轻烃资源的回收率,降低装置的综合能耗,对实现我国气田高效、经济与安全开发具有重要意义。本文通过对国内外乙烷回收工艺技术现状的调研,结合CQ气田原料气的气质工况,深入分析了 GSP、LSP、RSV和SRC等代表性工艺的优缺点,发现了 RSV工艺在乙烷回收率和气质适应性上的优势。而针对常规RSV流程在C02冻堵控制上的不足,为进一步提高乙烷回收率,本文决定对RSV工艺进行流程改进。本文在对乙烷回收流程机理和控制C02冻堵技术的研究基础上,根据CQ气田给定原料气的气质,确定运用多级分离、多级降温和多股回流的手段,通过改善脱甲烷塔顶部回流,提出了脱甲烷塔分离工艺改进方案。基于塔总组合曲线(CGCC)和灵敏度分析对塔操作过程进行优化,设置侧线重沸器和热泵对脱甲烷塔热集成进行优化,从而进一步提高了乙烷回收率和降低了脱甲烷塔热负荷。为降低CQ气田乙烷回收系统对公用工程的需求量,对改进工艺多股流冷箱的换热网络进行研究。基于夹点理论找出初步设计的换热网络存在的问题,并明确了换热网络的优化方向。在保证乙烷产品回收率不变的情况下,优化后换热网络的冷、热公用工程用量均有明显的下降,主体装置综合能耗降幅为21.57%,由此实现了节能降耗的目标。在对RSV乙烷回收工艺、C02冻堵控制技术、脱甲烷塔模拟优化技术和系统热集成技术的研究基础上,提出CQ气田天然气处理装置的整体工艺方案。改进工艺方案提高了冷量的利用效率,乙烷回收率达95.98%,综合系统能耗比RSV工艺降低了 115159×104MJ/a,节能效果明显。此外,通过对改进工艺的适应性研究后发现,该工艺不仅对原料气气质的变化有较好的适应性,而且对不同含量的C02进气工况也有较好的适应性。