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天然气作为一次能源三大支柱之一,相比于煤炭和石油更为清洁。加大开发和利用天然气资源不仅能满足人类能源需求、促进经济发展,而且能减少环境污染、改善人类生存环境。我国天然气资源丰富,分布分散,除了大中型气田气外,还存在大量的边远气田等零散天然气。由于这些零散天然气产量小,不具备常规大中型气田气体处理的经济规模。为了利用这部分天然气资源,采用小型撬装式LNG液化装置将天然气液化后运输至用户,是一种有效可行的途径。根据小型撬装式LNG液化装置的特点,其还可应用于汽车燃料加注站和城市燃气调峰等。因此,本文针对某边远地区天然气井采出的天然气,进行小型撬装式LNG液化装置的工艺研究。基于目前能用于处理量小的混合制冷剂制冷液化工艺和膨胀机膨胀制冷液化工艺,选取带预冷的混合制冷剂液化工艺、闭式混合制冷剂液化工艺和N2-CH4膨胀液化工艺三种典型液化流程进行初步比选。在相同的原料天然气气质条件和LNG贮存条件下,以流程功耗、比功耗、天然气液化率以及流程简易程度作为比选指标,比选出N2-CH4膨胀液化工艺作为小型撬装式LNG液化装置的工艺路线。针对N2-CH4膨胀液化工艺中脱除的重烃和低温BOG携带部分冷量可加以利用,对N2-CH4膨胀液化工艺进行改进，将天然气中脱除的重烃和低温BOG与进入冷箱的干净化天然气进行换热。同时,将膨胀机膨胀方式采用两级膨胀,充分回收膨胀功,以达到降低功耗的目的。研究了新流程的制冷剂压力、膨胀前温度、冷箱天然气出口温度以及冷剂配比等主要操作参数,对流程功耗、比功耗、液化率以及制冷剂制冷负荷的影响。在对流程主要操作参数的分析基础之上,以流程比功耗最低为目标函数,对改进的N2-CH4膨胀液化流程的主要操作参数进行优化,优化结果为：天然气液化率为0.9198,总功耗为1073.5746kW,比功耗为46099.9100J/mol,制冷剂高低压力分别为3.80MPa和0.39MPa,制冷剂组分比为0.898：0.102。相比原流程,改进后的N2-CH4膨胀液化流程的总功耗和比功耗均低。在最优操作参数条件下,考察流程对天然气气质条件波动的适应性。本论文同时完成了主要设备计算与选型,将整个液化装置分为净化撬块组、液化冷箱撬块、制冷剂储配撬块、制冷剂压缩-膨胀撬块、LNG储存撬块和火炬放空系统等进行撬装化设计。完成装置设备平面布置和初步经济性评价。