天然气以其高效、清洁的性能已成为21世纪的主要能源之一，并日益呈现增大的趋势。小型液化天然气装置以体积小、可撬装、机动运输、开停方便等特点，能对分散的天然气气田进行采集，在我国具有战略价值。本文针对这一装置及其关键技术展开研究，主要内容如下：　　 1、查阅、研究并总结了大量的国内外文献，分析国内外关于小型LNG装置的研究现状及存在的问题，在此基础上确立了本文主要的研究内容。　　 2、对我国天然气气田组分进行分析，总结我国天然气气田的特点，选定了本文进行天然气物性计算所需要考虑的组分。在比较了不同天然气物性计算状态方程特点的基础上，选择了P-R方程作为物性计算状态方程。　　 3、分析目前天然气液化流程的特点，选择膨胀式液化流程作为本文研究的对象，设计了新型N2-CH4膨胀天然气液化流程，利用火用分析方法，计算了流程中各个部件的火用损失，发现系统火用损失最大的部位是节流阀处，提出用膨胀机取代节流阀，以此为基础提出了带返流的新型膨胀液化流程，以液化率和比功耗作为系统性能优劣的评价标准，给出了系统所有状态点的状态参数，分别计算了N2-CH4膨胀天然气液化流程和改进后的带返流的新型膨胀液化流程的液化率和比功耗，结果表明改进后系统液化率由33.5％提高到39.2％，比功耗由38.68kWh/kmol降低到19.9kWh/kmol，改进后的系统要明显优于改进前。论文同时对影响液化流程的主要参数进行了优化分析，给出了几个关键参数的选择依据，为系统主要参数的确定提供理论支持。　　 4、以我实验室研制的单螺杆压缩机和单螺杆膨胀机的性能参数为基础，提出基于单螺杆膨胀机的带压天然气直接膨胀液化流程和低压天然气直接膨胀液化流程。带压天然气直接膨胀液化流程考虑从井下出来的天然气自身有很大的压力能可以利用，而低压天然气直接膨胀液化流程需要先对入口天然气进行加压，考虑到液化天然气存储压力的不同，分别提出高压储存液化流程、低压储存液化流程和常压储存液化流程，并对三种形式的流程方式进行分析，结果表明高压储存的液化率最高为54.7％，比功耗最低为9.37kWh/kmol。由于液化天然气高压储罐价格很高，考虑到成本原因，提出低压储存液化流程和常压储存液化流程，计算结果表明，常压储存液化率为43.9％，比功耗为15.5kWh/kmol，低压储存液化率为33％，比功耗为18.6kWh/kmol，可见，常压储存液化流程要优于低压储存液化流程。