R5年 大気特論 問10 問題と解説

　問 題　　　　　

燃焼で生成される窒素酸化物に関する記述として、誤っているものはどれか。

1. 通常の燃焼条件では、NO₂の生成量がNOのそれを上回ることはない。
2. 燃焼領域で燃料中のN分が分解し、N₂とともにフューエルNO_xが生成される。
3. 燃料中のN分のフューエルNOへの変換率は、およそ12～50%の範囲にある。
4. プロンプトNO_xの生成は、炭化水素燃料の燃焼に特有の現象である。
5. N分を含まない炭化水素燃料の燃焼では、火炎中にシアン化物は存在しない。

 

 

 

 

 

　解 説　　　　

(1)は正しいです。燃焼によって生成されるNO_xは、そのほとんど(9割以上)がNOです。その後、NOが大気中に排出され、大気中のオゾンなどと反応するとNO₂に変わります。よって、NO₂の生成量はNOよりもずっと少ないです。

(2)も正しいです。燃料由来のフューエルNO_xと空気由来のサーマルNO_xが逆になっている記述もよく出題されますが、今回は燃料の話でフューエルNO_xとなっているため、正しい記述です。

(3)も正しいです。燃料中のN分のフューエルNOへの変換率は、大体1割～5割といわれています。

(4)も正しいです。サーマルNO_xのうち、Zeldovich機構に従わないものをプロンプトNO_xといいます。一酸化炭素や水素の燃焼はZeldovich機構に従い、炭化水素の燃焼ではZeldovich機構に従いません。よって、プロンプトNO_xの生成は、炭化水素燃料の燃焼に特有の現象だといえます。

(5)が誤りです。まず、燃料にN分が含まれていなくても空気中にN分はいくらでもあるため、フューエルNO_xは発生しませんがサーマルNO_xは発生します。また、今回は「N分を含まない炭化水素燃料」なので、このサーマルNO_xは(4)で解説したプロンプトNO_xのパターンとなります。

プロンプトNO_xの生成過程において、石炭中に含まれる炭素(C)や水素(H)と、空気中の窒素(N)とが反応して、HCNなどのシアン化合物が中間体として存在しています。火炎にシアン化合物が含まれるのはプロンプトNO_xの特徴として押さえておきたい知識です。

以上から、正解は(5)となります。