随着人类对清洁能源需求日益增加以及页岩气开采技术的不断成熟,未来几年内天然气在我国必然会有较快的发展。我国广泛存在着大量压力低、储量小的天然气气源,天然气管网只能覆盖小部分地区,这就对天然气液化装置的小型化提出了要求。本文通过理论和实验两个方面,对精馏型自复叠天然气液化装置进行了研究,主要内容如下：(1)采用改进型PT状态方程,优化物性计算子程序,收敛性明显优于物性软件REPROP,成功应用于多元混合制冷剂的低温热物性计算。(2)制冷混合制冷剂(包括的制冷剂有R600a、R290、R1150、R50以及R728),天然气采用纯甲烷来代替,分别成功地进行了精馏型混合制冷剂自复叠液化循环7个流程的数值模拟,探讨了系统压力、节流阀开度、流程、制冷剂的配比及充灌量等因素对系统性能指标以及可靠性指标的影响规律,很好地指导了实验研究。(3)在自行搭建的实验装置上进行了精馏型混合制冷剂自复叠液化循环的大量实验优化研究,基本上验证了数值模拟所得到的理论结果。(4)通过流程形式、混合制冷剂配比以及节流阀开度等方面的优化,实现了在天然气压力1、3、5和7个大气压下的最小单位液化功分别为4.49kW·h/kg、1.98kW·h/kg、1.61kW·h/kg和1.29kW·h/kg,从开机到系统稳定仅需要3小时,达到了国内外较为先进的水平。