溫度對甲烷水合物形成過程影響的分子動力學模擬

【摘要】：甲烷可以與水形成由大、小孔穴構成的I型水合物,該過程受溫度的影響。采用分子動力學(MD)模擬方法,在等溫等容(NVT)模擬條件下,研究了溫度變化對水合物晶體及其中大、小孔穴結構及穩(wěn)定性的影響。通過分子模擬分析晶體構型、氧原子均方位移、甲烷分子位移和相互作用能,結果表明:水合物晶體的穩(wěn)定性受溫度的影響較大,且其主要由大孔穴的穩(wěn)定性決定;溫度對大孔穴的結構及穩(wěn)定性的影響較大,隨著溫度的升高,大孔穴穩(wěn)定性明顯降低,籠形結構變形增大,甚至出現(xiàn)坍塌,導致水合物分解;溫度對小孔穴結構及穩(wěn)定性的影響較小,相同條件下水合物中小孔穴的穩(wěn)定性高于大孔穴的穩(wěn)定性。研究成果可為水合物形成過程的控制、水合物快速分解、水合物穩(wěn)定儲存等提供理論基礎。 【作者單位】： 中國石油工程建設公司華東設計分公司;中國石油大學(華東)儲運與建筑工程學院;山東物流集團清恒能源有限公司;
【關鍵詞】： 水合物 分子模擬 穩(wěn)定性 天然氣 孔穴
【基金】：國家自然科學基金“水合物顆粒聚集動力學及流動安全研究”;51006120 高等學校博士學科點專項科研基金“天然氣水合物生長動力學及快速形成機理研究”;20110133110004
【分類號】：TE81
【正文快照】： 天然氣水合物是在高壓、低溫條件下烴類氣體與水形成非化學計量的、外形似冰的包絡型化合物[1],其中主體分子(水分子)之間通過氫鍵相互作用構成孔穴,客體分子(烴類分子)填充于孔穴中,主客體分子間的作用力為范德華力。自然界中的天然氣水合物主要存在于海底和陸地永久凍土帶[2

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