H26年 大気特論 問4 問題と解説

炭素87質量%、水素13質量%、高発熱量が40.7MJ/kgの重油を空気比1.3で完全燃焼させたとき、乾き燃焼ガス中のNO濃度が176ppmであった。高発熱量当たりのNO発生量はおよそ何mg/MJか。

1. 70
2. 80
3. 90
4. 100
5. 110

 

 

 

 

 

　解 説　　　　

まず、1[kg]の燃料を使うと仮定すると、炭素は870[g]、水素は130[g]使用することになります。それぞれの原子量は12と1なので、これをmol数に直すと、炭素は72.5[mol]、水素は130[mol]使います。

ここで、それぞれの燃焼式は以下の通りです。

炭素の燃焼では、炭素が72.5[mol]なので、使う酸素も72.5[mol]、発生する二酸化炭素も72.5[mol]です。水素の燃焼では、水素が130[mol]なので、使う酸素は32.5[mol]です。

燃焼後に残る気体は二酸化炭素と、余剰の酸素、それに空気に含まれていて反応に関与しない窒素の3種類です(問題文に高発熱量とあるので、生成するH₂Oについては無視します)。二酸化炭素については上記の通り、72.5[mol]となります。余剰酸素は、消費酸素が

であり、空気比が1.3ということから、

になります。また、窒素については、酸素が全部で

あり、空気が酸素21%と窒素79%で構成されているとすると、

と計算できます。

よって、これらを合計すると、燃焼後の気体は617.5[mol]あることになり、その176[ppm]分だけNOが含まれることになります。ppmは百万分率なので、

ほどNOがあります。NOの分子量は30なので、これを質量に直すと、

です。

ここで、最初に1[kg]の燃料を使うと仮定して計算を進めてきましたが、問題文より、高発熱量が40.7[MJ/kg]とあるので、計算で出したこのNOの量は、40.7[MJ]あたりの質量ということになります。よって、1[MJ]あたりのNO発生量は、

となります。