传统空分技术生产运行压力高、电耗大、能耗高，采用LNG冷能为空分工艺提供冷源，已成为节约资源、减少能耗的有效方式之一。然而，现有的LNG冷能空分技术仍存在空分余冷利用不充分、生产设备大型化等问题，使得其应用受限，需要对其进行重新梳理，以扩大其应用范围。本文通过对现有的LNG空气分离系统进行研究，在分析了空气预处理系统、精馏系统、换热系统的关键技术及相关参数的基础上，提出了一套优化后的LNG冷能空分工艺方案。该工艺方案针对LNG空分系统的余冷温位的特点，分别设计了LNG空分余冷用于冷库-冷水空调和制冰-冷水空调的两套余冷利用联合工艺。同时，采用Aspen-plus进行了流程模拟，最后，采用火用分析方法对其进行了分析，分析结果表明：LNG空分-冷库-冷水空调系统的系统火用效率是60.8%，优于系统火用效率为54.7%的LNG空分-制冰-冷水空调系统，被确定为用于工程化的工艺方案。本论文以某LNG卫星站为研究背景，结合上述LNG冷能及其余冷利用工艺，确定了适用于该LNG站的冷能空分-冷库-冷水空调联合项目。通过对工艺进行工程化工艺流程设计、关键设备选型、技术经济性及操作弹性分析可知：项目设计LNG气化流量为6300Nm3/h，总投资4290万元，项目年均收益1209.38万元，静态投资回收期仅为3.55年。最后通过工艺的发展潜力分析可知，该工艺因小型化、撬装化、即开即停、投资少和见效快等特点可适用于处地偏远分散、LNG冷量较小且供冷不稳定LNG卫星站，具有广泛的发展前景。