乙烷被认为是最好的乙烯裂解原料,具有很高的工业价值,其主要来源于天然气和工厂尾气回收。在天然气产品中乙烷浓度较低,传统乙烷回收工艺受技术限制回收率较低,因此大部分乙烷随甲烷用作燃料。气体分离膜可以回收管道天然气中乙烷并提高乙烷在渗透侧流股中的浓度。而且天然气自带高压能够节省膜分离过程中压缩机功耗。将膜技术与传统分离技术相结合,设计了高压管道天然气中乙烷的回收工艺,利用UniSim Design软件进行模拟和优化。膜分离单元计算的准确性取决于所用膜分离模型的准确性。将离散膜分离模型编入UniSim Design中,能更准确地计算出膜分离的结果。在气体膜分离过程工艺设计中常用模型为平均推动力模型,但随着膜分离技术的发展,气体分离膜的性能和操作条件都有所改变,需要重新判定平均推动力模型的准确性及适用范围。以离散模型为标准,分别用离散模型和两种平均推动力模型对H₂/N₂、CO₂/N₂、O₂/N₂三种具有代表性的体系进行模拟计算。分析在不同膜渗透率、操作压力、浓度条件下两种平均推动力模型的准确性。结果表明,算术平均推动力模型在低选择性、低压力体系中准确性较高,对数平均推动力模型适用于高选择性、高压力体系。建立多级膜分离流程富集管道天然气中的乙烷。在不同渗透侧压力比和膜面积条件下,分别对一级、二级、三级膜分离流程进行模拟计算。结果表明,分离过程中膜面积对渗透侧流量影响较大,而压力比则主要影响渗透侧乙烷浓度。随着膜级数增多,膜面积对浓度影响减弱,但压力比作用增强。对比发现三级膜流程渗透侧乙烷浓度约为一级膜流程的3倍,并且大幅减小渗透侧流量,说明多级膜流程能够实现乙烷富集的目的。根据膜分离单元渗透侧流股的特点,选择吸收和精馏工艺分离其中的CO₂和CH₄,建立膜-吸收-精馏联合流程。利用乙二醇胺（DEA）溶液吸收流股中二氧化碳气体,脱酸后气体进入高压精馏塔分离甲烷和和乙烷。对不同流程进行模拟计算,比较不同级数的膜联用流程在乙烷回收率相近时各流程经济效益和各单元操作费用。结果表明,随着膜级数增加,膜分离单元费用增加,精馏单元费用降低,总经济效益先增加后降低,二级膜联用流程在乙烷回收率相同时,经济效益最优。对二级膜-吸收-精馏联合流程的操作参数进行优化,最终实现回收高压管道天然气中44.17%的乙烷。