李智等-齐鲁工业大学-动力学与热力学抑制剂协同作用机理研究

Session 5 - Oral 5

动力学与热力学抑制剂协同作用机理研究

李智，李天铎

山东省分子工程重点实验室，齐鲁工业大学（山东省科学院），济南，250353，中国

摘要：油气管道中天然气水合物的形成会导致管道堵塞甚至破裂，给油气行业带来巨大的经济损失和环境危害。在各种水合物防控策略中，动力学水合物抑制剂因其用量少、效率高、环境友好等特点被认为是传统热力学抑制剂（如甲醇、乙二醇等）的优良替代品。然而，动力学水合物抑制剂对水合物的抑制效果往往会受到外部环境的影响。在高过冷条件下，它们可能会失效，甚至转化为水合物促进剂。在这种情况下，少量热力学抑制剂的加入则能有效地解决高过冷度下动力学抑制剂失效的问题。热力学和动力学抑制剂虽然已经被证实对天然气水合物具有较强的协同抑制作用，但其潜在机制仍不清楚。在本工作中，采用分子动力学模拟研究甲醇和PVP-A（一种乙烯基内酰胺类动力学抑制剂）在高过冷度条件下的协同机理。我们的模拟结果表明，在相同浓度下，PVP-A和甲醇的联合使用会比单独使用甲醇的效果要好得多。在含有PVP-A的溶液中加入微量甲醇将削弱高过冷度下PVP-A对水合物的促进作用。当甲醇达到临界浓度时，PVP-A将会与甲醇协同作用，显著抑制水合物的成核和生长。在这个过程中，甲醇通过将甲基与PVP-A疏水端、羟基与水溶液间进行结合，从而增强PVP-A中疏水基团对甲烷分子的吸引力，诱导其聚集成纳米气泡，致使液相中甲烷浓度降低到水合物稳定形成的阈值以下，从而显著地抑制甲烷水合物的成核和生长。

关键词：天然气水合物，动力学水合物抑制剂，热力学水合物抑制剂，高过冷度