لكشف تأثير الرطوبة على تأثير حقن ثاني أكسيد الكربون في طبقات الفحم العميقة لاستبدال الميثان (CO₂-ECBM)، تم استخدام فحم عميق من فوكان كموضوع للدراسة، وأُجريت تجارب مثل مطيافية رنين الكربون النووي المغناطيسي (¹³C-NMR) ومطيافية فوتواللكترونات بالأشعة السينية (XPS)، وتم بناء نموذج مصفوفة الفحم باستخدام برامج المحاكاة الجزيئية، واعتمدت طريقة المحاكاة الجزيئية لدراسة الآلية الجزئية لتأثير الرطوبة على عملية CO₂-ECBM في طبقات الفحم العميقة. أظهرت النتائج: أن مصفوفة الفحم تتمدد بشكل ملحوظ بعد امتصاص الغاز، وينخفض حجم المسام بشكل كبير. عند التشبع بامتصاص الميثان، انخفض المسامية في مصفوفة الفحم بنسبة 72.2% مقارنة بالقيمة الأولية؛ وعندما تكون نسبة مولات CO₂ إلى CH₄ تساوي 2، ينخفض النفاذية لمصفوفة الفحم بنسبة 83.8%. تؤدي زيادة نسبة الرطوبة إلى تثبيط أداء مكمن الفحم بشكل ملحوظ، إذ انخفضت النفاذية في مصفوفة الفحم بنسبة 50.9% و94.9% و99.6% عند محتوى رطوبة 1% و3% و5% على التوالي، مما يشير إلى أن الرطوبة تعيق تدفق الغاز بشدة. أظهرت خاصية الامتزاز التنافسي أنه مع زيادة نسبة CO₂/CH₄، يزداد امتصاص ثاني أكسيد الكربون، وينخفض امتصاص الميثان بسرعة ويتم استبداله، وتصبح نسبة الاستبدال مستقرة عندما تكون النسبة≥1.2؛ تؤدي زيادة الرطوبة إلى تقليل الكميات المطلقة الممتصة من CO₂ وCH₄ ونسبة حقن واستبدال CO₂، ولكن لها تأثير ضئيل على معدل الاستبدال النسبي للميثان. حرارة امتصاص CO₂ أعلى من الميثان، مما يدل على أن CO₂ لديه تقارب أقوى للفحم؛ يزداد كل من حرارة الامتصاص للغازين مع زيادة الرطوبة، لكنها تبقى أقل من 42 كيلوجول/مول، مما يشير إلى أن عملية الامتصاص هي امتصاص فيزيائي. ترتيب طاقة التفاعل بين الفحم وCO₂ وCH₄ هو: E_Coal-CO₂ > E_Coal-CH₄ > E_CO₂-CH₄، ويحافظ CO₂ على الأفضلية في الامتصاص التنافسي؛ ومع زيادة الرطوبة ونسبة CO₂/CH₄، تنخفض معاملات انتشار CO₂ وCH₄ بشكل ملحوظ، مع انخفاض أكبر في CH₄ مما يدل على أن انتشار الميثان أكثر حساسية للرطوبة. تكشف الدراسة الآلية الجزيئية لاستبدال الميثان بـ CO₂ في طبقات الفحم الرطبة، مما يقدم أساسًا نظريًا لتطوير الغاز الفحم الفعال ومشاريع الحبس الجيولوجي لـ CO₂.

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