温度对甲烷水合物形成过程影响的分子动力学模拟

【摘要】：甲烷可以与水形成由大、小孔穴构成的I型水合物,该过程受温度的影响。采用分子动力学(MD)模拟方法,在等温等容(NVT)模拟条件下,研究了温度变化对水合物晶体及其中大、小孔穴结构及稳定性的影响。通过分子模拟分析晶体构型、氧原子均方位移、甲烷分子位移和相互作用能,结果表明:水合物晶体的稳定性受温度的影响较大,且其主要由大孔穴的稳定性决定;温度对大孔穴的结构及稳定性的影响较大,随着温度的升高,大孔穴稳定性明显降低,笼形结构变形增大,甚至出现坍塌,导致水合物分解;温度对小孔穴结构及稳定性的影响较小,相同条件下水合物中小孔穴的稳定性高于大孔穴的稳定性。研究成果可为水合物形成过程的控制、水合物快速分解、水合物稳定储存等提供理论基础。 【作者单位】： 中国石油工程建设公司华东设计分公司;中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院;山东物流集团清恒能源有限公司;
【关键词】： 水合物 分子模拟 稳定性 天然气 孔穴
【基金】：国家自然科学基金“水合物颗粒聚集动力学及流动安全研究”;51006120 高等学校博士学科点专项科研基金“天然气水合物生长动力学及快速形成机理研究”;20110133110004
【分类号】：TE81
【正文快照】： 天然气水合物是在高压、低温条件下烃类气体与水形成非化学计量的、外形似冰的包络型化合物[1],其中主体分子(水分子)之间通过氢键相互作用构成孔穴,客体分子(烃类分子)填充于孔穴中,主客体分子间的作用力为范德华力。自然界中的天然气水合物主要存在于海底和陆地永久冻土带[2

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