[发明专利]一种模拟化学助剂作用下甲烷水合物分解过程的方法

说明书

本发明涉及一种模拟化学助剂作用下甲烷水合物分解过程的方法，所述方法采用计算机模拟甲烷水合物的模拟结构；利用结构分析软件收集得到的甲烷水合物模拟结构的坐标信息以及收集化学助剂的坐标信息，得到初始结构信息；采用分子动力学模拟软件，带入得到的初始结构信息，设置模拟参数，通过能量最小化方法得到稳定构型信息，改变温度参数，计算得到分子轨迹坐标信息和热力学信息；对得到的分子轨迹坐标信息和热力学信息进行图像分析和计算分析，得到化学助剂下甲烷水合物的动态图像、分解时间和分解速率。所述方法从原子分子层面上实时定量的分析甲烷水合物在化学助剂作用下的分解过程，为可控开采水合物提供理论上的指导。

技术领域

本发明设计一种模拟化学反应过程的方法，尤其涉及一种模拟化学助剂作用下甲烷水合物分解过程的方法。

背景技术

能源，是人类社会生存发展的重要资源,同时也是全球各个国家经济社会发展的保障。能源除了作为经济资源,同时也是战略资源和政治资源,很多战争和争端的背后就是能源争夺引起的。能源技术的发展将会直接影响着各个国家的现代化进程。自工业革命以来，全球各个发达国家的工业化急剧加速全球传统化石能源(煤、石油、天然气等)的消耗。化石能源的紧缺，早已成为制约全球各个国家经济发展的一个重大因素。同时，化石能源的消耗产生的大量副产品——二氧化碳，二氧化碳是一种温室气体，大量的二氧化碳造成了严重的温室效应。而温室效应导致全球各个地区各种极端气候和自然灾害的频繁发生。还有未完全燃烧干净产生的各种小颗粒，在大气中扩散形成雾霾，对人体造成无法估量的损害。清洁能源，如太阳能，风能，水能，核能等由于各自问题没有完美解决，并没有成为主要能源。

甲烷水合物，又称为可燃冰，目前探测到的储能量相当于全球化石能源总量的两倍，如果能开采出来，将会大大减缓能源的压力。目前开采在技术上还没有达到。究其原因很大程度上是对水合物成核和分解机理的研究不透彻。而开采水合物就面临着水合物的分解问题，目前实验室中已有水合物分解的实验，但是对于水合物具体的分解过程目前并没有统一的解释。这需要从原子分子层面上进行研究，所以就需要分子动力学的方法。分子动力学模拟是利用牛顿运动定律，从原子分子层面上研究物质微观作用过程的有效方法。分子动力学方法的优点是可以实时输出分子的动力学信息，可以计算原子量或分子量很大的体系，目前广泛应用于各种水合物的模拟计算中。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题问题，本发明提供一种模拟化学助剂作用下甲烷水合物分解过程的方法，所述方法从原子分子层面上实时定量的分析甲烷水合物在化学助剂作用下的分解过程，为可控开采水合物提供理论上的指导。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种模拟化学助剂作用下甲烷水合物分解过程的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)采用计算机模拟甲烷水合物的晶胞，并进行扩胞，得到甲烷水合物的模拟结构；

(2)利用结构分析软件收集步骤(1)得到的甲烷水合物模拟结构的坐标信息以及收集化学助剂的坐标信息，得到初始结构信息；

(3)采用分子动力学模拟软件，带入步骤(2)得到的初始结构信息，设置模拟参数，通过能量最小化方法得到稳定构型信息；

(4)采用所述分子动力学模拟软件，带入步骤(3)得到的稳定构型信息，设置模拟参数，计算得到分子轨迹坐标信息和热力学信息；

(5)对步骤(4)得到的分子轨迹坐标信息和热力学信息进行图像分析和计算分析，得到化学助剂下甲烷水合物的动态图像、分解时间和分解速率。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述计算机模拟采用Materials studio软件中的Materials Visualizer模块进行。

优选地，步骤(1)所述扩胞包括2×2×2扩胞、3×3×3扩胞或4×4×4扩胞。