本发明涉及一种用于回收天然气裂解炭黑尾气中甲烷的装置，其包括：预处理单元，用于去除天然气裂解炭黑尾气中的第一油类物质和固体颗粒物杂质以获得预处理后的料流I；变温变压吸附单元，用于去除所述预处理后的料流I中的二氧化碳和第二油类物质以获得除油脱碳的料流II；脱硫单元，用于去除所述除油脱碳的料流II中的含硫物质以获得脱硫后的料流III；加氢单元，用于将所述脱硫后的料流III中的炔烃和烯烃进行加氢饱和以获得加氢后的料流IV；和深冷分离单元，用于将所述加氢后的料流IV进行深冷分离，获得甲烷。采用本申请的装置实现了天然气裂解炭黑尾气中甲烷的高效回收，具备环保、安全以及低成本的优点。