CN113423810A - 有机化合物的制造系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种防止从发酵槽中排出的气体，特别是在冬季等低温环境下，因冷冻而阻塞管道的手段。其是通过微生物发酵来制造有机化合物的有机化合物的制造系统(10A)，其具备：具有包含用于合成有机化合物的生物催化剂的反应器的催化剂反应装置(1)、排出从所述催化剂反应装置(1)中释放的废气的阀门(3)、连接所述催化剂反应装置(1)和所述阀门(3)的管道(6A)。其中，所述管道(6A)的至少一部分被保温材料(4)所包覆。
Description
技术领域
本发明涉及有机化合物的制造系统。
本申请就于2019年3月22日在日本提出的日本专利申请2019-054450号主张优先权，并引用其内容。
背景技术
近年，例如，使从来自炼铁厂的废气等中合成的、包含一氧化碳的合成气体通过微生物发酵来制造乙醇等的有机化合物的方法的实用化正在被探讨(例如参照专利文献1)。在这样的有机化合物的制造过程中，存在注入发酵槽的合成气体和排出的气体(微生物发酵中不使用的气体、微生物发酵产生的气体)。因此，为了调整发酵槽中的内压，通常，会通过阀门对排出的气体量等进行控制。此时，所述阀门介由管道与发酵槽连接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2011/087380号
发明内容
本发明所要解决的技术问题
然而，由于从发酵槽中排出的气体含有水分、管道容易被冷却等的原因，发现特别是在冬季等低温环境下，有时会发生冷冻而阻塞管道。
解决技术问题的技术手段
本发明者们为了解决所述问题而进行了深入探讨。其结果，发现通过以保温材料包覆管道，可以解决所述问题，而完成了本发明。
、一种有机化合物的制造系统，其用于通过微生物发酵来制造有机化合物，所述制造系统具备：
催化剂反应装置，其具有包含用于合成有机化合物的生物催化剂的反应器；
阀门，其排出从所述催化剂反应装置中释放的废气；以及
管道，其连接所述催化剂反应装置和所述阀门，其中，
所述管道的至少一部分被保温材料所包覆。
、如项[1]所述的有机化合物的制造系统，其中，
所述管道的至少一部分通过加热机构被加热，
所述管道的至少一部分和加热机构被所述保温材料所包覆。
、如项[1]或[2]所述的有机化合物的制造系统，其中，
至少所述管道的阀门接合部以及与其相邻的部位被保温材料所包覆。
、一种有机化合物的制造系统，其用于通过微生物发酵来制造有机化合物，所述制造系统具备：
催化剂反应装置，其具有包含用于合成有机化合物的生物催化剂的反应器；
临时储存罐，其用于临时储存从所述催化剂反应装置中释放的废气；
阀门，其控制所述废气的排出；
第1管道，其连接所述催化剂反应装置和所述临时储存罐；以及
第2管道，其连接所述临时储存罐和所述阀门，其中，
所述第2管道的至少一部分被保温材料所包覆。
、如项[4]所述的有机化合物的制造系统，其中，
所述第2管道的至少一部分通过加热机构被加热，
所述第2管道的至少一部分和加热机构被所述保温材料所包覆。
、如项[4]或[5]所述的有机化合物的制造系统，其中，
至少所述第2管道的阀门接合部以及与其相邻的部位被保温材料所包覆。
、如项[4]～[6]中任一项所述的有机化合物的制造系统，其中，
所述临时储存罐的至少一部分被保温材料所包覆。
、如项[7]所述的有机化合物的制造系统，其中，
所述临时储存罐的至少一部分通过加热机构被加热，
所述临时储存罐的至少一部分和加热机构被所述保温材料所包覆。
、如项[1]～[8]中任一项所述的有机化合物的制造系统，其中，
所述阀门的下游侧设置有第3管道，
所述第3管道的至少一部分被保温材料所包覆。
、如项[9]所述的有机化合物的制造系统，其中，
所述第3管道的至少一部分通过加热机构被加热，
所述第3管道的至少一部分和加热机构被所述保温材料所包覆。
发明的效果
根据本发明的有机化合物的制造系统，能够防止低温环境下管道的冷冻。
附图说明
[图1]本发明的第1实施方式所涉及的有机化合物的制造系统的示意图。
[图2]本发明的第2实施方式所涉及的有机化合物的制造系统的示意图。
本发明的具体实施方式
以下，将对实施本发明优选的形态的一个例子进行说明。但是，下述的实施方式只是单纯的示例。本发明不限于下述的实施方式。
<第1实施方式>
图1是本发明的第1实施方式所涉及的有机化合物的制造系统的示意图。图1所示的有机化合物的制造系统10A具备：具有包含用于合成有机化合物的生物催化剂的反应器的催化剂反应装置1、控制从催化剂反应装置中释放的废气的排出的阀门3、连接所述催化剂反应装置1和所述阀门3的第1管道6A。此时，所述第1管道6A的至少一部分被保温材料4所包覆。需要说明的是，原料气体供给管5将有机化合物原料供给至催化剂反应装置1。此外，有机化合物排出管道9排出催化剂反应装置1中制造的有机化合物。此外，第3管道6B将从阀门排出的废气排出至系统外。需要说明的是，图1中的箭头表示管道内气体等的流动方向。也就是说，第1实施方式所涉及的有机化合物的制造系统10A具有：原料气体供给管5、催化剂反应装置1、有机化合物排出管道9、第1管道6A、保温材料4、阀门3、第3管道6B。以下，将详细地进行说明。
[原料气体供给管5]
原料气体供给管5将原料气体供给至催化剂反应装置1。
作为所述原料气体，没有特别限制，可以是碳源通过部分氧化等而得到的包含一氧化碳、氢的合成气体等。其它，根据需要也可以包含氮、水蒸气等。
作为所述碳源，没有特别限制，可以是包含塑料、树脂的废弃物、厨房垃圾，也可以是焦炭等。
需要说明的是，原料气体中包含杂质时，优选将对原料气体进行纯化而得的气体作为原料气体使用。
[催化剂反应装置1]
催化剂反应装置1具有包含用于合成有机化合物的生物催化剂的反应器。由此，能够通过微生物发酵来制造有机化合物。
作为所述有机化合物，没有特别限制，可以举出醇、有机酸、脂肪酸、油脂、酮、生物质、糖等。更具体而言，例如，可以举出乙醇、异丙醇、丙酮、醋酸、丁二醇等。需要说明的是，制造的有机化合物的用途没有特别限定，可以用于塑料或橡胶等的树脂的原料、燃料等。
作为所述生物催化剂，没有特别限制，例如，在从合成气体(包含一氧化碳和氢的气体)制造作为有机化合物的乙醇时，优选使用自产乙醇梭菌(Clostri diumautoethanogenum)、扬氏梭菌(Clostridium ljungdahlii)、醋酸梭菌(Clostri diumaceticum)、羧化梭菌(Clostridium carboxidivorans)、热醋穆尔氏菌(Moor ellathermoacetica)、伍氏醋酸杆菌(Acetobacterium woodii)等的合成气体同化性细菌。
作为所述反应器，优选具有：微生物发酵槽、用于保温微生物发酵槽内的液状培养基的保温手段、用于搅拌微生物发酵槽内的液状培养基的搅拌手段。
需要说明的是，微生物发酵槽中的液状培养基的温度(培养温度)优选为30～45℃左右，更优选为33～42℃左右，进一步优选为36.5～37.5℃左右。
此外，微生物发酵槽内的压力可以是常压，可优选设为10～300kPa(表压)左右，更优选为20～200kPa(表压)左右。通过将微生物发酵槽内的压力调整至所述范围内，能够在抑制过剩压力负荷导致的设备成本的增大的同时，进一步提高气体同化性细菌的反应性。
[有机化合物排出管道9]
有机化合物排出管道9具有排出包含在催化剂反应装置1中合成的有机化合物的反应液的功能。
需要说明的是，被排出的反应液通常经过过滤、蒸馏等的纯化工序而使有机化合物纯化。
[第1管道6A]
第1管道6A连接催化剂反应装置1和阀门3。
作为第1管道6A的材质，无特别限制，可以使用不锈钢、铜合金、镍合金、钛、铜、铜合金(黄铜、红铜、白铜等)、铝、铝合金、碳钢钢管(SGP、STPY、STPG、STS、STPT、STPA、STPL等)等的公知的材质。这些的材质可以单独使用，也可以组合使用2种以上。
从所述第1管道6A中流通有刚刚从催化剂反应装置1中排出的气体出发，排出气体的温度与培养温度相近，可以认为是比较高的。但是，管道在低温环境下容易被冷却，如果排出气体长时间在冷却了的第1管道中流通，则排出气体的温度会慢慢降低，最终可能会冷冻。因此，在第1管道6A较长时，本发明的效果能够更为显著地发挥。
需要说明的是，第1管道6A可以具有弯曲部。第1管道6A具有弯曲部时，作为弯曲的角度，优选为大于0度且在120度以下，更优选为大于0度且在90度以下，进一步优选大于5度且在90度以下。第1管道6A具有弯曲部时，从第1管道6A内部中的废气的流向会变化出发，容易受到温度变化的影响，该弯曲部在被冷却时会更易冷冻。因此，第1管道6A具有弯曲部时，本发明的效果能够更显著地发挥。
即，在实际设置有机化合物的制造系统时，很多时候不得不使第1管道6A延长、弯曲，并且一旦设置，之后想要变更设计并不容易，根据本发明，即使在这种情况下也能够可靠地防止第1管道6A的冷冻。
[保温材料4]
保温材料4包覆第1管道的至少一部分。由此，能够防止或抑制上述的第1管道的冷却，能够防止或抑制冷冻导致的第1管道的阻塞。
作为保温材料4的材质，例如，可以举出：硅酸钙、岩棉、玻璃棉、聚乙烯泡沫、氨基甲酸酯泡沫以及聚苯乙烯泡沫等。这些保温材料可以单独使用，也可以组合使用2种以上。需要说明的是，组合使用2种以上时，例如，保温材料14的内侧(管道侧)使用玻璃棉，外侧使用耐热性聚乙烯泡沫(耐热温度100～120℃)，可以使用像这样的具有多层不同的材质的层的多层结构的保温材料。
保温材料的形状，没有特别限制，从保温的效率性的观点出发优选为管状。
此外，保温材料的耐热温度，从设置后述的加热机构的观点、防止劣化的观点等出发，优选为100℃以上，更优选为120℃以上，进一步优选为150℃以上。需要说明的是，所述耐热温度可以依照JISK7226进行测定。
关于包覆保温材料的部位，没有特别限制，优选为与催化剂反应装置1的连接部远离的部位，更优选为阀门3的连接部附近。如果是在与催化剂反应装置1的连接部远离的部位，废气会被慢慢地冷却而变得容易冷冻，优选对该部分进行保温。此外，特别是阀门3的连接部附近，流路常常会变窄，更容易冷冻，从这一点出发，优选对该部分进行保温。也就是说，在一种实施方式中，优选至少管道的阀门接合部以及与其相邻的部位被保温材料所包覆。
需要说明的是，保温材料4也可以包覆第1管道以外的部分。例如，可以包覆选自催化剂反应装置1、有机化合物排出管道9、阀门3、第3管道6B中的至少一者的至少一部分。其中，优选包覆阀门3和第3管道6B中的任一方或双方的至少一部分。
第1管道6A的阀门3的连接部附近被保温材料所包覆时，就保温材料的包覆率而言，以与阀门3的接合部为起点，相对于第1管道6A的全长，优选为10％以上，更优选为20％以上，进一步优选为30％以上。需要说明的是，从成本的观点出发，所述保温材料的包覆率优选为90％以下，更优选为80％以下。
所述保温材料4只包覆第1管道6A的一部分时，所述保温材料4可以连续地包覆第1管道6A，也可以不连续地包覆。
[阀门3]
阀门3控制从催化剂反应装置中释放的废气的排出。
作为阀门，无特别限制，可以适宜采用公知的阀门。此时，所述阀门可以是手动控制的，也可以是自动控制的。此处，如果是所述自动控制，则可以监测排出气体的组成、气体量等，并基于该监测信息，用控制部控制阀门。
[第3管道6B]
第3管道6B将从阀门3排出的气体排出至系统外。排出的气体可以适用于适当的焚烧、培养中的再利用等。第3管道6B的材质等与第1管道6A相同。
[加热机构]
在一种实施方式中，可以进一步具备加热机构。
作为加热机构的加热方法，可以是直接加热也可以是间接加热。
作为直接加热，没有特别限制，可以举出使用了电加热器等的方法等。
作为间接加热，可以举出使用水、防冻液等的加热介质的方法等。此时，作为对加热介质进行加热的热源，可以举出电加热器、有机化合物的制造系统中产生的热、太阳光等。
其中，加热机构的加热方法优选为间接加热，优选将水用作加热介质的方法，优选使用蒸汽进行的加热。此时，作为所述间接加热的热源，优选为有机化合物的制造系统中产生的热、太阳光，更优选为有机化合物的制造系统中产生的热。因此，根据优选的一种实施方式，加热机构的手段优选为被有机化合物制造系统中产生的热所加热的蒸汽。
就加热机构的适用方式而言，可以根据加热机构的加热方法采用适宜的公知手法。例如，在用蒸汽进行加热时，优选为使用蒸汽管道进行的加热。在使用蒸汽管道进行加热时，对于加热对象(如后所述，优选为管道)，可以将蒸汽管道配置为以纵列状进行接触的形式，也可以配置为以螺旋状进行卷绕的形式。其中，从能够以1个管道进行高效的加热的观点出发，优选使蒸汽管道以螺旋状卷绕。
就加热机构的适用部位而言，无特别限制，可以举出：管道、阀门、催化剂反应装置、原料气体供给管、有机化合物排出管道、保温材料。其中，优选对管道、阀门、催化剂反应装置、保温材料进行加热，更优选对管道、阀门进行加热，进一步优选对管道进行加热。对所述管道进行加热时，从效率高的观点出发，优选对保温材料所包覆的部位进行加热。也就是说，在优选的一种实施方式中，优选管道的至少一部分通过加热机构被加热，所述管道和加热机构被所述保温材料所包覆。此外，在更优选的一种实施方式中，优选管道的至少一部分通过与蒸汽管道的接触而被加热，所述加热机构和蒸汽管道被所述保温材料所包覆。需要说明的是，所述加热机构的适用部位可以是1处，也可以是2处以上。
需要说明的是，加热机构可以被控制部所控制。所述控制部在判断需要加热时开始加热，在判断不需要加热时中止加热。此时，就是否需要加热的判断而言，优选利用传感器所取得的信息。例如，如果对管道进行加热，则可以设置对管道内部的废气流量进行测定的传感器。当所述废气流量低于一定值时，可通过控制部开始加热，防止管道内的阻塞。
<第1实施方式的优选的形态>
在第1实施方式中，优选选自第1管道6A、阀门3和第3管道6B中的至少一者的至少一部分被保温材料所包覆，更优选选自阀门3的连接部附近的第1管道6A、阀门3、阀门3的连接部附近的第3管道6B中的至少一者被保温材料所包覆。需要说明的是，“阀门3的连接部附近的第1管道6A”是指，相对于第1管道6A的全长，以与阀门3的接合部为起点的30％以内的区域，优选为20％以内的区域，更优选为10％以内的区域。此外，“阀门3的连接部附近的第3管道6B”是指，相对于第3管道6B的全长，以与阀门3的接合部为起点的30％以内的区域，优选为20％以内的区域，更优选为10％以内的区域。此时，优选其通过与蒸汽管道的接触而进行加热，所述管道和蒸汽管道被所述保温材料所包覆。
<第2实施方式>
图2是本发明的第2实施方式所涉及的有机化合物的制造系统的示意图。图2所示的有机化合物的制造系统10B具备：具有包含用于合成有机化合物的生物催化剂的反应器的催化剂反应装置11、用于临时储存从催化剂反应装置11中释放的废气的临时储存罐12、控制废气的排出的阀门13、连接所述催化剂反应装置和所述临时储存罐的第1管道16A以及连接临时储存罐和所述阀门的第2管道16C。此时，所述第2管道的至少一部分被保温材料14所包覆。需要说明的是，与第1实施方式相同，有机化合物的制造系统10B具有原料气体供给管道15、有机化合物排出管道19以及第3管道16B。
第2实施方式所涉及的有机化合物的制造系统10B具有临时储存罐。通过具有所述临时储存罐12，能够更容易地调整包含发酵槽等的催化剂反应装置中的内压。然而，临时储存罐12中储存的废气，会在临时储存罐内滞留一定的时间，因此废气温度通常会在临时储存罐内慢慢地降低。然后，如果废气在废气温度降低了的状态下，通过第2管道16C被输送至阀门13，则第2管道16C在低温环境下时，那么，就有可能变成进一步容易冷冻的状况。因此，在本实施方式中，采用第2管道的至少一部分被保温材料所包覆的构成。
以下将进行详细的说明，但由于原料气体供给管、催化剂反应装置、有机化合物排出管道和第1实施方式是相同的，因此省略对它们的说明。
[第1管道16A]
第1管道16A连接催化剂反应装置和所述临时储存罐。就材质等而言，与第1实施方式相同。
[临时储存罐12]
临时储存罐12临时储存从催化剂反应装置中释放的废气。
作为临时储存罐12，没有特别限制，例如，可以举出用于进行气液分离的一般的气液分离容器(Knock out drum)等。
[第2管道16C]
第2管道16C连接临时储存罐和所述阀门。如上所述，由于在第2管道16C中流通的废气，在临时储存罐中滞留了一定的时间，因此与从包含发酵槽等的催化剂反应装置中排出时相比气体温度较低。因此，用后述的保温材料对第2管道16C的至少一部分进行保温。
就第2管道16C的材质等而言，与第1管道16A相同。
就第1管道16A和第2管道16C的尺寸、材质而言没有特别限制，可以适宜使用公知的管道。通常，第2管道16C被设定为比第1管道16A更长。例如，第2管道16C的长度通常是第1管道16A的长度的1～10倍，优选为1～5倍，更优选为1～3倍。
此外，与第1实施方式相同，就第1管道16A和第2管道16C中的任一方或双方而言，管道较长和/或具有弯曲部时本发明的效果能够更显著地发挥。
[保温材料14]
保温材料14包覆第2管道的至少一部分。由此，能够防止或抑制上述的第2管道的冷却，能够防止或抑制冷冻导致的第2管道的阻塞。
保温材料14的材质等与第1实施方式相同。
此外，就保温材料而言，与第1实施方式相同，也可以包覆第2管道以外的部分。例如，可以包覆选自催化剂反应装置11、有机化合物排出管道19、第1管道16A、临时储存罐12、阀门13、第3管道16B中的至少1者的至少一部分。其中，优选包覆选自第1管道16A、临时储存罐12、阀门13、第3管道16B中的至少1者的至少一部分，更优选包覆选自临时储存罐12、阀门13、第3管道16B中的至少1者的至少一部分，进一步优选包覆阀门13和第3管道16B中的任一方或双方的至少一部分。需要说明的是，在优选的一种实施方式中，临时储存罐的至少一部分被保温材料所包覆。
[阀门13]
阀门13控制废气的排出。就阀门的种类、控制等而言，与第1实施方式相同。
[第3管道16B]
第3管道16B设置在阀门的下游侧。排出的气体可以适用于适当的焚烧、培养中的再利用等。第3管道16B的材质等与第2管道16A相同。
[加热机构]
在一种实施方式中，可以进一步具备加热机构。就加热机构而言，如上所述。
需要说明的是，在第2实施方式中，也优选蒸汽管道以螺旋状卷绕管道。
就加热机构的适用部位而言，无特别限制，可以举出管道、临时储存罐、阀门、催化剂反应装置、原料气体供给管、有机化合物排出管道、保温材料。其中，优选对管道、临时储存罐、阀门、催化剂反应装置、保温材料进行加热，更优选对管道、临时储存罐、阀门进行加热，进一步优选对阀门、管道进行加热，特别优选对管道进行加热。如果对所述管道进行加热，从效率高的观点出发，优选对被保温材料包覆的部位进行加热。也就是说，在优选的一种实施方式中，优选管道的至少一部分通过与蒸汽管道的接触而被加热，所述管道和蒸汽管道被所述保温材料所包覆。需要说明的是，所述加热机构的适用部位可以是1处，也可以是2处以上。
<第2实施方式的优选的形态>
在第2实施方式中，优选选自第2管道16C、阀门13和第3管道16B中的至少一者的至少一部分被保温材料所包覆，更优选选自阀门13的连接部附近的第2管道16C、阀门13、阀门13的连接部附近的第3管道16B中的至少一者被保温材料所包覆。需要说明的是，“阀门13的连接部附近的第2管道16C”是指，相对于第2管道16C的全长，以与阀门13的接合部为起点的30％以内的区域，优选为20％以内的区域，更优选为10％以内的区域。此外，“阀门3的连接部附近的第3管道16B”是指，相对于第3管道16B的全长，以与阀门13的接合部为起点的30％以内的区域，优选为20％以内的区域，更优选为10％以内的区域。此时，优选其通过与蒸汽管道的接触而被加热，所述管道和蒸汽管道被所述保温材料所包覆。
符号的说明
10A、10B 有机化合物的制造系统
1、11 催化剂反应装置
12 临时储存罐
3、13 阀门
4、14 保温材料
5、15 原料气体供给管道
6A、16A 第1管道
6B、16B 第3管道
16C 第2管道
9、19 有机化合物排出管道
Claims (10)
1.一种有机化合物的制造系统，其用于通过微生物发酵来制造有机化合物，所述制造系统具备：
催化剂反应装置，其具有包含用于合成有机化合物的生物催化剂的反应器；
阀门，其排出从所述催化剂反应装置中释放的废气；以及
管道，其连接所述催化剂反应装置和所述阀门，其中，
所述管道的至少一部分被保温材料所包覆。
2.如权利要求1所述的有机化合物的制造系统，其中，
所述管道的至少一部分通过加热机构被加热，
所述管道的至少一部分和加热机构被所述保温材料所包覆。
3.如权利要求1或2所述的有机化合物的制造系统，其中，
至少所述管道的阀门接合部以及与其相邻的部位被保温材料所包覆。
4.一种有机化合物的制造系统，其用于通过微生物发酵来制造有机化合物，所述制造系统具备：
催化剂反应装置，其具有包含用于合成有机化合物的生物催化剂的反应器；
临时储存罐，其用于临时储存从所述催化剂反应装置中释放的废气；
阀门，其控制所述废气的排出；
第1管道，其连接所述催化剂反应装置和所述临时储存罐；以及
第2管道，其连接所述临时储存罐和所述阀门，其中，
所述第2管道的至少一部分被保温材料所包覆。
5.如权利要求4所述的有机化合物的制造系统，其中，
所述第2管道的至少一部分通过加热机构被加热，
所述第2管道的至少一部分和加热机构被所述保温材料所包覆。
6.如权利要求4或5所述的有机化合物的制造系统，其中，
至少所述第2管道的阀门接合部以及与其相邻的部位被保温材料所包覆。
7.如权利要求4～6中任一项所述的有机化合物的制造系统，其中，
所述临时储存罐的至少一部分被保温材料所包覆。
8.如权利要求7所述的有机化合物的制造系统，其中，
所述临时储存罐的至少一部分通过加热机构被加热，
所述临时储存罐的至少一部分和加热机构被所述保温材料所包覆。
9.如权利要求1～8中任一项所述的有机化合物的制造系统，其中，
在所述阀门的下游侧设置有第3管道，
所述第3管道的至少一部分被保温材料所包覆。
10.如权利要求9所述的有机化合物的制造系统，其中，
所述第3管道的至少一部分通过加热机构被加热，
所述第3管道的至少一部分和加热机构被所述保温材料所包覆。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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