在天然气水合物(NGH)储运技术的运用中,添加表面活性剂是一种被广泛采用的高效促进水合物形成的方法,但其微观层面的促进机理一直没有明确地解释。分子动力学模拟技术(MD)目前已逐步成为在分子尺度上研究反应微观机理的强大工具,因此本文以氨基酸为研究对象通过常规实验与分子模拟技术的相结合,在分子层面上探究了氨基酸分子促进甲烷水合物形成的微观过程。通过常规实验观察了甲烷水合物在氨基酸溶液中的生长特点:亮氨酸对甲烷水合物生长有最佳促进浓度为0.5wt%,对应储气量为174V/V,氨基酸侧链上的碳原子数大于3且为强疏水性基团时才表现出高效促进效果,氨基酸的加入并不改变甲烷水合物的相平衡线,氨基酸的促进效果与其溶液的表面张力无直接联系,还发现氨基酸体系中的甲烷水合物均沿着反应器壁生长。在分子模拟中TIP4P-ICE水分子模型能准确拟合实际甲烷水合物的三相平衡线,甲烷水合物的模拟实验也发现成核过冷度和诱导期现象,模拟条件下氨基酸分子的加入也不改变甲烷水合物的相平衡点,利用分子动力学模拟甲烷水合物的生长可靠性高。对气液界面的模拟研究发现,球形界面中水合物的形成速度为平面界面的9.7倍,平面界面中表层水合物的生长速度为内层的9.2倍;氨基酸分子在界面处的随机运动均不影响甲烷水合物主体的生长,只在表层产生扰动,但缬氨酸分子通过分子微搅动可加快甲烷分子的传质而使水合物快速形成,甲烷分子的传质路径是影响水合物生长的决定性因素。在器壁晶核体系的研究中,发现界面处会形成一层水合物薄层,阻碍气液两相的传质而减慢水合物的生长;丙氨酸可被完全包裹进水合物笼子中,无法阻碍水合物薄层的形成;亮氨酸处于半包裹状态,可阻碍水合物颗粒之间的聚集,在一定程度上减缓水合物薄层的形成;苯丙氨酸可导致该水合物颗粒的分解,打开了主体溶液沿器壁上升的通道,使水相与气相甲烷持续接触反应,通过改变生长方向来促进甲烷水合物的生长。