天然气是21世纪的主要能源之一,其消耗量日益增大。液化天然气(LNG)在储存和运输方面都具有十分明显的优势,液化天然气已发展成为一门新兴工业。尽管国外天然气液化技术已经比较成熟,但考虑到国内天然气液化的研究现状和行业实际需求,有必要对液化天然气技术开展进一步的研究和探讨。本文从热力学角度出发,对氮-甲烷膨胀天然气液化流程模拟优化进行了详细的研究。本文论述了国内外中小型天然气液化流程及装置研究进展,选择了氮-甲烷膨胀天然气液化流程作为本文的研究对象。调研了我国陕北长庆天然气田的组分和压力,确定天然气组分和气源条件作为本研究模拟的依据。着重分析了天然气的热物性,基于天然气的物性特点,选择P-R方程计算天然气液化流程相平衡,选择LKP方程计算天然气液化流程中各节点焓、熵值。本文用HYSYS软件对整个流程进行模拟,详细介绍了HYSYS软件中各主要设备的计算模块。从热力学角度出发,分析氮-甲烷膨胀天然气液化流程中主要工艺参数,如天然气压力、天然气温度、天然气组成、LNG储存压力、制冷剂高压压力、制冷剂低压压力、制冷剂中甲烷含量和制冷剂膨胀前温度等对液化流程性能指标的影响。在此基础上以比功耗为目标函数,对流程参数进行了优化,增加其液化率,降低其比功耗。对比分析三种氮-甲烷膨胀天然气液化流程各自特点。并对天然气液化流程进行了（火用）分析,通过计算确定了流程中能耗大的设备为压缩机,分析（火用）损失原因,并提出了若干项减少（火用）损失的有力措施。本文研究结果,对进一步研究氮-甲烷膨胀天然气液化流程具有一定的理论指导意义和实用价值。