CN112201310B - 一种模拟煤与生物质共热解体系中c、h、o元素的标记方法 - Google Patents

一种模拟煤与生物质共热解体系中c、h、o元素的标记方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于化学分子反应动力学领域，公开了一种基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，步骤为：1）提取煤与生物质共热解体系混合模型中煤、生物质分子数据，将数据转换为data格式文件；2）修改煤、生物质分子data格式文件中C、H、O的原子类型序号；3）将混合模型的数据存储为pdb格式文件，并转换为data格式文件；4）对混合模型data格式文件atom types、Masses和Atoms信息进行更改，得到混合模型最终版data格式文件；5）将lammps中in文件中的命令行pair_coeff对象执行元素顺序按照混合模型最终版data格式文件中Masses下排列的原子类型序号所代表的元素进行排布，得到in修改文件，完成煤、生物质分子中C、H、O元素区分标记。

Description

一种模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法
技术领域
本发明属于化学分子反应动力学技术领域，具体涉及一种基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法。
背景技术
对于煤与生物质体系中的lammps模拟中，其对于计算过程中不同物质含有的同类原子识别，如煤与生物质等共同含有的C、H、O元素，煤与生物质的共同热解相互作用机制在国内外学者中存在很大争议。由于实验手段的限制，对于煤与生物质协同和抑制作用的至今仍有很大争议。首先，对于煤/生物质共热解过程中协同作用与自由基之间的关系认识不清，协同作用的产生可能是煤热解生成的自由基促进了生物质的热解，也可能是生物质热解生成的自由基促进了煤的热解。此外，AAEM（碱及碱土金属化合物）对煤与生物质共热解的影响机制理解不足，已有的研究认为AAEM对共热解具有催化作用，但是，在热解过程中，AAEM形态不断发生变化，并与不同的热解产物结合，且不同形态的AAEM对热解的影响不同。所以识别煤或者生物质在共热解中的作用，能够对同时解决两个热议的科学问题提供理论支持。
近年来兴起的反应力场分子动力学（ReaxFF-MD）以键级和键能的概念处理化学反应过程中键连接关系的变化，同时伴随传统动力学过程中粒子的运动。其是对现有模拟方法的重要革新，实现了物理性质和化学性质研究的统一。与量子化学方法相比，该方法在考虑化学反应的同时，可将模拟体系的规模提高一个量级。与传统MD 模拟相比，该反应力场可连续描述键的生成和断裂且无需预设反应路径，为研究煤热解这种无法人为设定复杂反应路径的过程提供了可能，可以像实验一样进行各种观察，检测与时间依存的性质和行为。
复杂体系中例如煤与生物质的共同热解反应采用lammps（Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator）平台下的ReaxFF力场进行模拟，能够从分子层面上解释煤与生物质共同反应的作用，然而尚未有采用分子动力学方法对煤与生物质热解相互作用进行探究。这使煤与生物质从分子层面上了解其共同反应机制的需求变得更为迫切。对于含有百万级原子的复杂体系的统计分析，靠人为筛选区分完全重叠原子类型煤分子（C、H、O原子）和生物质分子（C、H、O原子）几乎不可能。这使得在反应过程中，不能很好的辨明二者在热解中的主要作用，为了更好的阐述煤与生物质分子化学反应路径和协同机制，本发明提出一种方便快捷的煤与生物质同类原子标记方法。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法。
为实现发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，包括以下步骤：
（1）分别提取已搭建的用于lammps模拟的煤与生物质共热解体系混合模型中煤分子、生物质分子的数据，并将提取的数据存储为pdb格式文件，得到煤分子pdb格式文件和生物质分子pdb格式文件；将煤分子pdb格式文件和生物质分子pdb格式文件分别转换为charge类型的lammps可读取的data格式文件，得到煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件；
（2）分别修改煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件中C、H、O三种原子的原子类型序号，使煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件中的C、H、O三种元素的原子类型序号均不相同，且煤分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号与生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号也不相同，得到煤分子data格式修改文件、生物质分子data格式修改文件；
（3）将已搭建的lammps模拟煤与生物质共热解体系混合模型的数据存储为pdb格式文件，得到混合模型的pdb格式文件；将混合模型pdb格式文件转换为charge类型的lammps可读取的data格式文件，得到混合模型data格式文件；
（4）对混合模型data格式文件中的atom types、Masses和Atoms下的原子坐标信息进行更改；其中，混合模型data格式文件中atom types、Masses和Atoms下的原子坐标信息更改的操作为：将混合模型data格式文件中的atom types修改为煤分子中C、H、O三种元素的原子种类与生物质分子中的C、H、O三种元素的原子种类之和，将Masses按照步骤（2）中煤分子data格式修改文件、生物质分子data格式修改文件中C、H、O三种元素的原子类型序号顺序进行依次排布；将混合模型data格式文件中Atoms下的原子坐标信息采用煤分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息和生物质分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息进行替换，得到煤分子和生物质分子中原子坐标整合信息，并将原子坐标整合信息中的第一列信息按照从前到后的顺序采用阿拉伯数字按顺序依次进行标号；更改后得到混合模型最终版data格式文件；
（5）将lammps中的命令执行in文件中的命令行pair_coeff的对象执行元素顺序按照混合模型最终版data格式文件中Masses下排列的原子类型序号所代表的元素进行排布，得到命令执行in修改文件，即完成混合模型中煤分子中C、H、O三种元素和生物质分子中C、H、O三种元素的区分标记。
根据上述基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，优选地，所述煤与生物质共热解体系混合模型中生物质为一种组分时，步骤（2）中所述修改煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号的具体操作为：
分别采用python脚本对煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件进行处理，识别煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件队尾的元素字符串，然后根据元素字符串的识别结果分别修改煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件中第2列的原子类型序号；其中，煤分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:1、H:2、O:3的规则进行修改，生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:4、H:5、O:6的规则进行修改。
根据上述基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，优选地，步骤（4）中将混合模型data格式文件中的atom types修改为6。
根据上述基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，优选地，所述煤与生物质共热解体系混合模型中生物质为两种组分时，
步骤（1）中，提取混合模型中生物质分子的数据时，每种组分的生物质分子单独提取，并独立存储为pdb格式文件，得到组分1生物质分子pdb格式文件、组分2生物质分子pdb格式文件，将组分1生物质分子pdb格式文件、组分2生物质分子pdb格式文件分别转换为charge类型的lammps可读取的data格式文件，得到组分1生物质分子data格式文件、组分2生物质分子data格式文件；
步骤（2）中，所述修改煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号的具体操作为：
分别采用python脚本对煤分子data格式文件、组分1生物质分子data格式文件、组分2生物质分子data格式文件队尾的元素字符串，然后根据元素字符串的识别结果分别修改煤分子data格式文件、组分1生物质分子data格式文件、组分2生物质分子data格式文件中第2列的原子类型序号；其中，煤分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:1、H:2、O:3的规则进行修改（即将煤分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为1，H元素的原子类型序号修改为2，O元素的原子类型序号修改为3），组分1生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:4、H:5、O:6的规则进行修改（即将组分1生物质分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为4，H元素的原子类型序号修改为5，O元素的原子类型序号修改为6），组分2生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:7、H:8、O:9的规则进行修改（即将组分2生物质分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为7，H元素的原子类型序号修改为8，O元素的原子类型序号修改为9），修改后得到煤分子data格式修改文件、组分1生物质分子data格式修改文件、组分2生物质分子data格式修改文件。
根据上述基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，优选地，步骤（4）中，将混合模型data格式文件中的atom types修改为9，将Masses按照煤分子data格式修改文件、组分1生物质分子data格式修改文件、组分2生物质分子data格式修改文件中C、H、O三种元素的原子类型序号顺序进行依次排布。
根据上述基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，优选地，所述煤与生物质共热解体系混合模型中生物质为三种组分时，
步骤（1）中，提取混合模型中生物质分子的数据时，每种组分的生物质分子单独提取，并独立存储为pdb格式文件，得到组分1生物质分子pdb格式文件、组分2生物质分子pdb格式文件、组分3生物质分子pdb格式文件；将组分1生物质分子pdb格式文件、组分2生物质分子pdb格式文件、组分3生物质分子pdb格式文件分别转换为charge类型的lammps可读取的data格式文件，得到组分1生物质分子data格式文件、组分2生物质分子data格式文件、组分3生物质分子data格式文件；
步骤（2）中，所述修改煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号的具体操作为：
分别采用python脚本对煤分子data格式文件、组分1生物质分子data格式文件、组分2生物质分子data格式文件、组分3生物质分子data格式文件队尾的元素字符串，然后根据元素字符串的识别结果分别修改煤分子data格式文件、组分1生物质分子data格式文件、组分2生物质分子data格式文件、组分3生物质分子data格式文件中第2列的原子类型序号；其中，煤分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:1、H:2、O:3的规则进行修改（即将煤分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为1，H元素的原子类型序号修改为2，O元素的原子类型序号修改为3），组分1生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:4、H:5、O:6的规则进行修改（即将组分1生物质分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为4，H元素的原子类型序号修改为5，O元素的原子类型序号修改为6），组分2生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:7、H:8、O:9的规则进行修改（即将组分2生物质分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为7，H元素的原子类型序号修改为8，O元素的原子类型序号修改为9），组分3生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:10、H:11、O:12的规则进行修改（即将组分3生物质分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为11，H元素的原子类型序号修改为12，O元素的原子类型序号修改为13），修改后得到煤分子data格式修改文件、组分1生物质分子data格式修改文件、组分2生物质分子data格式修改文件、组分3生物质分子data格式修改文件。
根据上述基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，优选地，步骤（4）中，将混合模型data格式文件中的atom types修改为12，将Masses按照煤分子data格式修改文件、组分1生物质分子data格式修改文件、组分2生物质分子data格式修改文件、组分3生物质分子data格式修改文件中C、H、O三种元素的原子类型序号顺序进行依次排布。
根据上述基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，优选地，所述生物质为木质素、纤维素、半纤维素中的至少一种。
根据上述基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，优选地，步骤（4）中，采用煤分子data格式修改文件中的Atoms下的原子坐标信息和生物质分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息替换混合模型data格式文件中Atoms下的原子坐标信息时，将煤分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息排列在前，生物质分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息排列在后。
所述煤与生物质共热解体系混合模型中生物质为两种组分时，步骤（4）中，采用煤分子data格式修改文件中的Atoms下的原子坐标信息和生物质分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息替换混合模型data格式文件中Atoms下的原子坐标信息时，将煤分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息排列在前，组分1生物质分子data格式修改文件、组分2生物质分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息依次排列在后。
所述煤与生物质共热解体系混合模型中生物质为三种组分时，步骤（4）中，采用煤分子data格式修改文件中的Atoms下的原子坐标信息和生物质分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息替换混合模型data格式文件中Atoms下的原子坐标信息时，将煤分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息排列在前，组分1生物质分子data格式修改文件、组分2生物质分子data格式修改文件、组分3生物质分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息依次排列在后。
根据上述基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，优选地，所述煤与生物质混合模型采用Material Studio软件进行搭建，搭建后进行优化处理，使煤与生物质混合模型的能量稳定，密度恒定。
根据上述的基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，优选地，所述优化处理包括能量最小化、NVE系综优化和NPT系综优化。
根据上述的基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，优选地，步骤（5）中，完成混合模型中煤分子中C、H、O三种元素和生物质分子中C、H、O三种元素的区分标记后，在lammps中运行执行命令in修改文件，能够得到具有原子区分的键连接信息结果bond.reaxc文件。后续通过对bond.reaxc修改文件进行元素连接统计，即可实现lammps模拟煤与生物质共热解体系中产物的分析。
进一步地，所述煤与生物质共热解体系混合模型中生物质为一种组分时，为了便于观察，将bond.reaxc文件中表示原子类型的原子类型序号用原子类型序号所对应的元素符号进行替换；所述煤与生物质共热解体系混合模型中生物质为一种组分时，进行元素符号替换时，将来自于煤分子中的C、H、O三种元素的元素符号和来自于生物质分子中的C、H、O三种元素的元素符号通过大小写进行区分。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：
（1）本发明的同类型原子标记方法能够将来自于煤分子、生物质分子中的C、H、O三种元素进行标记区分，而且，经过原子区分标记，在模拟煤与生物质共热解过程中，可以将煤产生的产物、生物质产生的产物以及煤与生物质的混合产物进行区分，从而可以清晰地判断煤、生物质对热解过程的影响及其在热解产物中的作用；克服了现有分子动力学模拟煤与生物质共热解过程只能从总体产物的产量角度进行分析，无法从中分析煤与生物质各自的作用的弊端。
（2）采用本发明的标记方法不仅能够分析热解过程中煤与生物质的单独作用，而且还可以从共同产物的分布情况找出煤与生物质在共同产物的比重，还可以对煤与生物质共热解产物进行区分，从而更好地判断煤与生物质共热解过程中两者之间的相互作用，有利于重新认识煤与生物质的热解机理，有利于进一步探究煤与生物质共热解是否产生协同作用、产生协同作用的原因以及自由基的变化检测，从而解决煤与生物质共热解研究过程的瓶颈问题，为煤能够与生物质共同热解产生高效、清洁的燃料提供理论支撑。
附图说明
图1为本发明实施例1中煤分子pdb格式文件的示例图；
图2为本发明实施例1中纤维素分子pdb格式文件的示例图；
图3为本发明实施例1中纤维素分子data格式文件的示例图；
图4为本发明实施例1中煤分子data格式修改文件的示例图；
图5为本发明实施例1中纤维素分子data格式修改文件的示例图；
图6为本发明实施例1中煤与纤维素混合模型data格式文件的示例图；
图7为本发明实施例1中煤与纤维素混合模型最终版data格式文件的示例图；
图8为本发明实施例1中执行命令in修改文件的示例图；
图9为本发明实施例1中bond.reaxc文件的示例图；
图10为本发明实施例1中纤维素的分子种类统计结果示例图；
图11为本发明实施例1中煤的分子种类统计结果示例图；
图12为本发明实施例1中煤与纤维素结合类型的分子种类统计结果示例图；
图13为本发明实施例1中采用本发明标记方法进行原子标记后模拟煤与纤维素共热解体系中煤与纤维素热解产物单独作用和交联产物物种数量的统计结果图；
图14为本发明实施例1中煤与纤维素共热解体系中CO的来源区分；
图15为现有分子动力学模拟煤与纤维素共热解体系中煤与生物质共热解产物分析结果图；
图16为本发明实施例2中bond.reaxc文件的示例图；
图17本发明实施例2中煤的分子种类统计结果示例图；
图18本发明实施例2中半纤维素的分子种类统计结果示例图；
图19本发明实施例2中纤维素的分子种类统计结果示例图；
图20本发明实施例2中煤与半纤维素、纤维素分子结合类型的分子种类统计结果示例图；
图21为本发明实施例2中采用本发明标记方法进行原子标记后模拟煤与半纤维素、纤维素共热解体系中煤与半纤维素、纤维素热解产物单独作用和交联产物物种数量的统计结果图；
图22为本发明实施例2中煤与半纤维素、纤维素共热解体系中CO的来源区分；
图23为本发明实施例3中bond.reaxc文件的示例图；
图24本发明实施例3中煤的分子种类统计结果示例图；
图25本发明实施例3中半纤维素的分子种类统计结果示例图；
图26本发明实施例3中纤维素的分子种类统计结果示例图；
图27本发明实施例3中木质素的分子种类统计结果示例图；
图28本发明实施例3中煤与半纤维、纤维素、木质素结合类型的分子种类统计结果示例图；
图29为本发明实施例3中采用本发明标记方法进行原子标记后模拟煤与纤维素和半纤维素和木质素共热解体系中煤与半纤维素、纤维素、木质素热解产物单独作用和交联产物物种数量的统计结果图；
图30为本发明实施例3中煤与半纤维素、纤维素、木质素共热解体系中CO的来源区分。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明作进一步详细说明，但并不限制本发明的范围。
实施例1：
一种基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中不同物质的同类型原子标记方法，所述生物质为纤维素，包括如下步骤：
（1）利用Material Studio模型中的AC模块建立用于lammps模拟的煤与纤维素共热解体系的混合模型，对混合模型进行能量最小化、NVE系综优化和NPT系综优化处理，使混合模型的能量稳定，密度恒定，防止原子在运行时发生原子重叠。
分别提取混合模型中煤分子、纤维素分子的数据，并将提取的数据存储为pdb格式文件，得到煤分子pdb格式文件（coal.pdb，如图1所示，由于煤分子pdb格式文件内容庞大，图1仅提供煤分子pdb格式文件的部分内容附图）和纤维素分子的pdb格式文件（cellulose.pdb，如图2所示，由于纤维素分子pdb格式文件内容庞大，图2仅提供纤维素分子pdb格式文件的部分内容附图）；将煤分子的pdb格式文件和纤维素分子的pdb格式文件分别采用VMD软件转换为charge类型的lammps可读取的data格式文件，得到煤分子data格式文件、纤维素分子data格式文件（cellulose. data，如图3所示，由于纤维素分子data格式文件内容庞大，图3仅提供纤维素分子data格式文件的部分内容附图）。
（2）分别采用python脚本对煤分子data格式文件、纤维素分子data格式文件进行处理，识别煤分子data格式文件、纤维素分子data格式文件队尾的元素字符串，然后根据元素字符串的识别结果分别修改煤分子data格式文件、纤维素分子data格式文件中第2列的原子类型序号，修改后得到煤分子data格式修改文件（如图4所示，由于煤分子data格式修改文件内容庞大，图4仅提供煤分子data格式修改文件的部分内容附图）、纤维素分子data格式修改文件（如图5所示，由于纤维素分子data格式修改文件内容庞大，图5仅提供纤维素分子data格式修改文件的部分内容附图）。
其中，煤分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:1、H:2、O:3的规则进行修改（即将煤分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为1，H元素的原子类型序号修改为2，O元素的原子类型序号修改为3），纤维素分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:4、H:5、O:6的规则进行修改（即将纤维素分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为4，H元素的原子类型序号修改为5，O元素的原子类型序号修改为6）。煤分子data格式修改文件中的C、H、O三种元素的原子类型序号与纤维素分子data格式修改文件中C、H、O三种元素的原子类型序号均不同。
（3）将搭建的lammps模拟煤与纤维素共热解体系的混合模型保存为pdb格式文件，得到混合模型pdb格式文件；将混合模型pdb格式文件采用VMD软件转换为charge类型的lammps可读取的data格式文件，得到混合模型data格式文件（mix.data，如图6所示，由于混合模型data格式文件内容庞大，图6仅提供混合模型data格式文件的部分内容附图）。
（4）对混合模型data格式文件中的atom types、Masses和Atoms下的原子坐标信息进行更改。其中，混合模型data格式文件中atom types、Masses和Atoms下的原子坐标信息更改的操作为：将混合模型data格式文件中的atom types修改为煤分子中C、H、O三种元素的原子种类与纤维素分子中的C、H、O三种元素的原子种类之和，即将atom types修改为6；将Masses依次按照煤分子data格式修改文件、纤维素分子data格式修改文件中C、H、O三种元素的原子类型序号顺序进行依次排布。
混合模型data格式文件中Atoms下的原子坐标信息更改的操作为：采用煤分子data格式修改文件中的Atoms下的原子坐标信息和纤维素分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息替换混合模型data格式文件中Atoms下的原子坐标信息，并且将煤分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息排列在前，纤维素分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息排列在后，得到煤分子和纤维素分子中原子坐标整合信息，并将原子坐标整合信息中的第一列信息按照从前到后的顺序采用阿拉伯数字按顺序依次进行标号，得到混合模型最终版data格式文件。（混合模型最终版data格式文件如图7所示，由于混合模型最终版data格式文件内容庞大，图7仅提供混合模型最终版data格式文件的部分内容附图）。
（5）将lammps中的命令执行in文件中的命令行pair_coeff的对象执行元素顺序按照混合模型最终版data格式文件中Masses下排列的原子类型序号所代表的元素进行排布（即按C H O C H O的元素顺序进行排布，保证混合模型最终版data格式文件中Masses下的原子类型序号排布顺序、Atoms下的原子坐标序号与执行命令in文件下pair_coeff的对象执行元素顺序保持一致），得到命令执行in修改文件，即完成混合模型中煤分子中C、H、O三种元素和纤维素分子中C、H、O三种元素的区分标记（修改后的命令执行in文件如图8所示，由于命令执行in文件内容庞大，图8仅提供命令执行in文件的部分内容附图）。
在lammps中运行执行命令in修改文件，得到具有原子区分的键连接信息结果bond.reaxc文件（bond.reaxc文件如图9所示，由于bond.reaxc文件内容庞大，图9仅提供bond.reaxc文件的部分内容附图），后续对bond.reaxc修改文件进行元素连接统计，即可实现lammps模拟煤与纤维素共热解体系的统计分析。由于bond.reaxc文件中表示原子类型的原子类型序号为阿拉伯数字形式，为了便于观察，将bond.reaxc文件中表示原子类型的原子类型序号用原子类型序号所对应的元素符号进行替换，替换后得到bond.reaxc修改文件。由于煤分子和纤维素分子中均含有C、H、O三种元素，进行元素符号替换时，为了将煤分子中的C、H、O三种元素与纤维素分子中的C、H、O三种元素进行区分，将煤分子中表示原子类型的原子类型序号1、2、3依次用符号C、H、O替换；将纤维素分子中表示原子类型的原子类型序号4、5、6依次用符号c，h，o替换。
对bond.reaxc修改文件进行元素连接统计（即分子种类统计），其统计结果如图10～12所示（由于纤维素的分子种类统计结果图、煤的分子种类统计结果图、煤与纤维素结合类型的分子种类统计结果图的内容均较为庞大，因此，图10、图11、图12仅提供了统计结果图中的部分内容附图）。由图10～12可知，采用本发明上述的原子标记方法进行原子标记后，在lammps模拟煤与纤维素共热解过程中，可以将煤产生的产物、纤维素产生的产物以及煤与纤维素的混合产物进行区分，从而可以清晰地判断煤、纤维素对热解过程的影响及其在热解产物中的作用。
进一步根据图10～12所示的统计结果对lammps模拟煤与纤维素共热解体系中识别煤热解物种数量、纤维素热解物种数量、煤与纤维素热解交联物种数量进行统计，其统计结果如图13所示。由图13可知，采用本发明的原子标记方法，在lammps模拟煤与纤维素共热解过程中，不仅能够分析热解过程中煤、生物质的单独作用，而且还可以从共同产物的分布情况找出煤与纤维素在共同产物的比重，同时，从图13还可以看出煤与纤维素在热解过程中不断的发生相互交联，物种数目达到了5069种，产生了上千量的物种类别，远远高于热解过程中煤释放的物种和纤维素释放的物种数量之和，说明在共热解过程中纤维素和煤在热解初期就发生聚合。
进一步根据图10～12所示的统计结果对lammps模拟煤与纤维素共热解体系中CO来源进行区分，其结果如图14所示。由图14可知，煤与纤维素共热解体系中CO的来源更加明确。因此，采用本发明的标记方法，使其在整个热解过程中，对于煤和纤维素的交联产物更加清晰，有利于重新认识煤与纤维素的热解机理，有利于进一步探究煤与纤维素共热解是否产生协同作用、产生协同作用的原因以及自由基的变化检测，从而解决煤与纤维素共热解研究过程的瓶颈问题，为煤能够与纤维素共同热解产生高效、清洁的燃料提供理论支撑。
现有技术采用分子动力学模拟煤与纤维素共热解体系，只能从总体产物的产量角度进行分析，无法从单一物质的作用进行分析，其分析结果如图15所示。由图15可知，现有分子动力学模拟煤与生物质共热解过程只能从煤与生物质共热解的产物，焦炭，焦油，气体(对产物进行如下分类：含0～4个碳原子的产物（C1—4）为气体产物；含 5～39（C5—39）个碳原子的焦油产物；含40 （C40+）个以上碳原子为焦炭)进行分析，而无法从中分析出煤与生物质各自的作用对热解过程的影响。
因此，与现有分子动力学模拟煤与生物质共热解过程相比，采用本发明的原子标记方法，在lammps模拟煤与纤维素共热解过程中，不仅能够分析热解过程中煤、生物质的单独作用，而且还可以从共同产物的分布情况找出煤与生物质在共同产物的比重，还可以对煤与生物质共热解产物的区分，从而更好地判断煤与生物质共热解过程中两者之间的相互作用。
实施例2：
一种基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中不同物质的同类型原子标记方法，所述生物质包含两种组分，为半纤维素和纤维素，包括如下步骤：
（1）利用Material Studio模型中的AC模块建立用于lammps模拟的煤与半纤维素、纤维素共热解体系的混合模型，对混合模型进行能量最小化、NVE系综优化和NPT系综优化处理，使混合模型的能量稳定，密度恒定，防止原子在运行时发生原子重叠。
分别提取混合模型中煤分子、半纤维素分子、纤维素分子的数据，并将提取的数据存储为pdb格式文件，得到煤分子pdb格式文件、半纤维素分子pdb格式文件和纤维素分子pdb格式文件；将煤分子pdb格式文件、半纤维素分子pdb格式文件、纤维素分子pdb格式文件分别采用VMD软件转换为charge类型的lammps可读取的data格式文件，得到煤分子data格式文件、半纤维素分子data格式文件、纤维素分子data格式文件。
（2）分别采用python脚本对煤分子data格式文件、半纤维素分子data格式文件、纤维素分子data格式文件进行处理，识别煤分子data格式文件、半纤维素分子data格式文件、纤维素分子data格式文件队尾的元素字符串，然后根据元素字符串的识别结果分别修改煤分子data格式文件、半纤维素分子data格式文件、纤维素分子data格式文件中第2列的原子类型序号，修改后得到煤分子data格式修改文件、半纤维素分子data格式修改文件、纤维素分子data格式修改文件。
其中，煤分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:1、H:2、O:3的规则进行修改（即将煤分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为1，H元素的原子类型序号修改为2，O元素的原子类型序号修改为3），半纤维素分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:4、H:5、O:6的规则进行修改（即将半纤维素分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为4，H元素的原子类型序号修改为5，O元素的原子类型序号修改为6），纤维素分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:7、H:8、O:9的规则进行修改（即将纤维素分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为7，H元素的原子类型序号修改为8，O元素的原子类型序号修改为9）。煤分子data格式修改文件中的C、H、O三种元素的原子类型序号、半纤维素分子data格式修改文件中C、H、O三种元素的原子类型序号、纤维素分子data格式修改文件中C、H、O三种元素的原子类型序号均不同。
（3）将搭建的lammps模拟煤与半纤维素、纤维素共热解体系的混合模型保存为pdb格式文件，得到混合模型pdb格式文件；将混合模型pdb格式文件采用VMD软件转换为charge类型的lammps可读取的data格式文件，得到混合模型data格式文件。
（4）对混合模型data格式文件中的atom types、Masses和Atoms下的原子坐标信息进行更改。其中，混合模型data格式文件中atom types、Masses和Atoms下的原子坐标信息更改的操作为：将混合模型data格式文件中的atom types修改为煤分子中C、H、O三种元素的原子种类、半纤维素分子中C、H、O三种元素的原子种类与纤维素分子中C、H、O三种元素的原子种类之和，即将atom types修改为9；将Masses按照煤分子data格式修改文件、半纤维素分子data格式修改文件、纤维素生物质分子data格式修改文件中C、H、O三种元素的原子类型序号顺序进行依次排布。
混合模型data格式文件中Atoms下的原子坐标信息更改的操作为：
采用煤分子data格式修改文件中的Atoms下的原子坐标信息、半纤维素分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息和纤维素分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息替换混合模型data格式文件中Atoms下的原子坐标信息，并且将煤分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息排列在前，半纤维素分子data格式修改文件、纤维素分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息依次排列在后，得到煤分子、半纤维素分子和纤维素分子中原子坐标整合信息，并将原子坐标整合信息中的第一列信息按照从前到后的顺序采用阿拉伯数字按顺序依次进行标号，得到混合模型最终版data格式文件。
（5）将lammps中的命令执行in文件中的命令行pair_coeff的对象执行元素顺序按照混合模型最终版data格式文件中Masses下排列的原子类型序号所代表的元素进行排布（即按C H O C H O C H O的元素顺序进行排布，保证混合模型最终版data格式文件中Masses下的原子类型序号排布顺序、Atoms下的原子坐标序号与执行命令in文件下pair_coeff的对象执行元素顺序保持一致），得到命令执行in修改文件，即完成混合模型中煤分子中C、H、O三种元素与半纤维素分子中C、H、O三种元素、纤维素分子中C、H、O三种元素的区分标记。
在lammps中运行执行命令in修改文件，得到具有原子区分的键连接信息结果bond.reaxc文件（bond.reaxc文件如图16所示，由于bond.reaxc文件内容庞大，图16仅提供bond.reaxc文件的部分内容附图）。后续对bond.reaxc修改文件进行元素连接统计，即可实现lammps模拟煤与半纤维素、纤维素共热解体系的统计分析。由于bond.reaxc文件中表示原子类型的原子类型序号为阿拉伯数字形式，为了便于观察，将bond.reaxc文件中表示原子类型的原子类型序号进行替换，替换后得到bond.reaxc修改文件。由于煤分子、半纤维素和纤维素分子中均含有C、H、O三种元素，进行替换时，为了将煤分子中的C、H、O三种元素与纤维素、半纤维素分子中的C、H、O三种元素进行区分，将煤分子中表示原子类型的原子类型序号1、2、3依次用符号C、H、O替换；将半纤维素分子中表示原子类型的原子类型序号4、5、6依次用符号c，h，o替换；将纤维素分子中表示原子类型的原子类型序号7、8、9依次用符号x、w、S替换。
对bond.reaxc修改文件进行元素连接统计（即分子种类统计），其统计结果如图17～20所示（由于煤的分子种类统计结果图、半纤维素的分子种类统计结果图、纤维素的分子种类统计结果图、煤与半纤维素、纤维素结合类型的分子种类统计结果图的内容均较为庞大，因此，图17、图18、图19和图20仅提供了统计结果图中的部分内容附图）。由图17～20可知，采用本发明上述的原子标记方法进行原子标记后，在lammps模拟煤与半纤维素、纤维素共热解过程中，可以将煤产生的产物、半纤维素产生的产物、纤维素产生的产物以及煤与半纤维素、纤维素的混合产物进行区分，从而可以清晰地判断煤、半纤维素、纤维素对热解过程的影响及其在热解产物中的作用。
进一步根据图17～20所示的统计结果对lammps模拟煤与半纤维素、纤维素共热解体系中识别煤热解物种数量，半纤维素热解物种数量，纤维素热解物种数量，煤与半纤维素、纤维素热解交联物种数量进行统计，其统计结果如图21所示。由图21可知，采用本发明的原子标记方法，在lammps模拟煤与半纤维素、纤维素共热解过程中，不仅能够分析热解过程中煤、半纤维素、纤维素的单独作用，而且还可以从共同产物的分布情况找出煤与半纤维素、纤维素在共同产物中的比重。
进一步根据图17～20所示的统计结果对lammps模拟煤与半纤维素、纤维素共热解体系中CO来源进行区分，其结果如图22所示。由图22可知，煤与半纤维素、纤维素共热解体系中CO的来源更加明确。因此，采用本发明的标记方法，使其在整个热解过程中，对于煤和半纤维素、纤维素的交联产物更加清晰，有利于重新认识煤与半纤维素、纤维素共热解的机理，有利于进一步探究煤与半纤维素、纤维素共热解是否产生协同作用、产生协同作用的原因以及自由基的变化检测，从而解决煤与生物质共热解研究过程的瓶颈问题，为煤能够与生物质共同热解产生高效、清洁的燃料提供理论支撑。
实施例3：
一种基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中不同物质的同类型原子标记方法，所述生物质包含三种种组分，为木质素、纤维素和半纤维素的混合，包括如下步骤：
（1）利用Material Studio模型中的AC模块建立用于lammps模拟的煤与半纤维素、纤维素、木质素共热解体系的混合模型，对混合模型进行能量最小化、NVE系综优化和NPT系综优化处理，使混合模型的能量稳定，密度恒定，防止原子在运行时发生原子重叠。
分别提取混合模型中煤分子、半纤维素分子、纤维素分子、木质素分子的数据，并将提取的数据存储为pdb格式文件，得到煤分子pdb格式文件、半纤维素分子pdb格式文件、纤维素分子pdb格式文件和木质素分子pdb格式文件；将煤分子pdb格式文件、半纤维素分子pdb格式文件、纤维素分子pdb格式文件和木质素分子pdb格式文件分别采用VMD软件转换为charge类型的lammps可读取的data格式文件，得到煤分子data格式文件、半纤维素分子data格式文件、纤维素分子data格式文件、木质素分子data格式文件。
（2）分别采用python脚本对煤分子data格式文件、半纤维素分子data格式文件、纤维素分子data格式文件、木质素分子data格式文件进行处理，识别煤分子data格式文件、半纤维素分子data格式文件、纤维素分子data格式文件、木质素分子data格式文件队尾的元素字符串，然后根据元素字符串的识别结果分别修改煤分子data格式文件、半纤维素分子data格式文件、纤维素分子data格式文件、木质素分子data格式文件中第2列的原子类型序号，修改后得到煤分子data格式修改文件、半纤维素分子data格式修改文件、纤维素分子data格式修改文件、木质素分子data格式修改文件。
其中，煤分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:1、H:2、O:3的规则进行修改（即将煤分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为1，H元素的原子类型序号修改为2，O元素的原子类型序号修改为3），半纤维素分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:4、H:5、O:6的规则进行修改（即将半纤维素分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为4，H元素的原子类型序号修改为5，O元素的原子类型序号修改为6），纤维素分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:7、H:8、O:9的规则进行修改（即将纤维素分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为7，H元素的原子类型序号修改为8，O元素的原子类型序号修改为9），木质素分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:10、H:11、O:12的规则进行修改（即将木质素分子data格式文件中C元素的原子类型序号修改为10，H元素的原子类型序号修改为11，O元素的原子类型序号修改为12）。煤分子data格式修改文件中的C、H、O三种元素的原子类型序号，半纤维素分子data格式修改文件中C、H、O三种元素的原子类型序号，纤维素分子data格式修改文件中的C、H、O三种元素的原子类型序号，木质素分子data格式修改文件中C、H、O三种元素的原子类型序号均不同。
（3）将搭建的lammps模拟煤与半纤维素、纤维素、木质素共热解体系的混合模型保存为pdb格式文件，得到混合模型pdb格式文件；将混合模型pdb格式文件采用VMD软件转换为charge类型的lammps可读取的data格式文件，得到混合模型data格式文件。
（4）对混合模型data格式文件中的atom types、Masses和Atoms下的原子坐标信息进行更改。其中，混合模型data格式文件中atom types、Masses和Atoms下的原子坐标信息更改的操作为：将混合模型data格式文件中的atom types修改为煤分子中C、H、O三种元素的原子种类、半纤维素分子中C、H、O三种元素的原子种类、纤维素分子中C、H、O三种元素的原子种类与木质素分子中C、H、O三种元素的原子种类之和，即将atom types修改为12；将Masses按照煤分子data格式修改文件、半纤维素生物质分子data格式修改文件、纤维素生物质分子data格式修改文件、木质素分子data格式修改文件中C、H、O三种元素的原子类型序号顺序进行依次排布。
混合模型data格式文件中Atoms下的原子坐标信息更改的操作为：
采用煤分子data格式修改文件中的Atoms下的原子坐标信息、半纤维素分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息、纤维素分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息和木质素分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息替换混合模型data格式文件中Atoms下的原子坐标信息，并且将煤分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息排列在前，半纤维素分子data格式修改文件、纤维素分子data格式修改文件、木质素分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息依次排列在后，得到煤分子、半纤维素分子、纤维素分子和木质素分子中原子坐标整合信息，并将原子坐标整合信息中的第一列信息按照从前到后的顺序采用阿拉伯数字按顺序依次进行标号，得到混合模型最终版data格式文件。
（5）将lammps中的命令执行in文件中的命令行pair_coeff的对象执行元素顺序按照混合模型最终版data格式文件中Masses下排列的原子类型序号所代表的元素进行排布（即按C H O C H O C H O C H O的元素顺序进行排布，保证混合模型最终版data格式文件中Masses下的原子类型序号排布顺序、Atoms下的原子坐标序号与执行命令in文件下pair_coeff的对象执行元素顺序保持一致），得到命令执行in修改文件，即完成混合模型中煤分子中C、H、O三种元素与半纤维素分子中C、H、O三种元素，纤维素分子中C、H、O三种元素，木质素分子中C、H、O三种元素的区分标记。
在lammps中运行执行命令in修改文件，得到具有原子区分的键连接信息结果bond.reaxc文件（bond.reaxc文件如图23所示，由于bond.reaxc文件内容庞大，图23仅提供bond.reaxc文件的部分内容附图）。后续对bond.reaxc修改文件进行元素连接统计，即可实现lammps模拟煤与木质素共热解体系的统计分析。由于bond.reaxc文件中表示原子类型的原子类型序号为阿拉伯数字形式，为了便于观察，将bond.reaxc文件中表示原子类型的原子类型序号进行替换，由于煤分子、半纤维素分子、纤维素分子和木质素中均含有C、H、O三种元素，进行替换时，为了将煤分子中的C、H、O三种元素与半纤维素分子，纤维素，木质素中的C、H、O三种元素进行区分，用符号C、H、O分别替换煤分子中表示原子类型的原子类型序号1、2、3，用符号c，h，o分别替换半纤维素分子中表示原子类型的原子类型序号4，5，6；用符号x，w，S分别替换纤维素分子中表示原子类型的原子类型序号7，8，9；用符号m，z，s分别替换木质素分子中表示原子类型的原子类型序号10，11，12；替换后得到bond.reaxc修改文件。
对bond.reaxc修改文件进行元素连接统计（即分子种类统计），其统计结果如图24～28所示（由于煤的分子种类统计结果图，半纤维素的分子种类统计结果图，纤维素的分子种类统计结果图，木质素的分子种类统计结果图以及煤与半纤维素、纤维素、木质素结合类型的分子种类统计结果图的内容均较为庞大，因此，图24、图25、图26、图27和图28仅提供了统计结果图中的部分内容附图）。由图24～28可知，采用本发明上述的原子标记方法进行原子标记后，在lammps模拟煤与半纤维素、纤维素、木质素共热解过程中，可以将煤产生的产物、半纤维素产生的产物、纤维素产生的产物、木质素产生的产物以及煤与半纤维素、纤维素、木质素的混合产物进行区分，从而可以清晰地判断煤、半纤维素、纤维素、木质素对热解过程的影响及其在热解产物中的作用。
进一步根据图24～28所示的统计结果对lammps模拟煤与半纤维素、纤维素、木质素共热解体系中识别煤热解物种数量，半纤维素热解物种数量，纤维素热解物种数量，木质素热解物种数量，煤与半纤维素、纤维素、木质素热解交联物种数量进行统计，其统计结果如图29所示。由图29可知，采用本发明的原子标记方法，在lammps模拟煤与半纤维素、纤维素、木质素共热解过程中，不仅能够分析热解过程中煤、木质素、纤维素、半纤维素的单独作用，而且还可以从共同产物的分布情况找出煤与半纤维素、纤维素、木质素在共同产物的比重。
进一步根据图24～28所示的统计结果对lammps模拟煤与半纤维素、纤维素、木质素共热解体系中CO来源进行区分，其结果如图30所示。由图30可知，煤与半纤维素、纤维素、木质素共热解体系中CO的来源更加明确。因此，采用本发明的标记方法，使其在整个热解过程中，对于煤与半纤维素、纤维素、木质素的交联产物更加清晰，有利于重新认识煤与木质素、纤维素、半纤维素共热解的机理，有利于进一步探究煤与木质素、纤维素、半纤维素共热解是否产生协同作用、产生协同作用的原因以及自由基的变化检测，从而解决煤与生物质共热解研究过程的瓶颈问题，为煤能够与生物质共同热解产生高效、清洁的燃料提供理论支撑。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，但不仅限于上述实例，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）分别提取已搭建的用于lammps模拟的煤与生物质共热解体系混合模型中煤分子、生物质分子的数据，并将提取的数据存储为pdb格式文件，得到煤分子pdb格式文件和生物质分子pdb格式文件；将煤分子pdb格式文件和生物质分子pdb格式文件分别转换为charge类型的lammps可读取的data格式文件，得到煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件；
（2）分别修改煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件中C、H、O三种原子的原子类型序号，使煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件中的C、H、O三种元素的原子类型序号均不相同，且煤分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号与生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号也不相同，得到煤分子data格式修改文件、生物质分子data格式修改文件；
（3）将已搭建的lammps模拟煤与生物质共热解体系混合模型的数据存储为pdb格式文件，得到混合模型的pdb格式文件；将混合模型pdb格式文件转换为charge类型的lammps可读取的data格式文件，得到混合模型data格式文件；
（4）对混合模型data格式文件中的atom types、Masses和Atoms下的原子坐标信息进行更改；其中，混合模型data格式文件中atom types、Masses和Atoms下的原子坐标信息更改的操作为：将混合模型data格式文件中的atom types修改为煤分子中C、H、O三种元素的原子种类与生物质分子中的C、H、O三种元素的原子种类之和，将Masses按照步骤（2）中煤分子data格式修改文件、生物质分子data格式修改文件中C、H、O三种元素的原子类型序号顺序进行依次排布；将混合模型data格式文件中Atoms下的原子坐标信息采用煤分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息和生物质分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息进行替换，得到煤分子和生物质分子中原子坐标整合信息，并将原子坐标整合信息中的第一列信息按照从前到后的顺序采用阿拉伯数字按顺序依次进行标号；更改后得到混合模型最终版data格式文件；
（5）将lammps中的命令执行in文件中的命令行pair_coeff的对象执行元素顺序按照混合模型最终版data格式文件中Masses下排列的原子类型序号所代表的元素进行排布，得到命令执行in修改文件，即完成混合模型中煤分子中C、H、O三种元素和生物质分子中C、H、O三种元素的区分标记。
2.根据权利要求1所述的基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，其特征在于，所述煤与生物质共热解体系混合模型中生物质为一种组分时，步骤（2）中所述修改煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号的具体操作为：
分别采用python脚本对煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件进行处理，识别煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件队尾的元素字符串，然后根据元素字符串的识别结果分别修改煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件中第2列的原子类型序号；其中，煤分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:1、H:2、O:3的规则进行修改，生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:4、H:5、O:6的规则进行修改。
3.根据权利要求2所述的基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，其特征在于，步骤（4）中将混合模型data格式文件中的atom types修改为6。
4.根据权利要求1所述的基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，其特征在于，所述煤与生物质共热解体系混合模型中生物质为两种组分时，
步骤（1）中，提取混合模型中生物质分子的数据时，每种组分的生物质分子单独提取，并独立存储为pdb格式文件，得到组分1生物质分子pdb格式文件、组分2生物质分子pdb格式文件，将组分1生物质分子pdb格式文件、组分2生物质分子pdb格式文件分别转换为charge类型的lammps可读取的data格式文件，得到组分1生物质分子data格式文件、组分2生物质分子data格式文件；
步骤（2）中，所述修改煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号的具体操作为：
分别采用python脚本对煤分子data格式文件、组分1生物质分子data格式文件、组分2生物质分子data格式文件队尾的元素字符串，然后根据元素字符串的识别结果分别修改煤分子data格式文件、组分1生物质分子data格式文件、组分2生物质分子data格式文件中第2列的原子类型序号；其中，煤分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:1、H:2、O:3的规则进行修改，组分1生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:4、H:5、O:6的规则进行修改，组分2生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:7、H:8、O:9的规则进行修改。
5.根据权利要求4所述的基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，其特征在于，步骤（4）中，将混合模型data格式文件中的atom types修改为9，将Masses按照煤分子data格式修改文件、组分1生物质分子data格式修改文件、组分2生物质分子data格式修改文件中C、H、O三种元素的原子类型序号顺序进行依次排布。
6.根据权利要求1所述的基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，其特征在于，所述煤与生物质共热解体系混合模型中生物质为三种组分时，
步骤（1）中，提取混合模型中生物质分子的数据时，每种组分的生物质分子单独提取，并独立存储为pdb格式文件，得到组分1生物质分子pdb格式文件、组分2生物质分子pdb格式文件、组分3生物质分子pdb格式文件；将组分1生物质分子pdb格式文件、组分2生物质分子pdb格式文件、组分3生物质分子pdb格式文件分别转换为charge类型的lammps可读取的data格式文件，得到组分1生物质分子data格式文件、组分2生物质分子data格式文件、组分3生物质分子data格式文件；
步骤（2）中，所述修改煤分子data格式文件、生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号的具体操作为：
分别采用python脚本对煤分子data格式文件、组分1生物质分子data格式文件、组分2生物质分子data格式文件、组分3生物质分子data格式文件队尾的元素字符串，然后根据元素字符串的识别结果分别修改煤分子data格式文件、组分1生物质分子data格式文件、组分2生物质分子data格式文件、组分3生物质分子data格式文件中第2列的原子类型序号；其中，煤分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:1、H:2、O:3的规则进行修改，组分1生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:4、H:5、O:6的规则进行修改，组分2生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:7、H:8、O:9的规则进行修改，组分3生物质分子data格式文件中C、H、O三种元素的原子类型序号按照C:10、H:11、O:12的规则进行修改。
7.根据权利要求6所述的基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，其特征在于，步骤（4）中，将混合模型data格式文件中的atom types修改为12，将Masses按照煤分子data格式修改文件、组分1生物质分子data格式修改文件、组分2生物质分子data格式修改文件、组分3生物质分子data格式修改文件中C、H、O三种元素的原子类型序号顺序进行依次排布。
8.根据权利要求1所述的基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，其特征在于，所述生物质为木质素、纤维素、半纤维素中的至少一种。
9.根据权利要求1～7任一所述的基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，其特征在于，步骤（4）中采用煤分子data格式修改文件中的Atoms下的原子坐标信息和生物质分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息替换混合模型data格式文件中Atoms下的原子坐标信息时，将煤分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息排列在前，生物质分子data格式修改文件中Atoms下的原子坐标信息排列在后。
10.根据权利要求3所述的基于lammps模拟煤与生物质共热解体系中C、H、O元素的标记方法，其特征在于，所述煤与生物质混合模型采用Material Studio软件进行搭建，搭建后进行优化处理，使煤与生物质混合模型的能量稳定，密度恒定。
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