温度对甲烷水合物形成过程影响的分子动力学模拟

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