本发明涉及天然气轻烃回收应用技术领域，是一种天然气轻烃回收中梯级利用能量的方法及装置，前者利用脱甲烷塔塔顶低温物流与原料气换热，利用深度制冷的低温冷量实现原料气预冷，脱甲烷塔低温抽出冷液分别与原料气换热返回脱甲烷塔，实现低温抽出液梯级提温、原料气预冷，塔底液与原料气换热，实现塔底馏出液升温、轻质组分分离，后者包括多股流换热器、透平膨胀机、低温分离器、脱甲烷塔和重沸器。本发明利用透平膨胀机、多股流换热器作为能量转化的中间设备，有效实现脱甲烷塔不同位置物流冷量梯级回收，极大节省脱甲烷塔热能耗，同时降低了多股流换热器和重沸器的温差，减少了能量损失，达到节能降耗、绿色低碳清洁生产目的。