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随着人口的增加,全球能源需求显著增长。由于其储量丰富和可得性,化石燃料在全球能源经济中发挥着关键作用。在这种情况下,天然气已成为一种清洁而丰富的能源。因为它减少了空气污染物的排放。天然气通常通过气体传输管道(gas transmission pipeline,GTP)输送到最终用户。但是,由于GTP在经济上不适合长距离传输,天然气(natural gas,NG)通常被液化并通过液化天然气(liquefiednatural gas,LNG)载体运输。在大气压和低温(-162℃)下,LNG的体积比常温常压NG缩小约600倍,但液化天然气工艺成本和能源消耗很高。LNG具有高能量密度,技术和经济可行,运输方便等优势,因此,将NG液化后出口到全球,特别是偏远地区,是目前最有效的方法。本文研究了天然气液化过程的节能方法和工艺。首先,提出了一种将生物甲烷液化和液态空气储能(LAES)、释能过程相结合的生物甲烷液化集成工艺流程,并利用ASPENHysys软件对其节能和成本效率进行了分析。在LAES的释能阶段,利用液态空气的冷(火用)来促进生物甲烷液化,并利用混合制冷剂的热(火用)来辅助液态空气膨胀发电。通过热力学和经济性分析,评价了该集成工艺的商业可行性。第二项工作是制定系统的方法,包括确定现有单一混合制冷工质(Single mixed refrigerant,SMR)的优化潜力,根据这些改进和优化,进一步发掘系统的提升潜力。以最小能耗为目标,采用多元Coggins步进法(Multivariate Coggins step-up,MCS)改进的SMR工艺设计,从而提高系统的总(火用)效率。在优化的情况下再次应用(火用)分析,以进一步计算系统的改进潜力。第三项工作涉及新开发的改良型单一混合制冷剂(modified single mixed refrigerant,MSMR)工艺。通过对MSMR LNG工艺进行(火用)分析表明,系统的(火用)损可分为可避免和不可避免两个部分。对MSMR工艺中低温换热器的传热效率和整体性能进行了复合曲线分析。第四项工作是应用新创建的algorithm-specific parameter-less Jaya算法研究了海上天然气液化过程的节能途径。如果未遵循用于调整特定参数的足够协议,则性能常规算法可能会受到影响。但是,Jaya优化方法不需要任何方法algorithm-specific parameters。SMR工艺和氮双膨胀机工艺是海上LNG生产工艺具有前景的选择。在执行Jaya算法的过程中发现,其在复杂和非线性LNG工艺设计优化中的应用非常简单,这主要是由于其算法特定的参数较少,约束条件的处理采用罚函数法,并将其纳入目标函数中。第五项工作是探索液化天然气供应链中的节能潜力。确定了当前的挑战的特征。基于已发现和确定的问题,确定了液化天然气供应链中节能方向,讨论了与节约成本,人力资源改善和技术进步有关的方法,给出了不同类型液化天然气供应链的可能改进途径。