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甲烷是利用价值极高的化石气体资源，广泛存在于天然气、沼气之中。受小型液化装置的技术所限，储量较小的零散气甲烷难以高效的开发与利用，造成巨大的污染与资源浪费。本文针对零散气甲烷处理不便的难题，设计一套小型液化工艺，使用HYSYS对工艺进行仿真与优化，形成一套具有商用价值的工艺流程。通过对关键设备进行优化设计，获得翅片管式换热器的最优结构参数，降低设备的年投资费用。最终搭建完成零散气甲烷液化装置，开机试验成功，能够在民用条件下能对零散甲烷进行液化，具有较高商业与环保价值。主要研究工作与结果如下：（1）借鉴小型天然气液化工艺，在现有带预冷的混合制冷剂液化工艺的基础上，开发一套微型的适用于民用条件的零散气甲烷液化工艺，能够在常温常压下液化气态甲烷；（2）使用HYSYS对所设计工艺进行仿真分析，以低功耗为优化目标，使用SPSS设计大量仿真实验，模拟后对数据分析，获得压比、工质配比及节点温度等最优工艺参数；（3）介绍并采用一种新型教学优化算法（TLBO）对翅片管式换热器优化设计，获得以年投资费用为目标函数的优化结构，分析设备各参数对于年投资费用的影响，作为翅片管式换热器选型与制造的参考。对比粒子群算法（PSO）及遗传算法（GA）两种较为成熟的优化算法，表明TBLO无需根据优化问题设置相应的优化参数，编程更简单，收敛速度更快；（4）搭建完成后的零散气甲烷液化装置，体积不到3m3，开机后仅4小时即成功制取-166.6℃的低温，在此条件下能够液化常压下甲烷。装置运行温度的趋势与模拟值基本一致，表明HYSYS仿真分析对液化工艺的设计及优化具有十分重要的指导意义。