لفهم تأثير الرطوبة على تأثير استبدال CO₂ لـ CH₄ في طبقات الفحم العميقة (CO₂-ECBM)، تم اختيار فحم فوكانغ العميق كموضوع للدراسة، وتم إجراء تجارب مثل تصوير الطيف بالرنين المغناطيسي النووي 13C (¹³C-NMR) وطيف الإلكترونات منخفضة الطاقة بالأشعة السينية (XPS)، مع بناء نموذج أساس الفحم باستخدام برامج المحاكاة الجزيئية. تم استخدام طرق المحاكاة الجزيئية لدراسة الآلية الدقيقة لتأثير الرطوبة على عملية CO₂-ECBM في طبقات الفحم العميقة. أظهرت النتائج أن الأساس الفحمى يتوسع بشكل ملحوظ بعد امتصاص الغاز، وتنخفض حجم المسام بشكل كبير. عند التشبع بامتصاص CH₄، انخفض معدل مسامية الفراغات بنسبة 72.2% مقارنة بالحالة الأولية؛ وعندما تكون نسبة المولات CO₂ إلى CH₄ (ωCO2/ωCH4) تساوي 2، انخفض النفاذية بنسبة 83.8%. ارتفاع محتوى الماء يثبط بشكل ملحوظ أداء مخزون الفحم، حيث ينخفض نفاذية الفحم عند محتويات مائية 1%، 3% و5% بنسبة 50.9%، 94.9% و99.6% على التوالي، مما يدل على أن الرطوبة تعوق بشدة تدفق الغاز. تظهر خصائص الامتصاص التنافسي أنه مع زيادة ω_CO2/ω_CH4، يزداد امتصاص CO₂ وينخفض امتصاص CH₄ بسرعة ويتم استبداله، ويستقر معدل الاستبدال عند ω_CO2/ω_CH4≥1.2؛ ارتفاع محتوى الماء يقلل من السعات المطلقة لامتصاص CO₂ وCH₄ ونسبة حقن CO₂ إلى الاستبدال، لكنه يؤثر بشكل ضئيل على معدل الاستبدال النسبي لـ CH₄. حرارة امتصاص CO₂ أعلى من CH₄، مما يشير إلى قوة تفاعل أكبر بين CO₂ والفحم؛ ويزيد محتوى الماء حرارة الامتصاص لكلا الغازين، لكنها تقل عن 42 كيلوجول/مول، مما يشير إلى أن عملية الامتصاص هي امتزاز فيزيائي. ترتيب طاقة التفاعل بين الفحم وCO₂ وCH₄ هو: ECoal‒CO2 > ECoal‒CH4 > ECO2‒CH4، ويحافظ CO₂ على تفوقه في الامتصاص التنافسي؛ وتنخفض معاملات انتشار CO₂ وCH₄ مع زيادة محتوى الماء ونسبة ωCO2/ωCH4، حيث ينخفض CH₄ بشكل أكبر من CO₂، مما يشير إلى أن انتشار CH₄ أكثر حساسية للرطوبة. تكشف الدراسة عن الآليات الدقيقة لاستبدال CH₄ بواسطة CO₂ في طبقات الفحم الرطبة، مما يوفر أساساً نظرياً لتطوير إنتاج الغاز من الفحم وعمليات تخزين CO₂ الجيولوجية.

غاز الفحم العميق; نموذج جزيئي; محتوى الماء; CO₂-ECBM; المحاكاة الجزيئية