我国存在大量压力低、储量小的天然气气源,通过小型天然气液化装置对其进行回收利用可以缓解日益紧张的能源危机。在广泛阅读国内外文献的基础上,针对小型天然气液化装置的应用特点,提出一种精馏型混合工质自复叠天然气液化系统,并对其进行了大量的理论和实验研究,主要研究内容和结论如下：(1)采用简化的一次分凝混合工质自复叠天然气液化系统,以单位液化功最小为目标,进行了深入的热力分析,得到了混合工质配比、天然气压力和混合工质运行压力等关键因素对系统性能的影响规律。(2)设计、搭建和调试成功了带变浓度模块和流程选择模块的精馏型混合工质自复叠天然气液化系统实验装置。(3)采用N2、CH4、C2H4、C3H8、iC4H10为组元的5组混合工质配比,对压力为0.35MPa、0.4MPa、0.45MPa和0.5MPa的纯CH4分别进行了液化实验。得到了与理论模拟基本一致的各关键因素对系统性能的影响规律,增加中间沸点组分的浓度,减小最低沸点和最高沸点组分的浓度,提高天然气压力,减小吸气压力均有利于提高系统的液化效率。(4)在天然气压力为0.514MPa的条件下,实验得到的单位液化功为2.959kWh/kg,为进一步研究和优化该循环性能打下了坚实的基础。