Para revelar el efecto de la humedad en la sustitución de CH₄ por inyección de CO₂ en capas profundas de carbón (CO₂-ECBM), se utilizó carbón profundo de Fukang como objeto de estudio. Se realizaron experimentos como espectroscopía de resonancia magnética nuclear ¹³C (¹³C-NMR) y espectroscopia fotoelectrónica de rayos X (XPS), combinados con la construcción de un modelo de matriz de carbón utilizando software de simulación molecular. Se empleó un método de simulación molecular para investigar el mecanismo microscópico del efecto de la humedad en el proceso CO₂-ECBM en capas profundas de carbón. Los resultados muestran que la matriz de carbón se expande significativamente tras la adsorción de gas, con una gran reducción en el volumen de poros. Al estar saturada de adsorción de CH₄, la porosidad de la matriz disminuyó un 72,2 % respecto al valor inicial; cuando la relación molar de CO₂ a CH₄ es 2, la permeabilidad de la matriz de carbón disminuye en un 83,8 %. El aumento de la humedad inhibe significativamente las propiedades del yacimiento de carbón: en comparación con el carbón seco, la permeabilidad de la matriz a 1 %, 3 % y 5 % de humedad disminuye en un 50,9 %, 94,9 % y 99,6 %, respectivamente, mostrando que la humedad obstaculiza fuertemente el flujo de gas. Las características de adsorción competitiva indican que al aumentar la razón CO₂/CH₄, la cantidad de adsorción de CO₂ aumenta, mientras que la de CH₄ disminuye rápidamente y es desplazada; la tasa de desplazamiento tiende a estabilizarse cuando la relación es ≥1.2. El aumento de la humedad reduce la cantidad absoluta adsorbida de CO₂ y CH₄ y la proporción de inyección y desplazamiento de CO₂, pero tiene poca influencia en la tasa relativa de desplazamiento de CH₄. El calor de adsorción del CO₂ es superior al del CH₄, lo que indica una mayor afinidad de CO₂ con el carbón; el aumento de la humedad incrementa el calor de adsorción de ambos gases, pero permanece por debajo de 42 kJ/mol, lo que indica un proceso de adsorción física. El orden de energía de interacción entre carbón y CO₂ y CH₄ es: E_Coal-CO₂ > E_Coal-CH₄ > E_CO₂-CH₄, CO₂ mantiene la ventaja en la adsorción competitiva; los coeficientes de difusión de CO₂ y CH₄ disminuyen notablemente con el aumento de la humedad y la razón CO₂/CH₄, siendo la disminución mayor para CH₄, indicando que la difusión de CH₄ es más sensible a la humedad. El estudio revela el mecanismo microscópico de desplazamiento de CH₄ por CO₂ en capas de carbón hidratadas, proporcionando una base teórica para el desarrollo eficiente del gas de carbón y la práctica del almacenamiento geológico de CO₂.

Gas de carbón profundo; modelo molecular; humedad; CO₂-ECBM; simulación molecular