令和5年度 公害防止管理者 大気特論 問11を解説｜サーマルNOxの生成

令和5年度 大気特論 問11は、拡大Zeldovich機構に基づくサーマルNOxの生成に関する問題です。理論燃焼温度における生成NO濃度を、空気比と滞留時間の関係で表したグラフのうち、正しいものを選びます。

この問題のポイント

サーマルNOxは、高温の燃焼ガス中で空気由来の窒素N₂と酸素O₂が反応して生じるNOです。拡大Zeldovich機構では、この生成は温度・酸素濃度・反応に使える時間（滞留時間）に強く左右されます。グラフを選ぶカギは2つの向きです。ひとつは滞留時間で、反応が進む時間が長いほど生成NO濃度は増える方向に動きます。もうひとつは空気比で、酸素が増えるとはじめはNO生成に有利ですが、空気比を上げすぎると過剰空気で火炎温度が下がるため、NO濃度はある空気比で最大となる山型を描きます。この「滞留時間が長いほど増える」「空気比に対して山型」という2つの傾向を同時に満たすグラフが正解です。

※ 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(1)

選択肢を見分ける軸

ここが分かれ目

誤りのグラフは、この2つの向きのどちらかを取り違えています。たとえば「空気比が大きいほど単調にNOが増え続ける」形は、過剰空気による火炎温度の低下を無視している点で誤りです。また「滞留時間に関係なくNO濃度が一定」あるいは「時間とともに減る」形も、反応時間が長いほど生成が進むという拡大Zeldovich機構の基本に反します。正しい選択肢(1)は、滞留時間が長いほどNOが増え、かつ空気比に対しては山型のピークを持つという、両方の傾向を正しく表したグラフです。

覚え方

• サーマルNOxは高温・酸素・時間の3つで増える。空気由来のN₂が窒素源。
• 滞留時間が長いほどNOは増加（時間の関数として右上がり）。
• 空気比は上げすぎると過剰空気で温度低下＝NOは山型でピークを持つ。

理解度チェック

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