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GTL工艺,即天然气制合成油,为解决世界能源需求问题和生产清洁燃料提供了一条有效途径,但GTL仍处于发展初期,工艺不完善：GTL工艺中费托合成产生大量尾气,通常将尾气循环利用,但是尾气中CH4、N2和轻烃会影响费托反应平衡和降低转化率,因此一部分尾气作为弛放气直接送入燃料气管网；GTL弛放气中H2和CO约占总原料合成气15vol%以上,同时含有宝贵的轻烃蒸汽(C2～C5),直接作为燃料气,既降低了GTL技术效率,又造成原料浪费。因此,合理回收GTL弛放气是GTL工艺亟需解决的问题。本论文首先进行了聚酰亚胺中空纤维膜分离GTL模拟弛放气实验。实验获得了膜组件对GTL弛放气的实际膜分离系数,并研究了浓差极化、竞争吸附等非理想现象对分离过程的影响,为流程模拟提供了可靠依据。针对GTL工艺存在的问题,提出综合回收GTL弛放气的新工艺流程。基于国内某炼厂133000Nm3/h的GTL弛放气综合回收项目,依据初步拟定的GTL弛放气分离序列提出HM+PSA+VM/CC和HM+VM/CC+PSA两个流程来综合回收H2、CO和轻烃,并采用UniSim Design对流程进行模拟和优化：HM+PSA+VM/CC流程中,HM膜面积5.82×104m2,H2产品浓度91.2%,回收率85.6%,可获得年经济效益约1.22亿元,VM/CC冷凝温度-17℃,总膜面积和两段膜面积比分别为4500m2和1：2,获得年经济效益1.026亿元；HM+VM/CC+PSA流程中,HM与前者相同,VM/CC冷凝温度-40℃,总膜面积为6000m2,采用一段膜流程,获得年经济效益0.907亿元。对于PSA回收CO工艺,在设备和CO回收率相近的情况下,前者操作费较后者多0.129亿元/年,另外,对于VM/CC回收轻烃工艺,前者轻烃回收率低于后者,因此,综合考虑年经济效益和回收效果,HM+VM/CC+PSA流程较优。在上述较优流程基础上,提出有机蒸汽膜+脱甲烷塔工艺和两级HM工艺分别用于降低脱甲烷塔公用工程和回收PSA贫氢尾气,进一步强化GTL弛放气分离过程,实现“节能降耗”的目的。有机蒸汽膜+脱甲烷塔集成工艺中,通过增大有机蒸汽膜膜面积可显著降低再沸器低压蒸汽消耗,节能效果明显,实现C2回收率95%,C3+回收率大于99%；两级HM工艺中,两级膜膜面积分别为40000m2和5200m2,H2产品浓度90%,H2回收率70.44%,强化了GTL弛放气总体H2回收效果,H2总回收率由86.04%提高到95.88%,H2回收年经济效益由1.22亿元提高到1.54亿元。