TBAB半笼型甲烷水合物稳定性分子动力学模拟

张 强，梁海峰，吉梦霞，杨 琨

（太原理工大学 化学化工学院，山西 太原 030024）

随着常规化石能源的逐渐枯竭，人类对新能源的需求量越来越大，天然气水合物作为一种非常规天然气，资源总量非常庞大，估计为3.1 × 1015～7.6 ×1018m3，因此其开发利用得到了广泛的关注。天然气水合物是在低温、高压条件下烃类气体分子和水形成的类冰状晶体化合物，主体分子（水分子）通过氢键构成笼型骨架，客体分子（烃类分子）填充在晶穴中，主客体分子间的作用力为范德华力。

目前发现的水合物晶体包括Ⅰ型、Ⅱ型和H型，自然界中存在的水合物以Ⅰ型和Ⅱ型为主，但大约只有33%的晶穴被客体分子占据[1]。 Saim等[2]指出甲烷水合物在纯水体系中的客体分子晶穴占有率低于22.2%；Saruprias等[3]模拟了CO2水合物的分解过程，指出温度和客体分子晶穴占有率是影响水合物稳定性的重要因素；Sugahara等[4]指出了晶穴占有率对水合物稳定性影响的规律；Yu等[5]研究表明水合物笼中CH4浓度越高， 水合物由亚稳态结构向稳定结构的转变速度越快；芦文浩等[6]研究了不同促进剂下甲烷水合物的稳定性，表明温度较低、客体分子与晶穴的直径比接近1时，水合物稳定性较好；耿春宇等[7]采用分子动力学方法模拟Ⅰ型甲烷水合物，指出由于客体分子占据水合物晶穴，晶穴间的相互作用能降低，水分子间的氢键作用加强，水合物的稳定性提高， 并且在晶穴占有率高于87.5%的情况下，水合物表现出较好的稳定性。 由此表明，较低的温度和较高的晶穴占有率能提高水合物的稳定性。……