氦气是一种稀有的气体资源,广泛应用在半导体制造、航天、磁悬浮列车、医疗、特殊焊接等领域。氦气主要来源于含氦天然气,因而天然气提氦是提氦领域主要研究对象,然而我国的氦气资源储量少、浓度小,这也限制了我国提氦工业的发展。以提氦为目的的深冷提氦工艺因其能耗高、设备复杂、LNG产量小等缺点,经济效益方面不具有竞争力；伴随着液化天然气销量的日益增长,以天然气液化为基础的提氦工艺将具有更高的经济优势。本文以带丙烷预冷的混合冷剂液化流程(C3/MRC)为基础,研究天然气液化提氦工艺。模拟了深冷膜联合提氦工艺,针对深冷特点,以冷凝、膜处理、变压吸附的方法阶梯式提浓氦气,可现实氦气回收率为70%左右,同时研究和优化了各工艺条件。针对联合工艺氦气收率低的缺点,提出了深冷膜耦合提氦工艺,考虑深冷温度和闪蒸压力与膜分离过程的耦合影响。流程以两级膜过程与液化流程耦合,可实现氦气收率96%,同时增加天然气液化率1.4吨/小时%。流程设备简单、易操作、无需液氮制冷系统,并且具有较高的经济性。本文同时对混合冷剂制冷做了相关工作,研究了四元冷剂组分对制冷曲线的影响,并模拟优化冷剂组成,以组成对传热温差和冷剂热容的影响解释优化过程,得到了较优的冷剂组分。