令和4年度 公害防止管理者 大気関係技術特論 問2を解説｜プロパンとメタンの燃焼とCO2濃度

令和4年度 大気関係技術特論 問2は、燃料の完全燃焼と乾き燃焼ガス中のCO₂濃度に関する計算問題です。プロパンを完全燃焼させたときの乾き燃焼ガス中CO₂濃度が12％のとき、同じ空気比でメタンを完全燃焼させたときの乾き燃焼ガス中CO₂濃度を求めます。

この問題のポイント

2つの気体燃料をつなぐ橋渡しになるのが「空気比（過剰空気の程度）」です。まずプロパンの燃焼式から、CO₂濃度が12％になるような空気比を逆算します。次に、その空気比をそのままメタンの燃焼に当てはめ、乾き燃焼ガス（水分を除いた燃焼ガス）に占めるCO₂の割合を計算します。メタンはプロパンより炭素が少なく水素の割合が大きい燃料なので、生じるCO₂は少なく、乾き燃焼ガス中のCO₂濃度はプロパンより低い値になります。答えは約10％です。

※ 問題文そのものは、産業環境管理協会が公開している公式サイトで確認できます。

正解：選択肢(2)

各選択肢の正誤

ここが計算の分かれ目

手順で押さえます。まず燃焼式を書きます。

• プロパン：C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O（理論酸素5、理論空気は 5÷0.21 ≒ 23.8）
• メタン：CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O（理論酸素2、理論空気は 2÷0.21 ≒ 9.52）

空気比をmとすると、乾き燃焼ガス（水分を除く）は「CO₂ ＋ 過剰O₂ ＋ 全N₂」で表せます。プロパン1molあたりの乾き燃焼ガスは、およそ 23.8m − 2 になります。CO₂は3molなので、

3 ÷ (23.8m − 2) ＝ 0.12　→　23.8m − 2 ＝ 25　→　m ≒ 1.13

この同じ空気比 m ≒ 1.13をメタンに当てはめます。メタン1molあたりの乾き燃焼ガスは、およそ 9.52m − 1 で、CO₂は1molです。

1 ÷ (9.52×1.13 − 1) ＝ 1 ÷ 9.8 ≒ 0.10　→　約10％

プロパンより炭素が少なく水素が多いメタンでは、同じ空気比でも乾き燃焼ガス中のCO₂濃度は下がる点がポイントです。

覚え方

• 2つの燃料をつなぐ橋は空気比。片方の濃度からmを逆算して他方へ。
• 乾き燃焼ガス＝CO₂＋過剰O₂＋N₂（水分は含めない）。
• 炭素が少なく水素が多い燃料ほど、乾き燃焼ガス中のCO₂濃度は低い。

理解度チェック

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