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我国的天然气资源分布分散,单井产气量小,并且油气田的边远地区还存在着大量零散的天然气资源,为回收利用这部分资源,小型撬装LNG装置因其具有体积小、开停灵活、转移方便的优势而备受关注。本文主要针对小型撬装LNG装置的液化技术进行研究:首先,介绍了我国液化天然气工业的发展前景,说明在我国进行小型撬装LNG装置液化技术研究的现实意义;对天然气和制冷剂的物性参数做了介绍,针对天然气和制冷剂组分的特点,选用PR方程作为计算气液相平衡的状态方程,选用LKP方程作为天然气和制冷剂焓、熵的计算方程。其次,对比分析N2-CH4膨胀机液化流程、带丙烷预冷混合制冷剂液化流程和新型两级混合制冷剂液化流程三种典型流程的关键参数,虽然N2-CH4膨胀机液化流程能耗偏高,但是该流程结构紧凑、运行灵活、具有很强的适应性,适合撬装,因此本文选用N2-CH4膨胀机液化流程作为小型LNG装置的液化流程;采用AspenPlus流程模拟软件作为研究工具,建立液化流程中压缩机、膨胀机、节流阀、物流混合器、分流器、气液分离器、多股流换热器等设备的数学模型,并研究了各模型的计算方法;利用AspenPlus模拟软件做出了N2-CH4膨胀机液化流程的系统模拟图。最后,采用序贯模块法对N2-CH4膨胀机液化流程进行热力研究,并对其模拟步骤和求解过程作了详细分析;针对国内某一具体气源,从热力学角度出发,分析了制冷剂高压压力、低压压力、制冷剂膨胀前温度、主换热器天然气出口温度、制冷剂组分等流程关键参数对N2-CH4膨胀机液化流程性能的影响;以LNG比功耗最小为目标函数,对N2-CH4膨胀机液化流程的关键参数进行了优化,得到了N2-CH4膨胀机液化流程各节点的温度、压力、焓、熵、流量以及各组分的摩尔分数;针对气源条件的波动性,分析了天然气压力、温度、甲烷的摩尔分数以及天然气总流量等天然气气源条件的变化对N2-CH4膨胀机液化流程性能造成的影响。