JP2007091707A - Method and equipment for production of organic acid - Google Patents

Method and equipment for production of organic acid Download PDF

Info

Publication number
JP2007091707A
JP2007091707A JP2006117365A JP2006117365A JP2007091707A JP 2007091707 A JP2007091707 A JP 2007091707A JP 2006117365 A JP2006117365 A JP 2006117365A JP 2006117365 A JP2006117365 A JP 2006117365A JP 2007091707 A JP2007091707 A JP 2007091707A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
acid
organic acid
alkali metal
alkali salt
alkali
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006117365A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kiyoshi Otsuka
大塚  潔
Ichiro Yamanaka
一郎 山中
Minoru Ishida
稔 石田
Jun Okada
純 岡田
Daisuke Nishimatsu
大介 西松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HABIKKUSU KK
Original Assignee
HABIKKUSU KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HABIKKUSU KK filed Critical HABIKKUSU KK
Priority to JP2006117365A priority Critical patent/JP2007091707A/en
Publication of JP2007091707A publication Critical patent/JP2007091707A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the technology for producing CO<SB>x</SB>by using the saccharides largely included in the biomass resource under relatively mild conditions, the technology for selectively producing prescribed organic acid or its alkali salt from saccharides, further the technology for producing organic acid or its alkali salt from the biomass resource other than saccharide. <P>SOLUTION: Saccharide and alkali metal hydroxide are allowed to react with each other at 150°C to 450°C under the anoxic atmosphere to simultaneously produce organic acid or its alkali metal salt and hydrogen. The molar ratio of saccharide to the alkali metal hydroxide is set to 1 mole of the carbon included in the saccharide to 0.5 to 10 moles. Formic acid, acetic acid, glycolic acid, lactic acid, dicarboxylic acid or their alkali metal salts can be selectively produced by controlling the heating temperature and the like. In addition, organic acid or its alkali metal salts also can be obtained when ligrin is used instead of saccharide. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、バイオマス資源を原料に用いて有機酸又はそのアルカリ塩を製造する方法及び装置に関し、詳しくは、有機酸又はそのアルカリ塩と水素とを同時に製造する方法及び装置や、有機酸又はそのアルカリ塩の中でもギ酸、酢酸、グリコール酸、乳酸、ジカルボン酸又はそれらのアルカリ塩等を選択的に製造する方法に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for producing an organic acid or an alkali salt thereof using biomass resources as a raw material, and more specifically, a method and apparatus for simultaneously producing an organic acid or an alkali salt thereof and hydrogen, an organic acid or an acid thereof The present invention relates to a method for selectively producing formic acid, acetic acid, glycolic acid, lactic acid, dicarboxylic acid or alkali salts thereof among alkali salts.

燃料電池、特に最近注目されている固体高分子型燃料電池(PEFC)には、燃料電池の電極被毒を防止する観点から、一酸化炭素を含まない水素を供給する必要がある。従来の水素製造プロセスでは、天然ガス、石油、石炭等の化石燃料を水蒸気改質反応によって水素を生成している。この際、化石燃料に含まれる炭素の大部分は炭酸ガスにして大気中に放出している。しかし、京都議定書の締約国として、温室効果ガスである炭酸ガスの排出抑制は焦眉の急である。   From the viewpoint of preventing electrode poisoning of a fuel cell, it is necessary to supply hydrogen that does not contain carbon monoxide to a fuel cell, particularly a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) that has recently attracted attention. In a conventional hydrogen production process, hydrogen is generated from a fossil fuel such as natural gas, petroleum, or coal by a steam reforming reaction. At this time, most of the carbon contained in the fossil fuel is discharged into the atmosphere as carbon dioxide. However, as a party to the Kyoto Protocol, suppression of emissions of carbon dioxide, a greenhouse gas, is urgent.

また、上記の水素製造プロセスでは、電極毒物質であるCOの残留(1〜3%)を避けることができない。それゆえ、プレッシャースイング吸着法(PSA法)等を用いた大型で高コストの設備によって、水素の深度精製(CO<20ppm)を余儀なくされている。また、水蒸気改質反応は、約800℃と非常に高い温度まで加熱する必要がある。   In addition, in the above hydrogen production process, it is impossible to avoid the residual (1 to 3%) of the electrode poisonous substance CO. Therefore, hydrogen depth purification (CO <20 ppm) is unavoidable by a large and high-cost facility using a pressure swing adsorption method (PSA method) or the like. In addition, the steam reforming reaction needs to be heated to a very high temperature of about 800 ° C.

特開平10−251001号公報には、水酸化ナトリウムを反応媒体とし、水と炭素との熱化学分解反応によって水素を製造する方法が記載されている。この方法は、水酸化ナトリウムに対して炭素を大過剰に供給することで、水酸化ナトリウムを触媒的に作用させることができるとする利点があるものの、副生物としてCOやCO2が生成するという問題点がある。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-25001 describes a method for producing hydrogen by thermochemical decomposition of water and carbon using sodium hydroxide as a reaction medium. Although this method has an advantage that sodium hydroxide can be made to act catalytically by supplying a large excess of carbon to sodium hydroxide, CO and CO 2 are produced as by-products. There is a problem.

一方、バイオマス資源は、有限な資源でありかつ大気中に多量のCO2を排出する化石燃料とは異なり、再生産が可能でありかつカーボンニュートラルである。そのため、バイオマス資源の有効利用について現在多くの研究がなされている。しかしながら、廃木材や新聞紙などの木質バイオマスや食品残渣などの糖質系バイオマスの多くは有効利用されずに廃棄処理されている状況にある。 Biomass resources, on the other hand, are finite resources and are reproducible and carbon neutral, unlike fossil fuels that emit large amounts of CO 2 into the atmosphere. Therefore, many studies are currently being conducted on the effective use of biomass resources. However, most of the woody biomass such as waste wood and newspapers and saccharide biomass such as food residues are disposed of without being effectively used.

バイオマス資源の有効利用法として、例えば、米国特許第2750414号明細書には、低濃度の水酸化ナトリウム又は炭酸ナトリウム水溶液に木材を加えて加熱することで、有機酸を得る方法が記載されている。しかしながら、この方法では、副生物としてCOやCO2が生成するという問題点がある。
特開平10−251001号公報 米国特許第2750414号明細書
As an effective utilization method of biomass resources, for example, US Pat. No. 2,750,414 describes a method of obtaining an organic acid by adding wood to a low concentration sodium hydroxide or sodium carbonate aqueous solution and heating it. . However, this method has a problem that CO and CO 2 are produced as by-products.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-25001 U.S. Pat. No. 2,750,414

本発明は、上記の問題点に鑑み、バイオマス資源に多く含まれる糖類を用いて、比較的温和な条件下で、COx(CO及びCO2)を生成せずに、有機酸又はそのアルカリ塩と水素とを同時に製造することができる方法及び装置を提供することを目的とする。また、本発明は、糖類を用いて所定の有機酸又はそのアルカリ塩を選択的に生成することができる有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法を提供することを目的とする。さらに、糖類を含まないバイオマス資源からも有機酸又はそのアルカリ塩を生成することができる有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention uses an organic acid or an alkali salt thereof without producing CO x (CO and CO 2 ) under relatively mild conditions using saccharides contained in a large amount of biomass resources. It is an object to provide a method and an apparatus capable of simultaneously producing hydrogen and hydrogen. Moreover, an object of this invention is to provide the manufacturing method of the organic acid or its alkali salt which can selectively produce | generate a predetermined organic acid or its alkali salt using saccharides. Furthermore, it aims at providing the manufacturing method of the organic acid or its alkali salt which can produce | generate an organic acid or its alkali salt also from biomass resources which do not contain saccharides.

上記の目的を達成するために、本発明は、150〜450℃の加熱条件下及び無酸素雰囲気下で、糖類とアルカリ金属の水酸化物を反応させて水素と有機酸又はそのアルカリ塩とを同時に生成する工程を含む有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法であって、前記糖類と前記アルカリ金属の水酸化物のモル比を、糖類に含まれる炭素1モルに対してアルカリ金属の水酸化物を0.5〜10モルとすることを特徴とするものである。例えば、糖類をセルロースとし、アルカリ金属の水酸化物をNaOHとした場合の反応を以下の式1に示す。   In order to achieve the above object, the present invention reacts a saccharide with an alkali metal hydroxide under a heating condition of 150 to 450 ° C. and in an oxygen-free atmosphere to produce hydrogen and an organic acid or an alkali salt thereof. A method for producing an organic acid or an alkali salt thereof comprising a step of simultaneously producing an alkali metal hydroxide, wherein the molar ratio of the saccharide to the alkali metal hydroxide is 1 mol of carbon contained in the saccharide. Is 0.5 to 10 mol. For example, the reaction when the saccharide is cellulose and the alkali metal hydroxide is NaOH is shown in the following formula 1.

Figure 2007091707
Figure 2007091707

式1に示すように、150〜450℃の温度域において、セルロースは、NaOH及び水との反応によって、グリコール酸、ギ酸、乳酸、酢酸などの低分子量の有機酸(又はこれらのナトリウム塩)に分解する。また、これら有機酸の一部は、上記温度域においてNaOH及び水と反応し、これによって水素を生成する。なお、有機酸に含まれる炭素原子は、NaOHと反応してNa2CO3を生成するため、COおよびCO2の生成は回避され、COxフリーでかつ水素を高純度で含む気体を得ることができる。なお、得られる気体中にはメタンを僅かに含むことがある。 As shown in Formula 1, in a temperature range of 150 to 450 ° C., cellulose is converted into a low molecular weight organic acid (or a sodium salt thereof) such as glycolic acid, formic acid, lactic acid, and acetic acid by reaction with NaOH and water. Decompose. Some of these organic acids react with NaOH and water in the above temperature range, thereby generating hydrogen. In addition, since the carbon atom contained in the organic acid reacts with NaOH to produce Na 2 CO 3 , the production of CO and CO 2 is avoided, and a gas free of CO x and containing hydrogen with high purity is obtained. Can do. In addition, the gas obtained may contain methane slightly.

また、本発明は、別の態様として、有機酸又はそのアルカリ塩を製造する装置であって、糖類とアルカリ金属の水酸化物との反応により水素と有機酸又はそのアルカリ塩とを同時に生成する無酸素雰囲気下の反応室と、前記反応室の温度を150〜450℃にする加熱手段と、糖類に含まれる炭素1モルに対してアルカリ金属の水酸化物が0.5〜10モルとなるように、前記糖類と前記アルカリ金属の水酸化物を前記反応室に連続的に供給する定量供給手段と、前記反応室内で生成した水素を排出する配管と、前記反応室から有機酸又はそのアルカリ塩を含有する固体状の残留物を連続的に取り出す排出手段とを含むことを特徴とするものである。   Moreover, this invention is an apparatus which manufactures an organic acid or its alkali salt as another aspect, Comprising: Hydrogen and an organic acid or its alkali salt are produced | generated simultaneously by reaction with saccharide | sugar and an alkali metal hydroxide. The reaction chamber under an oxygen-free atmosphere, the heating means for setting the temperature of the reaction chamber to 150 to 450 ° C., and the alkali metal hydroxide amount to 0.5 to 10 mol with respect to 1 mol of carbon contained in the saccharide. As described above, the quantitative supply means for continuously supplying the saccharide and the alkali metal hydroxide to the reaction chamber, the piping for discharging the hydrogen generated in the reaction chamber, and the organic acid or its alkali from the reaction chamber And a discharging means for continuously taking out the solid residue containing the salt.

このように、無酸素雰囲気に維持された反応室に、糖類とアルカリ金属の水酸化物を一定の比率で連続的に供給することで、水素を連続的に生成することができる。また、反応により生成した固体状の残留物中には有機酸のアルカリ塩が含有している。したがって、連続的に一定量の水素及び有機酸のアルカリ塩を得ることができる。また、例えば、有機酸のアルカリ塩は溶解するが、副生物であるNa2CO3等の炭酸塩は溶解しない溶媒を用いることで、残留物中から有機酸を分離することができる。したがって、連続的に一定量の水素及び有機酸を得ることができる。 Thus, hydrogen can be continuously generated by continuously supplying sugars and alkali metal hydroxide at a constant ratio to the reaction chamber maintained in an oxygen-free atmosphere. The solid residue produced by the reaction contains an alkali salt of an organic acid. Therefore, a certain amount of hydrogen and an alkali salt of an organic acid can be obtained continuously. Further, for example, the organic acid can be separated from the residue by using a solvent that dissolves the alkali salt of the organic acid but does not dissolve the by-product carbonate such as Na 2 CO 3 . Therefore, a constant amount of hydrogen and organic acid can be obtained continuously.

さらに、本発明は、別の態様として、以下の有機酸又はそのアルカリ塩を選択的に生成する有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法である。有機酸又はそのアルカリ塩としてギ酸又はそのアルカリ塩を選択的に生成する有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法は、0〜100℃の加熱条件下で、セロビオースとアルカリ金属の水酸化物又は炭酸塩を反応させることを特徴とする。有機酸又はそのアルカリ塩として酢酸又はそのアルカリ塩を選択的に生成する有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法は、250〜450℃の加熱条件下で、糖類とアルカリ金属の水酸化物を反応させることを特徴とする。有機酸又はそのアルカリ塩としてグリコール酸又はそのアルカリ塩を選択的に生成する有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法は、220〜300℃の加熱条件下で、多糖類とアルカリ金属の水酸化物を反応させることを特徴とする。有機酸又はそのアルカリ塩として乳酸又はそのアルカリ塩を選択的に生成する有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法は、100〜250℃の加熱条件下で、単糖類とアルカリ金属の水酸化物又は炭酸塩を反応させることを特徴とする。有機酸又はそのアルカリ塩としてジカルボン酸又はそのアルカリ塩を選択的に生成する有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法は、140〜380℃の加熱条件下で、糖類とアルカリ金属の水酸化物を反応させることを特徴とする。   Furthermore, this invention is a manufacturing method of the organic acid or its alkali salt which selectively produces | generates the following organic acids or its alkali salt as another aspect. A method for producing an organic acid or an alkali salt thereof, which selectively produces formic acid or an alkali salt thereof as an organic acid or an alkali salt thereof, under the heating conditions of 0 to 100 ° C., hydroxide or carbonate of cellobiose and alkali metal It is characterized by reacting. A method for producing an organic acid or an alkali salt thereof, which selectively produces acetic acid or an alkali salt thereof as the organic acid or an alkali salt thereof, reacts a saccharide with an alkali metal hydroxide under a heating condition of 250 to 450 ° C. It is characterized by that. A method for producing an organic acid or an alkali salt thereof, which selectively produces glycolic acid or an alkali salt thereof as an organic acid or an alkali salt thereof, comprises a polysaccharide and an alkali metal hydroxide under heating conditions of 220 to 300 ° C. It is made to react. A method for producing an organic acid or an alkali salt thereof that selectively produces lactic acid or an alkali salt thereof as an organic acid or an alkali salt thereof is a monosaccharide and an alkali metal hydroxide or carbonate under heating conditions of 100 to 250 ° C. It is characterized by reacting a salt. A method for producing an organic acid or an alkali salt thereof, which selectively produces a dicarboxylic acid or an alkali salt thereof as an organic acid or an alkali salt thereof, reacts a saccharide with an alkali metal hydroxide under heating conditions of 140 to 380 ° C. It is characterized by making it.

このように、加熱温度を所定の範囲に制御するとともに、原料となる糖類およびアルカリを所定の組み合わせとすることで、有機酸又はそのアルカリ塩としてギ酸、酢酸、グリコール酸、乳酸、ジカルボン酸又はそれらのアルカリ塩を選択的に得ることができる。   In this way, the heating temperature is controlled within a predetermined range, and the saccharide and alkali as raw materials are combined in a predetermined combination, so that formic acid, acetic acid, glycolic acid, lactic acid, dicarboxylic acid or those as organic acids or alkali salts thereof are used. The alkali salt can be selectively obtained.

さらにまた、本発明は、別の態様として、140〜360℃の加熱条件下で、リグニンとアルカリ金属の水酸化物を反応させて有機酸又はそのアルカリ塩を生成する有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法である。   Furthermore, the present invention provides, as another aspect, an organic acid or an alkali salt thereof which generates an organic acid or an alkali salt thereof by reacting lignin with an alkali metal hydroxide under a heating condition of 140 to 360 ° C. It is a manufacturing method.

このように、糖類に含まれないリグニン等のバイオマス資源からも有機酸又はそのアルカリ塩を生成することができる。特に、リグニンからは付加価値の高いグリセリン酸又はそのアルカリ塩を生成することができる。   Thus, an organic acid or an alkali salt thereof can also be generated from biomass resources such as lignin not contained in saccharides. In particular, glyceric acid or an alkali salt thereof with high added value can be produced from lignin.

上記の通り、本発明によれば、バイオマス資源に多く含まれる糖類を用いて、比較的温和な条件下で、COxを生成せずに、有機酸又はそのアルカリ塩と水素とを同時に製造する方法及び装置を提供することができる。また、本発明によれば、糖類を用いて所定の有機酸又はそのアルカリ塩を選択的に生成する有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法を提供することができる。さらに、本発明によれば、糖類を含まないバイオマス資源からも有機酸又はそのアルカリ塩を生成する有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, an organic acid or an alkali salt thereof and hydrogen are simultaneously produced under relatively mild conditions, using saccharides contained in a large amount of biomass resources, without producing CO x. Methods and apparatus can be provided. Moreover, according to this invention, the manufacturing method of the organic acid or its alkali salt which produces | generates a predetermined | prescribed organic acid or its alkali salt selectively using saccharides can be provided. Furthermore, according to this invention, the manufacturing method of the organic acid or its alkali salt which produces | generates an organic acid or its alkali salt also from biomass resources which do not contain saccharides can be provided.

以下、本発明の実施の形態について説明する。先ず、本発明に係る有機酸又はそのアルカリ塩と水素とを同時に製造する方法の実施の形態について説明する。本実施の形態では、先ず、所定の加熱条件下及び無酸素雰囲気下で、糖類とアルカリ金属の水酸化物を反応させることで、COXフリーの水素を得る。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. First, an embodiment of a method for simultaneously producing an organic acid or an alkali salt thereof and hydrogen according to the present invention will be described. In the present embodiment, first, CO X- free hydrogen is obtained by reacting a saccharide with an alkali metal hydroxide under predetermined heating conditions and in an oxygen-free atmosphere.

糖類としては、例えば、単糖類、二糖類、オリゴ糖類、多糖類等を使用することができる。単糖類としてはグルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース等を使用でき、二糖類としてはスクロース、マルトース、ラクトース、セロビオース等を使用でき、三糖類としてはマルトトリオース等を使用でき、多糖類としてはデンプン、セルロース、グリコーゲン等を使用できる。   Examples of saccharides that can be used include monosaccharides, disaccharides, oligosaccharides, and polysaccharides. Glucose, fructose, galactose, mannose etc. can be used as monosaccharides, sucrose, maltose, lactose, cellobiose etc. can be used as disaccharides, maltotriose etc. can be used as trisaccharides, starch as polysaccharides, Cellulose, glycogen and the like can be used.

また、糖類としてバイオマス資源を用いることが好ましい。バイオマス資源としては、例えば、サトウキビ、テンサイ等のスクロース系バイオマスや、米、麦、トウモロコシ、イモ等のデンプン系バイオマスや、小径木、間伐材、おが屑、木屑、古紙、もみ殻、稲わら、バガス、天然繊維、新聞紙、包装紙、ティッシュペーパー、トイレットペーパー、ダンボール等のセルロース系の木質バイオマス等を使用することが好ましい。本発明は、バイオマス資源から直接的に有機酸及び水素を生成することができるので、従来、有効利用されずに廃棄処理されていた廃木材や新聞紙などの木質バイオマスや食品残渣などの糖質系バイオマスといったバイオ資源からも効率的に有機酸及び水素を生成することができる。   Moreover, it is preferable to use biomass resources as saccharides. Examples of biomass resources include sucrose biomass such as sugar cane and sugar beet, starch biomass such as rice, wheat, corn, and potato, small diameter trees, thinned wood, sawdust, wood waste, waste paper, rice husk, rice straw, bagasse It is preferable to use cellulosic woody biomass such as natural fiber, newspaper, wrapping paper, tissue paper, toilet paper, and cardboard. Since the present invention can produce organic acids and hydrogen directly from biomass resources, conventionally, woody biomass such as waste wood and newspapers that have been disposed of without being effectively used, and carbohydrates such as food residues Organic acids and hydrogen can be efficiently generated from bioresources such as biomass.

アルカリ金属の水酸化物としては、水酸化ナトリウム(NaOH)、水酸化リチウム(LiOH)、水酸化カリウム(KOH)、水酸化ルビジウム(RbOH)等を使用し、このうち特にNaOHが好ましい。NaOHを使用すると、本発明の反応によって、ガラス等の原料として利用され、NaOHより工業的価値の高い炭酸ナトリウム(Na2CO3)が生成するので、反応副生物も有効利用することができる。 As the alkali metal hydroxide, sodium hydroxide (NaOH), lithium hydroxide (LiOH), potassium hydroxide (KOH), rubidium hydroxide (RbOH) or the like is used, and among these, NaOH is particularly preferable. When NaOH is used, it is used as a raw material for glass or the like by the reaction of the present invention, and sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) having a higher industrial value than NaOH is generated. Therefore, reaction by-products can also be effectively used.

アルカリ金属の水酸化物の添加量としては、糖類に含まれる炭素(C)1モルに対して、0.5モル以上添加する必要がある。添加量が0.5モル未満では、糖類の熱分解によりCOおよびCO2が生成してしまう。一方、添加量を0.5モル以上にすることで、糖類中の炭素(C)はアルカリ金属の炭酸塩を生成するため、COXの生成を防止することができる。また、水素及び有機酸の生成速度も向上させることができる。なお、アルカリ金属の水酸化物は炭素に対して多めに存在することが好ましいが、10モルを超えて過剰に添加してもその効果は飽和状態となるので、添加量の上限は10モルとすることが好ましい。より好ましい添加量の範囲は2〜5モルである。 As the addition amount of the alkali metal hydroxide, it is necessary to add 0.5 mol or more with respect to 1 mol of carbon (C) contained in the saccharide. When the addition amount is less than 0.5 mol, CO and CO 2 are generated by thermal decomposition of the saccharide. On the other hand, when the addition amount is 0.5 mol or more, carbon (C) in the saccharide forms an alkali metal carbonate, and thus it is possible to prevent the formation of CO x . Moreover, the production | generation rate of hydrogen and an organic acid can also be improved. In addition, it is preferable that the alkali metal hydroxide is present in a large amount with respect to carbon, but even if it is added in excess of 10 mol, the effect is saturated, so the upper limit of the addition amount is 10 mol. It is preferable to do. A more preferable range of the addition amount is 2 to 5 mol.

この糖類とアルカリ金属の水酸化物との反応には、水蒸気を導入することができる。水蒸気の導入量としては、糖類に含まれる炭素(C)1モルに対して、0.5〜10モルの範囲で導入することが好ましい。導入量を0.5モル以上にすることで、アルカリ金属酸化物の生成を抑制してアルカリ金属炭酸塩の生成を促進することができる。一方、導入量を10モル以下にすることで、反応室に供給する熱量を抑制することができる。より好ましい導入量の範囲は1〜4モルの範囲である。   Water vapor can be introduced into the reaction between the saccharide and the alkali metal hydroxide. The amount of water vapor introduced is preferably in the range of 0.5 to 10 mol with respect to 1 mol of carbon (C) contained in the saccharide. By making the introduction amount 0.5 mol or more, it is possible to suppress the production of alkali metal oxides and promote the production of alkali metal carbonates. On the other hand, the amount of heat supplied to the reaction chamber can be suppressed by setting the introduction amount to 10 mol or less. A more preferable range of the introduction amount is in the range of 1 to 4 mol.

加熱条件としては、使用する原料により異なるが、原料を少なくとも150℃以上に加熱する必要がある。加熱温度が150℃未満では、糖類を分解して水素を生成することができない。一方、加熱温度の上限は450℃に抑える必要がある。加熱温度が450℃を超えると、生成した有機酸のほとんどが分解して水素又はメタンと炭酸塩になってしまい、有機酸を得ることができない。より好ましい上限は350℃である。例えば、有機酸をグリコール酸(C243)、ギ酸(HCOOH)、乳酸(C363)、酢酸(C242)とし、アルカリ金属の水酸化物をNaOHとした場合、以下の式2〜5のように表すことができる。 The heating condition varies depending on the raw material used, but it is necessary to heat the raw material to at least 150 ° C. or higher. When the heating temperature is less than 150 ° C., hydrogen cannot be generated by decomposing saccharides. On the other hand, the upper limit of the heating temperature must be suppressed to 450 ° C. When heating temperature exceeds 450 degreeC, most of the produced | generated organic acids will decompose | disassemble into hydrogen or methane and carbonate, and an organic acid cannot be obtained. A more preferred upper limit is 350 ° C. For example, the organic acid is glycolic acid (C 2 H 4 O 3 ), formic acid (HCOOH), lactic acid (C 3 H 6 O 3 ), acetic acid (C 2 H 4 O 2 ), and the alkali metal hydroxide is NaOH. In this case, the following expressions 2 to 5 can be expressed.

243+4NaOH→3H2+2Na2CO3+H2O・・・(式2)
HCOOH+2NaOH→H2+Na2CO3+H2O・・・(式3)
363+6NaOH→6H2+3Na2CO3・・・(式4)
242+2NaOH→CH4+Na2CO3+H2O・・・(式5)
C 2 H 4 O 3 + 4NaOH → 3H 2 + 2Na 2 CO 3 + H 2 O (Formula 2)
HCOOH + 2NaOH → H 2 + Na 2 CO 3 + H 2 O (Formula 3)
C 3 H 6 O 3 + 6NaOH → 6H 2 + 3Na 2 CO 3 (Formula 4)
C 2 H 4 O 2 + 2NaOH → CH 4 + Na 2 CO 3 + H 2 O (Formula 5)

すなわち、所定の加熱温度を超えると、一旦生成した有機酸は消失してしまうので、全体の化学式は、例えば、糖類をセルロース(単位構造であるC6105で表す)とし、アルカリ金属の水酸化物をNaOHとした場合、以下の式6のようになる。 That is, once the predetermined heating temperature is exceeded, the once generated organic acid disappears, so the overall chemical formula is, for example, saccharide as cellulose (represented by C 6 H 10 O 5 which is a unit structure), and alkali metal. When the hydroxide is NaOH, the following formula 6 is obtained.

6105+12NaOH+H2O→12H2+6Na2CO3・・・(式6) C 6 H 10 O 5 + 12NaOH + H 2 O → 12H 2 + 6Na 2 CO 3 (Formula 6)

なお、糖類とアルカリ金属の水酸化物とを所定の温度に加熱した後、その温度を一定時間にわたり維持して有機酸を生成してもよいが、所定の温度に加熱した後、急冷することでも上記の反応により十分な量の有機酸が生成する。前者の場合は、バッチ式で有機酸を製造することができる。この場合の加熱温度は、例えばセルロースでは150〜350℃が好ましい。後者の場合は、連続的に有機酸を製造することができる。この場合の加熱温度は、例えばセルロースでは200〜450℃が好ましい。   In addition, after heating saccharides and an alkali metal hydroxide to a predetermined temperature, the temperature may be maintained for a certain period of time to generate an organic acid. However, after heating to a predetermined temperature, rapid cooling is performed. However, the above reaction produces a sufficient amount of organic acid. In the former case, the organic acid can be produced in a batch manner. The heating temperature in this case is preferably 150 to 350 ° C. for cellulose. In the latter case, the organic acid can be continuously produced. The heating temperature in this case is preferably 200 to 450 ° C. for cellulose, for example.

また、本反応は、糖類の燃焼を防ぐため、無酸素雰囲気下で行い、例えば水蒸気、不活性ガス又は水蒸気と不活性ガスの混合ガス雰囲気下で行うことが好ましい。不活性ガスとしては、アルゴン(Ar)などの0族元素のガスや窒素ガスを用いることが好ましい。混合ガス中における水蒸気の含有量は、1〜100体積%が好ましく、50〜100体積%がより好ましい。また、不活性ガスを流通させることで、生成した水素を反応系外に除去することができる。   In addition, this reaction is preferably performed in an oxygen-free atmosphere, for example, in a steam, inert gas, or a mixed gas atmosphere of steam and inert gas in order to prevent saccharides from burning. As the inert gas, a group 0 element gas such as argon (Ar) or nitrogen gas is preferably used. 1-100 volume% is preferable and, as for content of the water vapor | steam in mixed gas, 50-100 volume% is more preferable. Moreover, the produced | generated hydrogen can be removed out of a reaction system by distribute | circulating an inert gas.

糖類とアルカリ金属の水酸化物は、反応が起こるように混合されていれば特に限定されないが、糖類は反応が促進するように様々な形状にすることが好ましい。例えば、粉状、粒状、ペレット状、フレーク状、チップ状、小片状、多孔質状にすることが好ましい。また、糖類の種類によっては、液状、スラリー状にしてもよい。また、アルカリ金属の水酸化物は、濃度10〜99重量%の水溶液として糖類に担持させることが好ましい。   The saccharide and alkali metal hydroxide are not particularly limited as long as they are mixed so that the reaction occurs, but the saccharide is preferably formed in various shapes so as to promote the reaction. For example, it is preferable to use powder, granule, pellet, flake, chip, piece, or porous. Further, depending on the type of saccharide, it may be liquid or slurry. The alkali metal hydroxide is preferably supported on the saccharide as an aqueous solution having a concentration of 10 to 99% by weight.

本実施の形態では、次に、上記反応により生成した固体状の残留物から有機酸を分離する。本反応により生成する有機酸は、上記のグリコール酸、ギ酸、乳酸、酢酸の他、D−グルクロン酸、グルコン酸、グリセリン酸、レブリン酸、プロピオン酸等のモノカルボン酸や、シュウ酸、マレイン酸、酒石酸、リンゴ酸、コハク酸、グルタル酸等のジカルボン酸といった低分子量の有機酸であって、ナトリウム塩等の有機酸のアルカリ塩として残留物中に存在する。また、残留物中には、これら有機酸塩の他、未反応の糖類、原料に不純物として含まれるシリカやアルカリ土類金属炭酸塩、副生物であるNaCO3やNa2O等のアルカリ金属の炭酸塩や酸化物が存在する。よって、これら副生物から有機酸を分離する必要がある。 In the present embodiment, the organic acid is then separated from the solid residue produced by the above reaction. Organic acids produced by this reaction include the above-mentioned glycolic acid, formic acid, lactic acid, acetic acid, monocarboxylic acids such as D-glucuronic acid, gluconic acid, glyceric acid, levulinic acid, propionic acid, oxalic acid, maleic acid It is a low molecular weight organic acid such as dicarboxylic acid such as tartaric acid, malic acid, succinic acid and glutaric acid, and is present in the residue as an alkali salt of organic acid such as sodium salt. In addition to these organic acid salts, the residue contains unreacted saccharides, silica and alkaline earth metal carbonates contained as impurities in the raw materials, and alkali metals such as NaCO 3 and Na 2 O as by-products. There are carbonates and oxides. Therefore, it is necessary to separate the organic acid from these by-products.

残留物中から有機酸を分離する方法としては、例えば、残留物をエタノールや、アセトン、エーテル等の有機溶媒に浸漬して、有機酸のアルカリ塩を有機溶媒に溶解させることで、このような溶媒に不溶な副生物と分離することができる。その後、濾過等の固液分離を行うことによって、副生物を含有する固形物を除去して、有機酸を含む液体を得ることができる。なお、各有機酸をそれぞれ分離する場合は、有機酸の種類によって異なるが、例えば、塩酸、硫酸等の酸水溶液と有機溶媒で抽出分離することができる。   As a method for separating the organic acid from the residue, for example, the residue is immersed in an organic solvent such as ethanol, acetone or ether, and the alkali salt of the organic acid is dissolved in the organic solvent. It can be separated from by-products that are insoluble in the solvent. Thereafter, by performing solid-liquid separation such as filtration, solids containing by-products can be removed to obtain a liquid containing an organic acid. In addition, when separating each organic acid, although it changes with kinds of organic acid, it can extract-separate with acid aqueous solutions, such as hydrochloric acid and a sulfuric acid, and an organic solvent, for example.

次に、本発明に係る有機酸と水素を同時に製造する装置の実施の形態について説明する。本実施の形態に係る装置は、糖類とアルカリ金属の水酸化物との反応により水素と有機酸又はそのアルカリ塩とを同時に生成する反応室と、この反応室の温度を150〜450℃にする加熱手段と、糖類に含まれる炭素1モルに対してアルカリ金属の水酸化物が0.5〜10モルとなるように、糖類とアルカリ金属の水酸化物を反応室に連続的に供給する定量供給手段と、反応室を無酸素雰囲気に維持するために反応室に水蒸気、不活性ガス、又はこれらの混合ガスを供給する配管と、反応室内で生成した水素を排出する配管と、反応室から固体状の残留物を取り出す排出手段と、前記残留物中から有機酸を分離する分離手段とを備えている。   Next, an embodiment of an apparatus for simultaneously producing an organic acid and hydrogen according to the present invention will be described. The apparatus according to the present embodiment includes a reaction chamber that simultaneously generates hydrogen and an organic acid or an alkali salt thereof by a reaction between a saccharide and an alkali metal hydroxide, and the temperature of the reaction chamber is set to 150 to 450 ° C. Quantification of continuously supplying saccharide and alkali metal hydroxide to the reaction chamber so that the alkali metal hydroxide is 0.5 to 10 mol per 1 mol of carbon contained in the saccharide with heating means. Supply means, piping for supplying water vapor, inert gas, or a mixed gas thereof to the reaction chamber to maintain the reaction chamber in an oxygen-free atmosphere, piping for discharging hydrogen generated in the reaction chamber, and from the reaction chamber Discharge means for taking out the solid residue and separation means for separating the organic acid from the residue are provided.

本反応を行うための反応室は、いわゆる流動床方式であって、例えば、円筒形状の回転型反応炉(ロータリーキルン)や、単軸又は2軸スクリュー式押出機を用いることができる。反応室は、ステンレススチールやアルミニウム等の金属、アルミナやジルコニア等のセラミックスまたはフェノール樹脂やポリフェニレンサルファイド等の耐熱性プラスチック等の耐熱性、耐アルカリ性に優れた素材で作られていることが好ましい。なお、金属触媒の存在は有機酸を水素に分解してしまうので、有機酸の生成量を確保したい場合は、反応室には金属触媒を添加しないことが好ましい。   The reaction chamber for carrying out this reaction is a so-called fluidized bed system, and for example, a cylindrical rotary reactor (rotary kiln) or a single-screw or twin-screw extruder can be used. The reaction chamber is preferably made of a material excellent in heat resistance and alkali resistance, such as metals such as stainless steel and aluminum, ceramics such as alumina and zirconia, or heat resistant plastics such as phenol resin and polyphenylene sulfide. Since the presence of the metal catalyst decomposes the organic acid into hydrogen, it is preferable not to add the metal catalyst to the reaction chamber when it is desired to ensure the production amount of the organic acid.

加熱手段としては、抵抗加熱によるヒータや、正特性サーミスタ(PTCヒータ)、化学反応の酸化熱を利用する加熱器、触媒燃焼による加熱器、誘導加熱による加熱器、熱風を反応室外周に供給して原料を間接加熱する外熱式加熱手段などを用いることができる。   As a heating means, a heater by resistance heating, a positive temperature coefficient thermistor (PTC heater), a heater using oxidation heat of chemical reaction, a heater by catalytic combustion, a heater by induction heating, hot air is supplied to the outer periphery of the reaction chamber. Thus, an external heating type heating means for indirectly heating the raw material can be used.

定量供給手段としては、糖類と、アルカリ金属の水酸化物またはその水溶液とをそれぞれ計量して、所定のモル比となるように供給速度を調節して反応室に供給することができるものであれば、特に限定されるものではない。これらは混合してから反応室に供給してもよいし、別々に供給してもよい。   As the quantitative supply means, saccharides and alkali metal hydroxides or aqueous solutions thereof can be weighed and supplied to the reaction chamber by adjusting the supply rate so as to obtain a predetermined molar ratio. There is no particular limitation. These may be mixed and then supplied to the reaction chamber, or may be supplied separately.

反応室内に水蒸気や不活性ガスを供給する配管は、水蒸気と不活性ガスの混合ガスを反応室内に供給するように構成してもよいし、別々に供給するように構成してもよい。水蒸気を得るために、反応室の外に気化器などを設けることもできる。水素を排出する配管は、燃料電池などの水素を利用する装置に供給できるように構成してもよい。また、水素を排出する配管からは、反応室内に導入した不活性ガス及び未反応の水蒸気が、水素とともに排出される。   The pipe for supplying water vapor or inert gas into the reaction chamber may be configured to supply a mixed gas of water vapor and inert gas into the reaction chamber, or may be configured to supply them separately. In order to obtain water vapor, a vaporizer or the like can be provided outside the reaction chamber. You may comprise the piping which discharges | emits hydrogen so that it can supply to apparatuses using hydrogen, such as a fuel cell. In addition, the inert gas and unreacted water vapor introduced into the reaction chamber are discharged together with hydrogen from the piping for discharging hydrogen.

反応室から固体状の残留物を取り出す排出手段としては、例えば、反応室としてロータリーキルンを採用した場合、円筒軸を傾けることで、キルンの回転により、床面の高さが低い方のキルン端部の開口部から、残留物が自由落下して排出される。必要により、残留物を掻き出すためのスパイラルブレードなどを残留物の出口に設けてもよい。   For example, when a rotary kiln is used as the reaction chamber, the discharge means for taking out the solid residue from the reaction chamber can be inclined by tilting the cylindrical shaft, thereby rotating the kiln to the end of the kiln having the lower floor surface. From the opening, the residue falls freely and is discharged. If necessary, a spiral blade or the like for scraping out the residue may be provided at the outlet of the residue.

分離手段としては、例えば、残留物が供給される上記所定の有機溶媒が収容された容器と、有機酸が溶解した有機溶媒と固形物とを固液分離するフィルターとの組み合わせ等を用いることができる。排出手段と分離手段との間に、例えば、室温まで残留物を冷却することができる冷却手段を設けてもよい。例えば、室温または低温の不活性ガスを送風すること等によって、残留物を冷却することができる。   As the separation means, for example, a combination of a container containing the predetermined organic solvent supplied with the residue and a filter for solid-liquid separation of the organic solvent in which the organic acid is dissolved and the solid is used. it can. For example, a cooling unit that can cool the residue to room temperature may be provided between the discharging unit and the separating unit. For example, the residue can be cooled by blowing an inert gas at room temperature or low temperature.

さらに、本発明に係る有機酸又はそのアルカリ塩を選択的に製造する方法の実施の形態について説明する(以下、特に言及がない限り、有機酸又はそのアルカリ塩をまとめて単に「有機酸」という)。なお、この実施の形態は、所定の有機酸の選択率を高くすることを第1の目的とするものである。よって、この実施の形態には、有機酸と同時に水素が生成しない場合も含まれている。   Furthermore, an embodiment of a method for selectively producing an organic acid or an alkali salt thereof according to the present invention will be described (hereinafter, unless otherwise specified, the organic acid or the alkali salt is collectively referred to as “organic acid”). ). The first object of this embodiment is to increase the selectivity of a predetermined organic acid. Therefore, this embodiment includes a case where hydrogen is not generated simultaneously with the organic acid.

本実施の形態には、アルカリ金属の水酸化物に代えて、アルカリ金属の炭酸塩を用いて有機酸を生成することが含まれる。アルカリ金属の炭酸塩は2価のアルカリであるから、その添加量は、糖類に含まれる炭素(C)1モルに対して、0.25モル以上である。添加量の上限は5モルとすることが好ましく、より好ましい添加量の範囲は1〜2.5モルである。アルカリ金属の炭酸塩を使用することで、所定の有機酸の選択率が向上する場合も有る一方、水素およびメタンとともにCOおよびCO2が発生する場合がある。 The present embodiment includes generating an organic acid using an alkali metal carbonate instead of an alkali metal hydroxide. Since the alkali metal carbonate is a divalent alkali, the addition amount is 0.25 mol or more per 1 mol of carbon (C) contained in the saccharide. The upper limit of the addition amount is preferably 5 mol, and a more preferable range of the addition amount is 1 to 2.5 mol. By using an alkali metal carbonate, the selectivity of a predetermined organic acid may be improved, while CO and CO 2 may be generated together with hydrogen and methane.

有機酸としてギ酸を選択的に生成するためには、0〜100℃の加熱条件下で、セロビオースとアルカリ金属の水酸化物又は炭酸塩を反応させることが好ましい。ギ酸は、温度が高くなると上記の式3の反応で消失するので、この温度範囲で、特に室温付近で糖類を反応させることがより好ましい。なお、100℃以下の温度では水素は発生しない。また、糖類の中でもセロビオースを用いることで、生成する全ての有機酸の合計生成量のうちのギ酸の生成量の割合(以下、選択率という)が大幅に向上する。さらに、Na2CO3等のアルカリ金属の炭酸塩を使用することもできる。 In order to selectively produce formic acid as the organic acid, it is preferable to react cellobiose with an alkali metal hydroxide or carbonate under heating conditions of 0 to 100 ° C. Since formic acid disappears in the reaction of the above formula 3 when the temperature is increased, it is more preferable to react the saccharide in this temperature range, particularly in the vicinity of room temperature. Note that hydrogen is not generated at a temperature of 100 ° C. or lower. In addition, by using cellobiose among saccharides, the ratio of the amount of formic acid produced (hereinafter referred to as selectivity) in the total amount of all organic acids produced is greatly improved. Further, alkali metal carbonates such as Na 2 CO 3 can also be used.

有機酸として酢酸を選択的に生成するためには、250〜450℃の加熱条件下で、糖類とアルカリ金属の水酸化物を反応させることが好ましい。酢酸は、糖類から直接生成するとともに、生成した他の有機酸が250℃以上の温度で分解することによっても生成する。また、酢酸は、250〜450℃の範囲で非常に安定している。よって、この温度範囲では酢酸の選択率が顕著に高い。   In order to selectively produce acetic acid as an organic acid, it is preferable to react a saccharide with an alkali metal hydroxide under heating conditions of 250 to 450 ° C. Acetic acid is produced directly from saccharides, and is also produced by the decomposition of other produced organic acids at a temperature of 250 ° C. or higher. Acetic acid is very stable in the range of 250 to 450 ° C. Therefore, the selectivity of acetic acid is remarkably high in this temperature range.

有機酸としてグリコール酸を選択的に生成するためには、220〜300℃の加熱条件下で、多糖類とアルカリ金属の水酸化物を反応させることが好ましい。多糖類は、単糖類や二糖類、三糖類に比べて、グリコール酸の選択率が極めて高い。また、220〜300℃の温度範囲とすることで、グリコール酸の選択率が大幅に向上する。なお、グリコール酸は、水蒸気が存在すると水素に分解する傾向があるため、反応雰囲気には、水蒸気を加えない方が好ましい。   In order to selectively produce glycolic acid as the organic acid, it is preferable to react the polysaccharide and the alkali metal hydroxide under heating conditions of 220 to 300 ° C. Polysaccharides have a very high selectivity for glycolic acid compared to monosaccharides, disaccharides, and trisaccharides. Moreover, the selectivity of glycolic acid improves significantly by setting it as the temperature range of 220-300 degreeC. Since glycolic acid tends to decompose into hydrogen when water vapor is present, it is preferable not to add water vapor to the reaction atmosphere.

有機酸として乳酸を選択的に生成するためには、100〜250℃の加熱条件下で、単糖類とアルカリ金属の水酸化物又は炭酸塩を反応させることが好ましい。単糖類は、二糖類や三糖類、多糖類に比べて、乳酸の選択率が非常に高い。また、乳酸は、温度が250℃を超えると酢酸に分解してしまうことから、反応温度は250℃以下にする。   In order to selectively produce lactic acid as an organic acid, it is preferable to react a monosaccharide with an alkali metal hydroxide or carbonate under heating conditions of 100 to 250 ° C. Monosaccharides have a very high selectivity for lactic acid compared to disaccharides, trisaccharides and polysaccharides. In addition, since lactic acid is decomposed into acetic acid when the temperature exceeds 250 ° C., the reaction temperature is set to 250 ° C. or lower.

有機酸としてジカルボン酸を選択的に生成するためには、140〜380℃の加熱条件下で、糖類とアルカリ金属の水酸化物を反応させることが好ましい。ジカルボン酸としては、主にシュウ酸とコハク酸が生成し、微量ながらマレイン酸やグルタル酸も含まれる。また場合により、酒石酸やリンゴ酸が生成する。糖類としては、セルロースやデンプンが好ましく、特にセルロースを用いることでコハク酸の選択率を向上させることができる。また、水蒸気を導入することでも、コハク酸の選択率を向上させることができる。ジカルボン酸のうちシュウ酸は、300℃付近で分解する傾向があることから、300〜350℃の加熱条件にすることで、コハク酸の選択率を向上させることができる。   In order to selectively produce a dicarboxylic acid as an organic acid, it is preferable to react a saccharide with an alkali metal hydroxide under heating conditions of 140 to 380 ° C. As the dicarboxylic acid, mainly oxalic acid and succinic acid are produced, and maleic acid and glutaric acid are also contained in a small amount. In some cases, tartaric acid and malic acid are produced. As the saccharide, cellulose and starch are preferable, and the selectivity of succinic acid can be improved by using cellulose in particular. Moreover, the selectivity of succinic acid can also be improved by introducing water vapor. Of the dicarboxylic acids, oxalic acid has a tendency to decompose at around 300 ° C., so that the succinic acid selectivity can be improved by heating at 300 to 350 ° C.

なお、このような所定の有機酸を選択的に製造する装置としては、例えば、上述した有機酸と水素を同時に製造する装置において、加熱手段を、所定の有機酸が選択的に生成される上記所定の温度に加熱する加熱手段とし、定量供給手段を、所定の糖類とアルカリ金属の水酸化物または炭酸塩とを反応室に供給する定量供給手段とした構成のものでよい。   In addition, as an apparatus for selectively producing such a predetermined organic acid, for example, in the apparatus for simultaneously manufacturing the organic acid and hydrogen described above, the heating means is used to selectively generate the predetermined organic acid. The heating means for heating to a predetermined temperature may be used, and the quantitative supply means may be configured as a quantitative supply means for supplying a predetermined saccharide and an alkali metal hydroxide or carbonate to the reaction chamber.

さらにまた、本発明に係る糖類を含まないバイオマス資源から有機酸を製造する方法の実施の形態について説明する。なお、この実施の形態では、有機酸と同時に水素が生成しない場合も含まれている。   Furthermore, an embodiment of a method for producing an organic acid from a biomass resource not containing a saccharide according to the present invention will be described. In this embodiment, the case where hydrogen is not generated simultaneously with the organic acid is included.

本実施の形態では、糖類以外のバイオマス資源を用いて有機酸を生成する。このようなバイオマス資源として、リグニンを使用する。リグニンは、セルロースとヘミセルロースとともに木質バイオマスの主要な構成要素である。しかし、木質バイオマスのうち利用されるのは主にセルロースであり、リグニンは廃棄処理されている。本発明によれば、リグニンを用いて有機酸を生成することができるので、リグニンを有効利用することができる。   In the present embodiment, an organic acid is generated using biomass resources other than sugars. Lignin is used as such a biomass resource. Lignin is a major component of woody biomass along with cellulose and hemicellulose. However, among the woody biomass, cellulose is mainly used, and lignin is discarded. According to the present invention, since an organic acid can be generated using lignin, lignin can be used effectively.

リグニンから有機酸を生成するためには、140〜360℃の加熱条件下で、リグニンとアルカリ金属の水酸化物を反応させることが好ましい。有機酸としては、付加価値の高いグリセリン酸が高い選択率で生成する他、酢酸やコハク酸が生成する。より好ましい温度範囲は、200〜300℃である。   In order to produce an organic acid from lignin, it is preferable to react lignin and an alkali metal hydroxide under heating conditions of 140 to 360 ° C. As the organic acid, glyceric acid having a high added value is produced with high selectivity, and acetic acid and succinic acid are produced. A more preferable temperature range is 200 to 300 ° C.

なお、このような糖類以外のバイオマス資源を用いて有機酸を製造する装置としては、例えば、上述した糖類を用いて有機酸を製造する装置において、加熱手段を、上記の所定の温度に加熱する加熱手段とし、定量供給手段を、リグニンに含まれる炭素1モルに対してアルカリ金属の水酸化物が0.5〜10モルとなるようにリグニンとアルカリ金属の水酸化物を反応室に供給する定量供給手段とした構成のものでよい。   In addition, as an apparatus which manufactures organic acid using biomass resources other than such saccharides, for example, in the apparatus which manufactures organic acids using saccharides mentioned above, a heating means is heated to said predetermined temperature. As the heating means, the quantitative supply means supplies the lignin and the alkali metal hydroxide to the reaction chamber so that the alkali metal hydroxide is 0.5 to 10 mol with respect to 1 mol of carbon contained in the lignin. The thing of the structure used as the fixed_quantity | feed_rate supply means may be sufficient.

(実施例1)
セルロース(Aldrich社製)0.45g(2.78mmol)をアルミナボートにのせ、それに50wt%のNaOH水溶液(和光純薬工業社製)を所定量(NaOH:33.3mmol)滴下し、スパチュラにて両者を混合した。そして、図1に示す常圧固定床流通式反応装置を用いて、上記の試料から有機酸及び水素を生成する実験を行った。
Example 1
Cellulose (Aldrich) 0.45 g (2.78 mmol) is placed on an alumina boat, and a 50 wt% NaOH aqueous solution (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) is added dropwise thereto in a predetermined amount (NaOH: 33.3 mmol). Both were mixed. And the experiment which produces | generates an organic acid and hydrogen from said sample using the normal pressure fixed bed flow-type reaction apparatus shown in FIG. 1 was conducted.

先ず、アルミナ反応管3中央部に上記のアルミナボート11に載せた試料10を入れ、Arパージ(50ml/min、101kPa)を30分間行った。その後、電気炉4により反応管3を加熱して、Ar(20ml/min、101kPa)雰囲気下、100℃で20分間乾燥を行った。そして、マイクロフィーダ1から気化器2を介して水蒸気を導入しながら、反応管3内の温度を100℃から250℃まで2℃/分で昇温し、250℃に到達した時点で昇温を中止して、その後室温まで冷却した。なお、水蒸気は、水蒸気供給速度を9.4ml/min、Ar流速を40ml/minとし、分圧をH2O=19.3kPa、Ar=81.7kPaで導入した。また、気化器2の温度は100℃とした。 First, the sample 10 placed on the alumina boat 11 was placed in the center of the alumina reaction tube 3, and Ar purge (50 ml / min, 101 kPa) was performed for 30 minutes. Thereafter, the reaction tube 3 was heated by the electric furnace 4 and dried at 100 ° C. for 20 minutes in an Ar (20 ml / min, 101 kPa) atmosphere. Then, the temperature in the reaction tube 3 is increased from 100 ° C. to 250 ° C. at 2 ° C./min while introducing water vapor from the microfeeder 1 through the vaporizer 2, and when the temperature reaches 250 ° C., the temperature is increased. Discontinued and then cooled to room temperature. The water vapor was introduced at a water vapor supply rate of 9.4 ml / min, an Ar flow rate of 40 ml / min, and partial pressures of H 2 O = 19.3 kPa and Ar = 81.7 kPa. The temperature of the vaporizer 2 was 100 ° C.

この間、アルミナ反応管3内で生成した気体は、氷により温度0℃に保持されたトラップ装置5を介して、サンプリング装置6に導入した。そして、気相生成物を分析するために、さらに気相の一部をガスクロマトグラフ7(GL Sciences社製、GC323、カラム:活性炭)に導入した。その結果、気相生成物として、水素を検出したが、メタン、COおよびCO2は検出されなかった。 During this time, the gas generated in the alumina reaction tube 3 was introduced into the sampling device 6 through the trap device 5 held at 0 ° C. with ice. And in order to analyze a gaseous phase product, a part of gaseous phase was further introduce | transduced into the gas chromatograph 7 (The product made by GL Sciences, GC323, column: activated carbon). As a result, hydrogen was detected as a gas phase product, but methane, CO and CO 2 were not detected.

また、反応により生成した分解生成物を定性および定量分析するため、アルミナ反応管3内のアルミナボート11上に残った残留物中から分解生成物を分離し、この分解生成物について、高速液体クロマトグラフ(HPLC)を用いて分析を行った。残留物中からの分解生成物の分離手順を図2に示す。   In addition, in order to qualitatively and quantitatively analyze the decomposition product generated by the reaction, the decomposition product is separated from the residue remaining on the alumina boat 11 in the alumina reaction tube 3, and the decomposition product is subjected to high performance liquid chromatography. Analysis was performed using a graph (HPLC). The procedure for separating the decomposition products from the residue is shown in FIG.

先ず、アルミナ反応管3からアルミナボート11を取り出し、図2(a)に示すように、アルミナボート11上に残った残留物中の可溶性成分をイオン交換水21(50ml)に溶解した。そして、図2(b)に示すように、外部標準物質としてフェノール水溶液22(10μmol)を添加した。このように調製した試料溶液23を5ml採取し、図2(c)に示すように、HCl水溶液24(5ml)を加えて、pH0.8程度に中和した。次に、この中和した試料溶液25を図2(d)に示すようにガラスフィルタ26でろ過した。そして、図2(e)に示すように、ろ過した試料溶液27を1.2ml採取し、これを15mlのイオン交換水28で希釈して、pH2程度とした。この希釈した溶液をHPLCで分析した。   First, the alumina boat 11 was taken out from the alumina reaction tube 3, and the soluble components in the residue remaining on the alumina boat 11 were dissolved in ion-exchanged water 21 (50 ml) as shown in FIG. Then, as shown in FIG. 2B, an aqueous phenol solution 22 (10 μmol) was added as an external standard substance. 5 ml of the sample solution 23 thus prepared was sampled and neutralized to about pH 0.8 by adding an aqueous HCl solution 24 (5 ml) as shown in FIG. Next, the neutralized sample solution 25 was filtered through a glass filter 26 as shown in FIG. And as shown in FIG.2 (e), 1.2 ml of filtered sample solutions 27 were extract | collected, and this was diluted with 15 ml of ion-exchange water 28, and it was set to about pH2. This diluted solution was analyzed by HPLC.

HPLCの設定条件を以下に示す。
カラム:Synergi 4μ Hydro−RP80A(Phenomenex社製、250×4.6mm)
検出波長:UV210nm
カラム温度:25℃
移動相:20mM KH2PO4(aq.)+H3PO4(aq.)(pH2.9)
流速:0.7mL/分
The setting conditions of HPLC are shown below.
Column: Synergi 4μ Hydro-RP80A (Phenomenex, 250 × 4.6 mm)
Detection wavelength: UV210nm
Column temperature: 25 ° C
Mobile phase: 20 mM KH 2 PO 4 (aq.) + H 3 PO 4 (aq.) (PH 2.9)
Flow rate: 0.7 mL / min

HPLCによる分析結果を図3(b)に示す。なお、図3(a)には、13種類の各有機酸をHPLCで分析した結果を示した。図3(b)に示すように、14の生成物が検出され、そのうち4つの生成物はグリコール酸、ギ酸、乳酸、酢酸であることがわかった。残り10の生成物については、図3(a)に示した有機酸(シュウ酸、グリセルアルデヒド、酒石酸、グリセリン酸、マロン酸、マレイン酸、コハク酸、プロピオン酸、グルタル酸)に該当せず、特定することはできなかった。   The analysis result by HPLC is shown in FIG. In addition, in FIG. 3 (a), the result of having analyzed 13 types of each organic acid by HPLC was shown. As shown in FIG. 3 (b), 14 products were detected, of which 4 products were found to be glycolic acid, formic acid, lactic acid, and acetic acid. The remaining 10 products do not correspond to the organic acids (oxalic acid, glyceraldehyde, tartaric acid, glyceric acid, malonic acid, maleic acid, succinic acid, propionic acid, glutaric acid) shown in FIG. Could not be identified.

(実施例2)
昇温温度を250℃に代えて150℃から600℃の範囲に変化させたことを除き、実施例1と同様の条件にて有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の生成量(μmol)を測定した。その結果を図4に示す。
(Example 2)
An organic acid and hydrogen are produced under the same conditions as in Example 1 except that the temperature rise is changed from 150 ° C. to 600 ° C. in place of 250 ° C. The amount of organic acid produced (μmol) Was measured. The result is shown in FIG.

図4に示すように、ギ酸は200℃付近から生成し、240℃程度で最大生成量(0.83mmol)に達した後、反応温度の上昇とともに徐々に減少し、265℃で完全に消失した。グリコール酸は200℃付近から生成し、265℃程度で最大生成量(3.74mmol)に達した後、反応温度の上昇とともに徐々に減少し、390℃で完全に消失した。乳酸は200℃付近から生成し、240℃程度で最大生成量(0.27mmol)に達した後、反応温度の上昇とともに徐々に減少し、330℃で完全に消失した。酢酸は240℃付近から生成し、330℃程度で最大生成量(1.52mmol)に達した後、反応温度の上昇とともに緩やかに減少し、600℃で完全に消失した。   As shown in FIG. 4, formic acid was generated from around 200 ° C., and after reaching the maximum production amount (0.83 mmol) at about 240 ° C., it gradually decreased as the reaction temperature increased and disappeared completely at 265 ° C. . Glycolic acid was generated from around 200 ° C., reached the maximum production amount (3.74 mmol) at about 265 ° C., and then gradually decreased with the increase in reaction temperature, and disappeared completely at 390 ° C. Lactic acid was generated from around 200 ° C., reached a maximum production amount (0.27 mmol) at about 240 ° C., then gradually decreased with an increase in reaction temperature, and disappeared completely at 330 ° C. Acetic acid was generated from around 240 ° C., reached the maximum production amount (1.52 mmol) at about 330 ° C., then gradually decreased with increasing reaction temperature, and disappeared completely at 600 ° C.

なお、セルロースに代えて、生成物の1つであるグリコール酸を水蒸気流通下でNaOHと反応させて水素の生成を行い、水素の生成速度(mmol/min)を測定した。その結果を図5に示す。図5に示すように、グリコール酸は280℃付近より分解して水素を生成し、330℃で水素生成速度は最大に達した後、水素生成速度は徐々に減少し、ついに390℃で水素の生成はほぼ観測されなくなった。   Instead of cellulose, glycolic acid, which is one of the products, was reacted with NaOH under the flow of water vapor to generate hydrogen, and the hydrogen generation rate (mmol / min) was measured. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 5, glycolic acid decomposes from around 280 ° C. to generate hydrogen. After the hydrogen generation rate reaches a maximum at 330 ° C., the hydrogen generation rate gradually decreases, and finally at 390 ° C. Generation is almost no longer observed.

この結果から、グリコール酸の生成量が280℃で最大を示すのは(図4)、温度が280℃を超えるとグリコール酸の分解が始まるからであり(図5)、グリコール酸の生成量が390℃でゼロになるのは(図4)、温度が390℃を超えるとグリコール酸は完全に分解されて消失してしまうからであることが分かった(図5)。その他のギ酸、乳酸、酢酸の有機酸においても同様に実験を行い、有機酸の生成量の変化は、有機酸が分解して水素が生成する温度とよく対応していることが分かった。   From this result, the production amount of glycolic acid shows the maximum at 280 ° C. (FIG. 4) because the decomposition of glycolic acid starts when the temperature exceeds 280 ° C. (FIG. 5). It turned out that it became zero at 390 ° C. (FIG. 4) because glycolic acid was completely decomposed and disappeared when the temperature exceeded 390 ° C. (FIG. 5). Experiments were conducted in the same manner with other organic acids such as formic acid, lactic acid, and acetic acid, and it was found that the change in the amount of organic acid produced corresponds well with the temperature at which the organic acid decomposes to produce hydrogen.

(実施例3)
反応管3内を所定の温度に昇温した後、2〜3時間にわたり一定に保持し、水素の生成がほぼ観測されなくなるまで反応を続けたことを除き、実施例2と同様の条件にて有機酸の生成を行い、有機酸の生成量を測定した。その結果を図6に示す。
(Example 3)
After raising the temperature inside the reaction tube 3 to a predetermined temperature, the reaction tube 3 was kept constant for 2 to 3 hours, and the reaction was continued until almost no hydrogen production was observed. An organic acid was produced, and the amount of organic acid produced was measured. The result is shown in FIG.

図6に示すように、反応温度を一定に保持した場合は、図4のように保持しなかった場合と比較して、低温から有機酸が生成していたことがわかった。例えば、グリコール酸生成量は、一定温度に保持した場合、200℃で3mmol程度生成していたが、これは所定温度到達後すぐに冷却した場合の250℃での結果に相当する量であった。すなわち、50℃程度低温で相当量のグリコール酸が生成した。また、他の有機酸も同様により低温から生成していた。ギ酸および乳酸は150℃程度から、酢酸は200℃から生成した。   As shown in FIG. 6, it was found that when the reaction temperature was kept constant, the organic acid was generated at a lower temperature than when the reaction temperature was not kept as shown in FIG. For example, the amount of glycolic acid produced was about 3 mmol at 200 ° C. when kept at a constant temperature, which was equivalent to the result at 250 ° C. when cooled immediately after reaching the predetermined temperature. . That is, a considerable amount of glycolic acid was produced at a low temperature of about 50 ° C. In addition, other organic acids were also generated at a lower temperature. Formic acid and lactic acid were produced from about 150 ° C., and acetic acid was produced from 200 ° C.

また、各有機酸の生成量が最大に達する温度も、一定温度に保持した場合、低温にシフトしていた。ギ酸および乳酸は200℃、グリコール酸は250℃、酢酸は280℃でそれぞれ最大量に達した。このように反応温度を一定に保持することで、低い温度でも有機酸の生成量を増加させることができることが分かった。   Further, the temperature at which the production amount of each organic acid reaches the maximum has also been shifted to a low temperature when it is kept at a constant temperature. Formic acid and lactic acid reached the maximum at 200 ° C, glycolic acid at 250 ° C, and acetic acid at 280 ° C. Thus, it has been found that by maintaining the reaction temperature constant, the amount of organic acid produced can be increased even at a low temperature.

(実施例4)
D−グルコース(和光純薬工業社製)及びスクロース(和光純薬工業社製)を試料中の炭素分が0.20g(16.7mmol)となる重量を使用したこと、昇温速度を1.9℃/分としたこと、100℃から600℃までの間で測定を行ったことを除き、実施例2と同様の条件にて有機酸及び水素の生成を行い、水素の生成速度(μmol/min)を測定した。その結果を図7に示す。なお、参考のため、セルロースの結果も併記した。
Example 4
D-glucose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and sucrose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) were used in such a weight that the carbon content in the sample was 0.20 g (16.7 mmol). The organic acid and hydrogen were produced under the same conditions as in Example 2 except that the measurement was performed at 9 ° C./min, and measurement was performed between 100 ° C. and 600 ° C., and the hydrogen production rate (μmol / min). The result is shown in FIG. For reference, the results for cellulose are also shown.

図7に示すように、グルコースとスクロースも、セルロースと同様に、200℃〜350℃の範囲で優れた水素生成速度を示すことを確認した。すなわち、グルコースとスクロースも、セルロースと同様に、約350℃でほとんどの有機酸が水素に分解して消失したことがわかる。また、いずれの糖類でも、400℃前後でメタンが比較的に多く生成したが、COおよびCO2の生成は見られなかった。 As shown in FIG. 7, it was confirmed that glucose and sucrose also showed excellent hydrogen production rates in the range of 200 ° C. to 350 ° C. like cellulose. That is, glucose and sucrose were also found to have disappeared by decomposition of most organic acids into hydrogen at about 350 ° C., similar to cellulose. In addition, although any saccharide produced a relatively large amount of methane at around 400 ° C., CO and CO 2 were not produced.

(実施例5)
セルロースに代えて、D−グルコース、D−フルクトース、D−マンノース、セロビオース、スクロース、マルトース、マルトトリオース、デンブン及びリグニンを各0.45g使用したことを除き、実施例1と同様の条件にて有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の生成量(μmol)を測定した。その結果を図8に示す。なお、セルロースの結果も併せて記載した。
(Example 5)
Under the same conditions as in Example 1 except that 0.45 g of D-glucose, D-fructose, D-mannose, cellobiose, sucrose, maltose, maltotriose, denven and lignin were used instead of cellulose. An organic acid and hydrogen were produced, and the amount of organic acid produced (μmol) was measured. The result is shown in FIG. In addition, the result of cellulose was also described.

図8に示すように、セルロースと同様に、単糖類、二糖類、三糖類や、デンプン等の他の多糖類からもギ酸、酢酸、グリコール酸、乳酸の各有機酸が多量に生成したことが確認できた。一方、リグニンからも有機酸が生成したが、その量は糖類に比べて極端に少なかった。   As shown in FIG. 8, in the same manner as cellulose, a large amount of organic acids such as formic acid, acetic acid, glycolic acid, and lactic acid were produced from monosaccharides, disaccharides, trisaccharides, and other polysaccharides such as starch. It could be confirmed. On the other hand, an organic acid was also generated from lignin, but the amount thereof was extremely small compared to saccharides.

また、各糖類において、生成した4種類の有機酸の全量を100とした場合の各有機酸の量の割合(%)を図9に示す。図9に示すように、乳酸の選択率は、単糖類が約60%以上で最も高く、これに次いで二糖類、三糖類が約40〜50%と高く、多糖類は約5%と極端に低かった。一方、グリコール酸の選択率は、多糖類が約70%以上で顕著に高く、三糖類が約30%、二糖類が約20%、単糖類が5〜10%であった。   Moreover, in each saccharide, the ratio (%) of the amount of each organic acid when the total amount of the generated four types of organic acids is 100 is shown in FIG. As shown in FIG. 9, the selectivity for lactic acid is the highest at about 60% or more for monosaccharides, followed by about 40-50% for disaccharides and trisaccharides, and extremely about 5% for polysaccharides. It was low. On the other hand, the selectivity of glycolic acid was remarkably high at about 70% or more for polysaccharides, about 30% for trisaccharides, about 20% for disaccharides, and 5-10% for monosaccharides.

(実施例6)
セルロースに代えてD−グルコースを0.45g(2.50mmol)使用したこと、及び昇温温度を250℃に代えて室温(25℃)から600℃の範囲に変化させたことを除き、実施例1と同様の条件にて有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の生成量を測定した。その結果を図10(a)に示す。
(Example 6)
Example, except that 0.45 g (2.50 mmol) of D-glucose was used instead of cellulose, and the temperature elevation temperature was changed from room temperature (25 ° C.) to 600 ° C. instead of 250 ° C. The organic acid and hydrogen were produced under the same conditions as in Example 1, and the production amount of the organic acid was measured. The result is shown in FIG.

図10(a)に示すように、250℃以下では乳酸が2.5mmolと多量に生成し、250℃〜450℃で酢酸が3.9mmolと多量に生成した。ギ酸とグリコール酸も生成が確認されたが、その量は乳酸や酢酸に比べ微量であった。なお、乳酸は室温でも約1200μmol生成した。ギ酸とグリコール酸も300〜500μmolと乳酸に比べて微量であったが室温でも生成した。   As shown in FIG. 10A, lactic acid was produced in a large amount of 2.5 mmol at 250 ° C. or lower, and acetic acid was produced in a large amount of 3.9 mmol at 250 to 450 ° C. Formic acid and glycolic acid were also confirmed to be produced, but the amounts were very small compared to lactic acid and acetic acid. Lactic acid was produced at about 1200 μmol even at room temperature. Formic acid and glycolic acid were 300-500 μmol, which was a small amount compared to lactic acid, but was produced even at room temperature.

また、乳酸と酢酸の生成が250℃付近ではっきり分かれたことから、D−グルコースに代えて乳酸(2.5mmol)を用いて同様に有機酸の生成実験を行った。その結果を図10(b)に示す。図10(b)に示すように、温度が250℃を超えると、乳酸が消費されて酢酸が生成した。よって、D−グルコースから生成した酢酸3.9mmolのうち、1.3mmolは乳酸を経て生成したと考えられる。   In addition, since the production of lactic acid and acetic acid was clearly separated around 250 ° C., an organic acid production experiment was similarly conducted using lactic acid (2.5 mmol) instead of D-glucose. The result is shown in FIG. As shown in FIG. 10B, when the temperature exceeded 250 ° C., lactic acid was consumed and acetic acid was produced. Therefore, it is considered that 1.3 mmol of 3.9 mmol of acetic acid generated from D-glucose was generated via lactic acid.

(実施例7)
セルロースに代えてセロビオースを0.45g(1.31mmol)使用したこと、及び昇温温度を250℃に代えて室温(25℃)から600℃の範囲に変化させたことを除き、実施例1と同様の条件にて水素及び有機酸の生成を行い、水素、メタン及び有機酸の生成量を測定した。その結果を図11に示す。
(Example 7)
Example 1 except that 0.45 g (1.31 mmol) of cellobiose was used instead of cellulose, and the temperature elevation temperature was changed from room temperature (25 ° C.) to 600 ° C. instead of 250 ° C. Hydrogen and organic acid were produced under the same conditions, and the production amounts of hydrogen, methane and organic acid were measured. The result is shown in FIG.

図11に示すように、セロビオースでは200℃から水素が生成し、約300℃で最大生成量に達した後、300〜500℃にかけて微量ながら水素が生成した。また400℃前後でメタンが比較的に多く生成したが、COおよびCO2の生成は見られなかった。有機酸の生成に関しては、室温でギ酸が多量に生成し、乳酸とグリコール酸も微量であるが生成した。100℃〜200℃の温度範囲では、ギ酸の生成量が減少し、ギ酸と乳酸が同量程度生成した。300℃でギ酸と乳酸の生成はなくなり、酢酸が多量に生成した。すなわち、25〜100℃の低温の温度範囲では、ギ酸の選択率が非常に高かった。 As shown in FIG. 11, hydrogen was generated from 200 ° C. in cellobiose, and after reaching the maximum generation amount at about 300 ° C., hydrogen was generated in a trace amount from 300 to 500 ° C. In addition, a relatively large amount of methane was produced at around 400 ° C., but no production of CO and CO 2 was observed. Regarding the production of organic acids, a large amount of formic acid was produced at room temperature, and a small amount of lactic acid and glycolic acid were produced. In the temperature range of 100 ° C. to 200 ° C., the amount of formic acid produced decreased, and the same amount of formic acid and lactic acid were produced. The production of formic acid and lactic acid disappeared at 300 ° C., and a large amount of acetic acid was produced. That is, the selectivity of formic acid was very high in the low temperature range of 25 to 100 ° C.

(実施例8)
250℃まで加熱した後、冷却するまでの時間を0〜120分に変化させたことを除き、実施例1と同様に有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の生成量を測定した。その結果を図12(a)に示す。また、セルロースに代えて、これと同じ条件でグルコースについても実験を行った。その結果を図12(b)に示す。
(Example 8)
After the heating to 250 ° C., the organic acid and hydrogen were produced in the same manner as in Example 1 except that the time until cooling was changed to 0 to 120 minutes, and the production amount of the organic acid was measured. The result is shown in FIG. Moreover, it replaced with the cellulose and also experimented also about glucose on the same conditions as this. The result is shown in FIG.

図12(a)に示すように、グリコール酸は、温度が250℃になった後に急冷するよりも、反応時間を設けた方が、生成量が多いことがわかった。また、グリコール酸は、反応時間の長さによらず生成量がほぼ一定であり、250℃で安定であることがわかった。   As shown in FIG. 12 (a), it was found that the amount of glycolic acid produced was larger when the reaction time was provided than when the temperature was 250 ° C. and then rapidly cooled. Further, it was found that the amount of glycolic acid produced was almost constant regardless of the length of the reaction time, and was stable at 250 ° C.

図12(b)に示すように、反応時間が長くなるに従って、乳酸の生成量が減少し、逆に酢酸の生成量が増加した。これから、乳酸がNaOHと反応して酢酸とNa2CO3に転化することがわかった。よって、反応時間を長くすることで250℃でも酢酸を選択的に生成できることがわかった。ギ酸は、セルロースでもグルコースでも、急冷した場合に比べ、反応時間を設けると生成量が激減していた。これから、ギ酸は250℃の温度では水素とNa2CO3に転化しやすいことがわかった。 As shown in FIG. 12B, as the reaction time increased, the amount of lactic acid produced decreased, and conversely the amount of acetic acid produced increased. This showed that lactic acid reacted with NaOH and converted to acetic acid and Na 2 CO 3 . Therefore, it was found that acetic acid can be selectively generated even at 250 ° C. by increasing the reaction time. Formic acid, both cellulose and glucose, had a drastically reduced production amount when a reaction time was provided, compared to the case of rapid cooling. From this, it was found that formic acid was easily converted to hydrogen and Na 2 CO 3 at a temperature of 250 ° C.

(実施例9)
NaOHに代えて、アルカリ無添加、LiOH、KOH、RbOH(以上、33.3mmol)、及びCa(OH)2(16.7mmol)を用いたことを除き、実施例1と同様の条件で有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の生成量を測定した。その結果を図13に示す。なお、NaOHの結果も併せて記載する。
Example 9
An organic acid was added under the same conditions as in Example 1 except that no alkali was added, LiOH, KOH, RbOH (more than 33.3 mmol), and Ca (OH) 2 (16.7 mmol) were used instead of NaOH. And the production | generation of hydrogen was performed and the production amount of the organic acid was measured. The result is shown in FIG. In addition, the result of NaOH is also described.

図13に示すように、KOHは、NaOHよりも有機酸の収率が高かった。また、RbOHとLiOHも、これらに比べて低いものの、多量の有機酸が生成することが確認された。一方、Ca(OH)2では有機酸の生成が確認されたものの、その収率は極端に低かった。また、アルカリ無添加の場合は有機酸は検出されなかった。 As shown in FIG. 13, KOH had a higher yield of organic acid than NaOH. Moreover, although RbOH and LiOH were also low compared with these, it was confirmed that a large amount of organic acids are produced. On the other hand, in Ca (OH) 2 , the production of organic acid was confirmed, but the yield was extremely low. Further, when no alkali was added, no organic acid was detected.

(実施例10)
NaOHに代えてNa2CO3(16.7mmol)を用いたこと、及び昇温温度を250℃に代えて100℃から600℃の範囲に変化させたことを除き、実施例1と同様の条件で有機酸及び水素の生成を行い、水素、メタン、CO、CO2、有機酸の生成量を測定した。その結果を図14(b)、図15(b)に示す。なお、比較のためNaOHの結果を図14(a)、図15(a)に示す。
(Example 10)
The same conditions as in Example 1 except that Na 2 CO 3 (16.7 mmol) was used instead of NaOH, and the temperature elevation temperature was changed from 100 ° C. to 600 ° C. instead of 250 ° C. Then, organic acids and hydrogen were produced, and the production amounts of hydrogen, methane, CO, CO 2 and organic acids were measured. The results are shown in FIGS. 14 (b) and 15 (b). For comparison, the results of NaOH are shown in FIGS. 14 (a) and 15 (a).

図14(b)に示すように、Na2CO3を用いた場合、250〜450℃の範囲では水素はほとんど検出されず、その代わりにCO及びCO2が検出された。一方で、図15(b)に示すように、Na2CO3を用いた場合は、NaOHに比べ、グリコール酸及び酢酸の生成が激減した。このようにグリコール酸及び酢酸の生成が激減したので、ギ酸生成の選択率が著しく高くなった。 As shown in FIG. 14B, when Na 2 CO 3 was used, hydrogen was hardly detected in the range of 250 to 450 ° C., and CO and CO 2 were detected instead. On the other hand, as shown in FIG. 15B, when Na 2 CO 3 was used, the production of glycolic acid and acetic acid was drastically reduced compared to NaOH. Thus, since the production of glycolic acid and acetic acid was greatly reduced, the selectivity for formic acid production was remarkably increased.

(実施例11)
NaOHの添加量を33.3mmolに代えて、0、2.9mmol、8.6mmol、16.7mmol、51.1mmol及び66.6mmolとしてNaOHとセルロースのモル比を変化させたことを除き、実施例1と同様の条件で有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の生成量を測定した。その結果を図16に示す。なお、比較のため33.3mmolの結果も併せて記載する。
(Example 11)
Except that the molar ratio of NaOH and cellulose was changed to 0, 2.9 mmol, 8.6 mmol, 16.7 mmol, 51.1 mmol and 66.6 mmol in place of 33.3 mmol of NaOH. The organic acid and hydrogen were produced under the same conditions as in Example 1, and the production amount of the organic acid was measured. The result is shown in FIG. For comparison, the result of 33.3 mmol is also shown.

図16に示すように、NaOHとセルロースのモル比を変化させることで、特にギ酸とグリコール酸の生成量が大きく変わることがわかった。セルロースに対するNaOHのモル比が12以下であると、ギ酸の生成量と選択率が増大し、グリコール酸が低下した。一方、セルロースに対するNaOHのモル比が12を超えると、グリコール酸の生成量と選択率が増大した。さらに、セルロースに対するNaOHのモル比が24以上で、ギ酸は消失した。なお、セルロースに対するNaOHのモル比が1の場合、水素の生成は確認できず、CO及びCO2の生成が確認された。水素の生成は、セルロースに対するNaOHのモル比が3以上の場合に確認された。 As shown in FIG. 16, it was found that the amount of formic acid and glycolic acid produced changed greatly by changing the molar ratio of NaOH and cellulose. When the molar ratio of NaOH to cellulose was 12 or less, the production amount and selectivity of formic acid increased and glycolic acid decreased. On the other hand, when the molar ratio of NaOH to cellulose exceeded 12, the amount of glycolic acid produced and the selectivity increased. Furthermore, formic acid disappeared when the molar ratio of NaOH to cellulose was 24 or more. In addition, when the molar ratio of NaOH to cellulose was 1, generation of hydrogen could not be confirmed, and generation of CO and CO 2 was confirmed. Hydrogen production was confirmed when the molar ratio of NaOH to cellulose was 3 or more.

(実施例12)
セルロースとNaOHとを反応させる際に、水蒸気を導入しなかったことを除き、実施例1と同様の条件で有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の生成量を測定した。その結果を図17に示す。なお、比較のために水蒸気を導入した場合の結果も併せて記載する。
(Example 12)
When reacting cellulose and NaOH, organic acid and hydrogen were produced under the same conditions as in Example 1 except that no water vapor was introduced, and the amount of organic acid produced was measured. The result is shown in FIG. In addition, the result at the time of introduce | transducing water vapor | steam for a comparison is also described collectively.

図17に示すように、水蒸気を導入しない方が各有機酸の生成量が多かった。そこで、ギ酸(9.71mmol)、乳酸(5.36mmol)、グリコール酸(5.93mmol)、酢酸(2.80mmol)の各有機酸について、水蒸気を導入した場合と導入しなかった場合の両方の条件でNaOHと反応させて水素の生成を行い、水素及びメタンの生成速度(μmol/min)を測定した。昇温温度は150℃〜550℃の範囲で行った。その結果を図18に示す。図18中、黒塗りの印が水蒸気を導入した場合であり、白抜きの印が水蒸気を導入しなかった場合である。なお、セルロースの結果についても併せて記載する。   As shown in FIG. 17, the amount of each organic acid produced was greater when no water vapor was introduced. Therefore, for each organic acid of formic acid (9.71 mmol), lactic acid (5.36 mmol), glycolic acid (5.93 mmol), and acetic acid (2.80 mmol), both with and without the introduction of water vapor Hydrogen was produced by reacting with NaOH under the conditions, and the production rate of hydrogen and methane (μmol / min) was measured. The temperature raising temperature was in the range of 150 ° C to 550 ° C. The result is shown in FIG. In FIG. 18, black marks indicate a case where water vapor is introduced, and white marks indicate a case where water vapor is not introduced. In addition, it describes also about the result of a cellulose.

図18(b)に示すように、600K付近では、水蒸気を導入した方が水素の生成速度が高かった。このことから、セルロースから生成した有機酸がさらに水素に分解されるのを、水蒸気の導入が促進していると考えられる。また、図18(a)に示すように、600K付近では、水蒸気を導入した方がメタンの生成速度が低かった。このことから、セルロースから生成した有機酸がさらにメタンに分解されるのを、水蒸気の導入が抑制していると考えられる。   As shown in FIG. 18B, in the vicinity of 600K, the rate of hydrogen generation was higher when water vapor was introduced. From this, it is considered that the introduction of water vapor promotes the further decomposition of the organic acid generated from cellulose into hydrogen. Further, as shown in FIG. 18 (a), in the vicinity of 600K, the rate of methane formation was lower when water vapor was introduced. From this, it is considered that the introduction of water vapor suppresses the further decomposition of the organic acid generated from cellulose into methane.

(実施例13)
試薬のセルロースに代えて、パルプ不織布工場における製造過程で発生したパルプ端材(ハビックス社)を0.45g使用したこと、NaOH水溶液を2.66g(パルプ端材の炭素(C)1モルに対して、12モル)使用したこと、反応生成物の溶解液として3mmol/Lの過塩素酸水溶液を50ml用いたこと、反応生成物溶解液を中和せずに液体クロマトグラフ(HPLC)にて測定したこと、HPLCへの試料注入量を10μLにしたこと、HPLC用カラムとして日立化成工業社製のGL−C−610H−Sを使用したことを除き、実施例1と同様の条件で有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の同定および生成量を測定した。その結果を表1に示す。
(Example 13)
In place of the reagent cellulose, 0.45 g of pulp mill material (Havix) generated during the manufacturing process in the pulp nonwoven factory was used, and 2.66 g of NaOH aqueous solution (1 mol of carbon (C) of pulp mill material) 12 mol), 50 ml of 3 mmol / L perchloric acid aqueous solution was used as the reaction product solution, and measurement was performed by liquid chromatography (HPLC) without neutralizing the reaction product solution. The organic acid and the conditions under the same conditions as in Example 1 except that the sample injection amount to HPLC was 10 μL, and that GL-C-610H-S manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd. was used as the HPLC column. Hydrogen was generated, and organic acid identification and production were measured. The results are shown in Table 1.

Figure 2007091707
Figure 2007091707

表1に示すように、実施例13では、15種類の生成物が検出され、そのうちの11の生成物を特定することができた。特定できた生成物は、グリコール酸、乳酸、ギ酸、酢酸の上述してきた4つの生成物に加え、シュウ酸、マレイン酸、グルコン酸、コハク酸、グルタル酸、プロピオン酸であることがわかった。残りの4つの生成物に関しては、酒石酸、D−グルクロン酸、リンゴ酸、グリセリン酸、レブリン酸の各有機酸に該当せず、特定することはできなかった。   As shown in Table 1, in Example 13, 15 types of products were detected, and 11 of them could be identified. The identified products were found to be oxalic acid, maleic acid, gluconic acid, succinic acid, glutaric acid and propionic acid in addition to the above-mentioned four products of glycolic acid, lactic acid, formic acid and acetic acid. The remaining four products did not fall under the organic acids of tartaric acid, D-glucuronic acid, malic acid, glyceric acid, and levulinic acid, and could not be identified.

(実施例14)
250℃に昇温後、30分間、1時間又は2時間の反応時間経過後に冷却したことを除き、実施例13と同様の条件で有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の同定および生成量を測定した。また、各反応時間において、水蒸気を全く導入せずに反応を行ったことを除き、同様の実験を行った。これらの結果を表1に示す。表1に示すように、反応時間を設けることで、シュウ酸、グルコン酸、コハク酸、グリコール酸、酢酸の各有機酸の生成量が飛躍的に増加した。
(Example 14)
The organic acid and hydrogen are produced under the same conditions as in Example 13 except that the temperature is raised to 250 ° C. and then cooled for 30 minutes, 1 hour or 2 hours after the reaction time has elapsed. Was measured. In addition, the same experiment was conducted except that the reaction was performed without introducing any water vapor at each reaction time. These results are shown in Table 1. As shown in Table 1, by providing the reaction time, the production amounts of organic acids such as oxalic acid, gluconic acid, succinic acid, glycolic acid, and acetic acid increased dramatically.

(実施例15)
温度を250℃から300℃に変えたこと、反応時間を0又は1時間にしたことを除き、実施例14と同様の条件で有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の同定および生成量を測定した。その結果を表1に示す。
(Example 15)
Except that the temperature was changed from 250 ° C. to 300 ° C. and the reaction time was changed to 0 or 1 hour, an organic acid and hydrogen were produced under the same conditions as in Example 14, and the identification and production amount of the organic acid were determined. It was measured. The results are shown in Table 1.

表1に示すように、300℃において反応時間を設けた場合、シュウ酸、グリコール酸の生成量が大幅に減少し、酢酸の生成量が増加した。また、グルコン酸は、水蒸気を導入した場合、1時間の反応時間経過後に消失したが、水蒸気を導入しなかった場合、生成量が増加した。逆にコハク酸は、水蒸気を導入した場合、1時間の反応時間を設けることで生成量が増加したが、水蒸気を導入しなかった場合、生成量が減少した。   As shown in Table 1, when the reaction time was provided at 300 ° C., the production amounts of oxalic acid and glycolic acid were greatly reduced, and the production amount of acetic acid was increased. Gluconic acid disappeared after a reaction time of 1 hour when water vapor was introduced, but the amount of production increased when water vapor was not introduced. Conversely, when steam was introduced, the amount of succinic acid increased by providing a reaction time of 1 hour, but when steam was not introduced, the amount of succinic acid decreased.

(実施例16)
温度を250℃から350℃に変えたこと、反応時間を0又は1時間にしたことを除き、実施例14と同様の条件で有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の同定および生成量を測定した。その結果を表1に示す。
(Example 16)
Except that the temperature was changed from 250 ° C. to 350 ° C. and the reaction time was changed to 0 or 1 hour, an organic acid and hydrogen were produced under the same conditions as in Example 14, and the identification and production amount of the organic acid were determined. It was measured. The results are shown in Table 1.

表1に示すように、350℃では、水蒸気を導入しなかった場合、グリコール酸は生成しなかった。また、水蒸気を導入した場合、グルコン酸は生成しなかった。そして、反応時間を設けた場合、これらグルコン酸とグリコール酸の生成量が減少した。コハク酸と酢酸は、水蒸気を導入しなかった場合、生成量が大幅に減少した。   As shown in Table 1, at 350 ° C., glycolic acid was not produced when water vapor was not introduced. Moreover, when water vapor | steam was introduce | transduced, the gluconic acid was not produced | generated. And when reaction time was provided, the production amount of these gluconic acid and glycolic acid decreased. The amount of succinic acid and acetic acid significantly decreased when no steam was introduced.

(実施例17)
温度と反応時間を、200℃で1時間、370℃で1時間、390℃で1時間に変えたことを除き、実施例14と同様の条件で有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の生成量を測定した。また、温度と反応時間を、150℃で1時間、350℃で30分、350℃で2時間、370℃で1時間、390℃で30分、390℃で1時間に変えたこと、及び全て水蒸気を導入しなかったことを除き、実施例14と同様の条件で有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の生成量を測定した。これらの結果を表2に示す。
(Example 17)
The organic acid and hydrogen were produced under the same conditions as in Example 14 except that the temperature and reaction time were changed to 200 ° C. for 1 hour, 370 ° C. for 1 hour, and 390 ° C. for 1 hour. The amount produced was measured. Also, the temperature and reaction time were changed to 150 ° C for 1 hour, 350 ° C for 30 minutes, 350 ° C for 2 hours, 370 ° C for 1 hour, 390 ° C for 30 minutes, 390 ° C for 1 hour, and all An organic acid and hydrogen were produced under the same conditions as in Example 14 except that no water vapor was introduced, and the amount of organic acid produced was measured. These results are shown in Table 2.

Figure 2007091707
Figure 2007091707

表2に示すように、350℃で、水蒸気を導入しなかった場合を比べると、反応時間の経過に従って有機酸の生成量の合計は減少し、1〜2時間後では微量の有機酸しか得ることができなかった。また、反応時間が1時間で、水蒸気を導入しなかった場合を比べると、温度が上昇するに従って有機酸の生成量の合計は減少し、390℃ではほとんど有機酸を得ることはできなかった。   As shown in Table 2, when compared with the case where water vapor was not introduced at 350 ° C., the total amount of organic acid produced decreased with the passage of the reaction time, and only a trace amount of organic acid was obtained after 1 to 2 hours. I couldn't. Further, when compared with the case where the reaction time was 1 hour and no water vapor was introduced, the total amount of organic acid produced decreased as the temperature rose, and almost no organic acid could be obtained at 390 ° C.

(実施例18)
パルプ端材に代えて試薬セルロース(Aldrich社製)を0.45g用いたこと、温度を250℃の他に350℃まで昇温したことを除き、実施例13と同様の条件で有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の同定および生成量を測定した。その結果を表3に示す。
(Example 18)
Organic acid and hydrogen were used under the same conditions as in Example 13, except that 0.45 g of reagent cellulose (Aldrich) was used instead of pulp milling material, and that the temperature was raised to 350 ° C. in addition to 250 ° C. The organic acid was identified and the amount produced was measured. The results are shown in Table 3.

Figure 2007091707
Figure 2007091707

表3に示すように、250℃では、試料セルロースを用いた場合も、パルプ端材を用いた場合(実施例13、14の同じ条件のものを参照)とほぼ同様の結果であった。しかしながら、350℃では、試薬セルロースを用いた場合は、パルプ端材を用いた場合(実施例16の同じ条件のものを参照)と比べ、グルコン酸の生成がない一方、コハク酸および酢酸の生成量が高く、大きく異なった。   As shown in Table 3, when the sample cellulose was used at 250 ° C., the results were almost the same as when the pulp milling material was used (see the same conditions in Examples 13 and 14). However, at 350 ° C., when the reagent cellulose is used, gluconic acid is not generated, whereas succinic acid and acetic acid are generated, compared with the case of using the pulp milling material (see the same conditions in Example 16). The amount was high and varied greatly.

(実施例19)
NaOH水溶液の添加量を、パルプ端材の炭素(C)1モルに対して、12モルから18モルに増加したこと、250℃又は350℃で1時間保持したこと、水蒸気を導入しなかったことを除き、実施例13と同様の条件で有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の同定および生成量を測定した。その結果を表3に示す。
Example 19
The addition amount of NaOH aqueous solution increased from 12 mol to 18 mol with respect to 1 mol of carbon (C) of the pulp mill material, kept at 250 ° C. or 350 ° C. for 1 hour, and did not introduce water vapor The organic acid and hydrogen were produced under the same conditions as in Example 13, except that the organic acid was identified and the amount produced. The results are shown in Table 3.

表3に示すように、250℃では、NaOH/パルプ端材の炭素のモル比を18に増加させた場合、同モル比が12の場合(実施例14の同じ条件のものを参照)と比べ、グリコール酸と酢酸の生成量が増加した他、D−グルクロン酸が生成した。その一方、グルコン酸の生成がなくなった。350℃では、モル比を18に増加させた場合も、12の場合(実施例16の同じ条件のものを参照)も有機酸の生成量は少なく、同じような結果となった。   As shown in Table 3, when the molar ratio of NaOH / pulp scrap carbon is increased to 18 at 250 ° C., compared with the case where the molar ratio is 12 (see the same conditions in Example 14). Besides, the production amount of glycolic acid and acetic acid increased, and D-glucuronic acid was produced. On the other hand, the production of gluconic acid was lost. At 350 ° C., the amount of organic acid produced was small both when the molar ratio was increased to 18 and when the molar ratio was 12 (see the same conditions in Example 16).

(実施例20)
NaOHに代えてKOHを使用して250℃又は350℃で1時間保持したこと、又はBaOHを使用して250℃で1時間保持したこと、及び水蒸気を導入しなかったことを除き、実施例13と同様の条件で有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の同定および生成量を測定した。その結果を表3に示す。なお、BaOHは水への溶解度が極めて低かったため、パルプ端材の炭素1モルに対して6モルを添加した。
(Example 20)
Example 13 except that KOH was used instead of NaOH and held at 250 ° C. or 350 ° C. for 1 hour, or BaOH was used and held at 250 ° C. for 1 hour, and no water vapor was introduced. The organic acid and hydrogen were produced under the same conditions as above, and the identification and production amount of the organic acid were measured. The results are shown in Table 3. In addition, since BaOH had very low solubility in water, 6 mol was added to 1 mol of carbon in the pulp scrap.

表3に示すように、250℃では、KOHを使用した場合、NaOHを使用した場合(実施例14の同じ条件のものを参照)と比べ、ギ酸とシュウ酸の生成量が増加した一方、乳酸とグルコン酸の生成量が減少した。BaOHを使用した場合、有機酸はほとんど生成しなかった。350℃では、KOHを使用した場合、NaOHを使用した場合(実施例16の同じ条件のものを参照)と比べ、酢酸、マレイン酸、プロピオン酸の生成量が増加し、有機酸の生成量の合計も大幅に増加した。   As shown in Table 3, at 250 ° C., when KOH was used, the amount of formic acid and oxalic acid increased compared to when NaOH was used (see the same conditions in Example 14), while lactic acid And the production amount of gluconic acid decreased. When BaOH was used, almost no organic acid was produced. At 350 ° C., the amount of acetic acid, maleic acid, and propionic acid increased when KOH was used and when NaOH was used (see the same conditions in Example 16), and the amount of organic acid generated The total also increased significantly.

(実施例21)
パルプ端材に代えて、リグニン(ナカライテクス社製)、デンプン(同社製)、杉、ヒノキを0.45g使用したこと、250℃で1時間保持したこと、及び水蒸気を導入しなかったことを除き、実施例13と同様の条件で有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の同定および生成量を測定した。その結果を表3に示す。
(Example 21)
Instead of pulp milling material, 0.45g of lignin (manufactured by Nakarai-Tex), starch (manufactured by the company), cedar and cypress, that it was held at 250 ° C for 1 hour, and that water vapor was not introduced Except for this, an organic acid and hydrogen were produced under the same conditions as in Example 13, and the identification and production amount of the organic acid were measured. The results are shown in Table 3.

表3に示すように、リグニンを用いた場合は、グリセリン酸が高い選択率で生成し、その他、酢酸やコハク酸が生成した。デンプンを用いた場合は、セルロースと同様にグリコール酸が高い選択率で生成した。杉を用いた場合は、セルロースと同様にグリコール酸が高い選択率で生成したが、セルロースと異なる点ではグルコン酸が生成されなかった。ヒノキを用いた場合も、セルロースと同様にグリコール酸が高い選択率で生成したが、セルロースと異なる点では乳酸とグルコン酸が生成されなかった。   As shown in Table 3, when lignin was used, glyceric acid was produced with high selectivity, and in addition, acetic acid and succinic acid were produced. When starch was used, glycolic acid was produced with a high selectivity like cellulose. When cedar was used, glycolic acid was produced with a high selectivity like cellulose, but gluconic acid was not produced at a point different from cellulose. In the case of using cypress, glycolic acid was produced with high selectivity like cellulose, but lactic acid and gluconic acid were not produced in the point different from cellulose.

(実施例22)
リグニンを使用したこと、150〜350℃の温度で1時間保持したこと、及び水蒸気を導入しなかったことを除き、実施例13と同様の条件で有機酸及び水素の生成を行い、有機酸の生成量を測定した。その結果を表4に示す。また、200℃の温度では、水蒸気を導入した場合についても同様の試験を実施した。なお、200℃と300℃の条件では反応生成物溶解液を中和して液体クロマトグラフで測定した。中和を行った場合シュウ酸の生成量は測定不能であった。
(Example 22)
The organic acid and hydrogen were produced under the same conditions as in Example 13 except that lignin was used, the temperature was maintained at 150 to 350 ° C. for 1 hour, and water vapor was not introduced. The amount produced was measured. The results are shown in Table 4. Moreover, the same test was implemented also about the case where water vapor | steam was introduce | transduced at the temperature of 200 degreeC. In addition, the reaction product solution was neutralized under the conditions of 200 ° C. and 300 ° C. and measured by a liquid chromatograph. When neutralization was performed, the amount of oxalic acid produced could not be measured.

Figure 2007091707
Figure 2007091707

表4に示すように、水蒸気の導入の有無にかかわらず、150〜350℃のいずれの温度でもリグニンからグリセリン酸が主に生成した。特に、200〜300℃の温度範囲でグリセリン酸が高い選択率で生成した。   As shown in Table 4, glyceric acid was mainly produced from lignin at any temperature of 150 to 350 ° C., regardless of whether or not water vapor was introduced. In particular, glyceric acid was produced with high selectivity in a temperature range of 200 to 300 ° C.

実施例で使用した固定床流通反応装置の概略を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the outline of the fixed bed flow reaction apparatus used in the Example. 実施例における残留物中の生成物の分析手順を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the analysis procedure of the product in the residue in an Example. HPLCによる有機酸の分析結果を示すグラフである。It is a graph which shows the analysis result of the organic acid by HPLC. 反応温度到達後に急冷した場合の各有機酸の生成量を示すグラフである。It is a graph which shows the production amount of each organic acid at the time of quenching after reaching reaction temperature. グリコール酸からの水素生成速度を示すグラフである。It is a graph which shows the hydrogen production | generation rate from glycolic acid. 反応温度到達後2〜3時間保持した場合の各有機酸の生成量を示すグラフである。It is a graph which shows the production amount of each organic acid at the time of hold | maintaining for 2-3 hours after reaction temperature attainment. 各糖類からの水素生成速度を示すグラフである。It is a graph which shows the hydrogen production | generation rate from each saccharides. 各糖類からの有機酸生成量を示すグラフである。It is a graph which shows the organic acid production amount from each saccharides. 各糖類からの有機酸の選択率を示すグラフである。It is a graph which shows the selectivity of the organic acid from each saccharides. (a)はグルコースからの有機酸生成量を示すグラフであり、(b)は乳酸からの有機酸生成量を示すグラフである。(A) is a graph which shows the organic acid production amount from glucose, (b) is a graph which shows the organic acid production amount from lactic acid. (a)はセロビオースからの水素及びメタンの生成速度を示すグラフであり、(b)はセロビオースからの有機酸生成量を示すグラフである。(A) is a graph which shows the production | generation rate of hydrogen and methane from cellobiose, (b) is a graph which shows the organic acid production amount from cellobiose. (a)はセルロースからの有機酸生成量を示すグラフであり、(b)はグルコースからの有機酸生成量を示すグラフである。(A) is a graph which shows the organic acid production | generation amount from a cellulose, (b) is a graph which shows the organic acid production | generation amount from glucose. 各種アルカリ金属の水酸化物を用いた場合の有機酸生成量を示すグラフである。It is a graph which shows the organic acid production | generation amount at the time of using the hydroxide of various alkali metals. 水素、メタン、CO及びCO2の生成速度を示すグラフであり、(a)はNaOHを用いた場合、(b)はNa2CO3を用いた場合のグラフである。Hydrogen, methane, a graph showing the rate of formation of CO and CO 2, (a) in the case of using NaOH, a graph in the case of using the (b) is Na 2 CO 3. 有機酸生成量を示すグラフであり、(a)はNaOHを用いた場合、(b)はNa2CO3を用いた場合のグラフである。Is a graph showing the organic acid production amount, (a) shows the case of using NaOH, a graph in the case of using the (b) is Na 2 CO 3. NaOHとセルロースのモル比を変化させた場合の有機酸生成量を示すグラフである。It is a graph which shows the organic acid production | generation amount when changing the molar ratio of NaOH and a cellulose. 水蒸気を導入しなかった場合の有機酸生成量を示すグラフである。It is a graph which shows the organic acid production | generation amount when not introduce | transducing water vapor | steam. 水蒸気を導入した場合としなかった場合の各有機酸からの気体の生成速度を示すグラフであり、(a)はメタン、(b)は水素を示すグラフである。It is a graph which shows the production | generation speed | rate of the gas from each organic acid when not having introduce | transduced water vapor | steam, (a) is methane, (b) is a graph which shows hydrogen.

符号の説明Explanation of symbols

1 マイクロフィーダ
2 気化器
3 アルミナ反応管
4 電気炉
5 トラップ装置
6 サンプリング装置
7 ガスクロマトグラフ
10 試料(糖類+アルカリ)
11 アルミナボート
21、27 イオン交換水
22 フェノール水溶液
23 塩酸水溶液
26 ガラスフィルタ
1 Microfeeder 2 Vaporizer 3 Alumina reaction tube 4 Electric furnace 5 Trap device 6 Sampling device 7 Gas chromatograph 10 Sample (sugar + alkali)
11 Alumina boat 21, 27 Ion exchange water 22 Phenol aqueous solution 23 Hydrochloric acid aqueous solution 26 Glass filter

Claims (9)

150〜450℃の加熱条件下及び無酸素雰囲気下で、糖類とアルカリ金属の水酸化物を反応させて水素と有機酸又はそのアルカリ塩とを同時に生成する工程を含み、前記糖類と前記アルカリ金属の水酸化物のモル比を、糖類に含まれる炭素1モルに対してアルカリ金属の水酸化物を0.5〜10モルとする有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法。   Including a step of simultaneously reacting a saccharide with an alkali metal hydroxide to generate hydrogen and an organic acid or an alkali salt thereof under a heating condition of 150 to 450 ° C. and in an oxygen-free atmosphere, the saccharide and the alkali metal The manufacturing method of the organic acid or its alkali salt which makes the molar ratio of the hydroxide of 0.5-10 mol of alkali metal hydroxide with respect to 1 mol of carbon contained in saccharides. 前記糖類として、セルロースを主成分とするバイオマス資源を使用する請求項1に記載の有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法。   The method for producing an organic acid or an alkali salt thereof according to claim 1, wherein a biomass resource mainly composed of cellulose is used as the saccharide. 0〜100℃の加熱条件下で、セロビオースとアルカリ金属の水酸化物又は炭酸塩を反応させてギ酸又はそのアルカリ塩を選択的に生成する有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法。   A method for producing an organic acid or an alkali salt thereof, wherein cellobiose and an alkali metal hydroxide or carbonate are reacted under heating conditions of 0 to 100 ° C. to selectively produce formic acid or an alkali salt thereof. 250〜450℃の加熱条件下で、糖類とアルカリ金属の水酸化物を反応させて酢酸又はそのアルカリ塩を選択的に生成する有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法。   A method for producing an organic acid or an alkali salt thereof, wherein a saccharide and an alkali metal hydroxide are reacted under a heating condition of 250 to 450 ° C. to selectively produce acetic acid or an alkali salt thereof. 220〜300℃の加熱条件下で、多糖類とアルカリ金属の水酸化物を反応させてグリコール酸又はそのアルカリ塩を選択的に生成する有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法。   A method for producing an organic acid or an alkali salt thereof, wherein a polysaccharide and an alkali metal hydroxide are reacted under a heating condition of 220 to 300 ° C. to selectively produce glycolic acid or an alkali salt thereof. 100〜250℃の加熱条件下で、単糖類とアルカリ金属の水酸化物又は炭酸塩を反応させて乳酸又はそのアルカリ塩を選択的に生成する有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法。   A process for producing an organic acid or an alkali salt thereof, which selectively produces lactic acid or an alkali salt thereof by reacting a monosaccharide with an alkali metal hydroxide or carbonate under heating conditions of 100 to 250 ° C. 140〜380℃の加熱条件下で、糖類とアルカリ金属の水酸化物を反応させてジカルボン酸又はそのアルカリ塩を生成する有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法。   The manufacturing method of the organic acid or its alkali salt which makes saccharides and the hydroxide of an alkali metal react under the heating conditions of 140-380 degreeC, and produces | generates dicarboxylic acid or its alkali salt. 140〜360℃の加熱条件下で、リグニンとアルカリ金属の水酸化物を反応させて有機酸又はそのアルカリ塩を生成する有機酸又はそのアルカリ塩の製造方法。   The manufacturing method of the organic acid or its alkali salt which makes a lignin and the hydroxide of an alkali metal react under the heating conditions of 140-360 degreeC, and produces | generates an organic acid or its alkali salt. 糖類とアルカリ金属の水酸化物との反応により水素と有機酸又はそのアルカリ塩とを同時に生成する無酸素雰囲気下の反応室と、前記反応室の温度を150〜450℃にする加熱手段と、糖類に含まれる炭素1モルに対してアルカリ金属の水酸化物が0.5〜10モルとなるように、前記糖類と前記アルカリ金属の水酸化物を前記反応室に連続的に供給する定量供給手段と、前記反応室内で生成した水素を排出する配管と、前記反応室から有機酸又はそのアルカリ塩を含有する固体状の残留物を連続的に取り出す排出手段とを含んでなる有機酸又はそのアルカリ塩の製造装置。   A reaction chamber under an oxygen-free atmosphere in which hydrogen and an organic acid or an alkali salt thereof are simultaneously generated by a reaction between a saccharide and an alkali metal hydroxide; and a heating means for setting the temperature of the reaction chamber to 150 to 450 ° C .; Quantitative supply for continuously supplying the saccharide and the alkali metal hydroxide to the reaction chamber such that the alkali metal hydroxide is 0.5 to 10 mol per 1 mol of carbon contained in the saccharide. An organic acid comprising: means; a pipe for discharging hydrogen generated in the reaction chamber; and a discharging means for continuously removing a solid residue containing an organic acid or an alkali salt thereof from the reaction chamber. Alkali salt production equipment.
JP2006117365A 2005-08-30 2006-04-21 Method and equipment for production of organic acid Pending JP2007091707A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006117365A JP2007091707A (en) 2005-08-30 2006-04-21 Method and equipment for production of organic acid

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005249461 2005-08-30
JP2006117365A JP2007091707A (en) 2005-08-30 2006-04-21 Method and equipment for production of organic acid

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007091707A true JP2007091707A (en) 2007-04-12

Family

ID=37977819

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006117365A Pending JP2007091707A (en) 2005-08-30 2006-04-21 Method and equipment for production of organic acid

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007091707A (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010207684A (en) * 2009-03-09 2010-09-24 Osaka Prefecture Univ Method of decomposing galenical residue
JP2011105807A (en) * 2009-11-13 2011-06-02 Tamiaki Kanabe Apparatus, system and method for producing hydrogen gas
JP2012006836A (en) * 2011-10-13 2012-01-12 Tamiaki Kanabe Apparatus for producing hydrogen gas
JP2012056839A (en) * 2011-10-13 2012-03-22 Tamiaki Kanabe Hydrogen gas-producing apparatus
JP2012102013A (en) * 2012-01-12 2012-05-31 Tamiaki Kanabe Hydrogen gas production apparatus
JP5270793B1 (en) * 2012-12-28 2013-08-21 民朗 金辺 Hydrogen production method, hydrogen storage method and hydrogen transport method
US9556391B2 (en) 2012-07-13 2017-01-31 Phillips 66 Company Method for producing renewable hydrogen from biomass derivatives using steam reforming technology
CN111393283A (en) * 2020-03-13 2020-07-10 中国科学院广州能源研究所 Method for directionally and environmentally producing low-acid and carbon dioxide by biomass

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2750414A (en) * 1952-11-03 1956-06-12 Crossett Lumber Company Production of organic acids and salts thereof from cellulosic materials
JPH09241001A (en) * 1996-03-08 1997-09-16 Agency Of Ind Science & Technol Production of hydrogen from cellulose based biomass
JP2003145090A (en) * 2001-11-12 2003-05-20 Univ Tohoku Method of treating organic waste and method of producing acetic acid
JP2003205281A (en) * 2002-01-16 2003-07-22 Memorial Network Kk Continuous detoxifying treatment of waste containing organic chlorine compound, recycling method thereof and apparatus therefor
JP2005200322A (en) * 2004-01-14 2005-07-28 Canon Inc Method for producing lactic acid
JP2005225972A (en) * 2004-02-12 2005-08-25 Maywa Co Ltd Gasification process of biomass

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2750414A (en) * 1952-11-03 1956-06-12 Crossett Lumber Company Production of organic acids and salts thereof from cellulosic materials
JPH09241001A (en) * 1996-03-08 1997-09-16 Agency Of Ind Science & Technol Production of hydrogen from cellulose based biomass
JP2003145090A (en) * 2001-11-12 2003-05-20 Univ Tohoku Method of treating organic waste and method of producing acetic acid
JP2003205281A (en) * 2002-01-16 2003-07-22 Memorial Network Kk Continuous detoxifying treatment of waste containing organic chlorine compound, recycling method thereof and apparatus therefor
JP2005200322A (en) * 2004-01-14 2005-07-28 Canon Inc Method for producing lactic acid
JP2005225972A (en) * 2004-02-12 2005-08-25 Maywa Co Ltd Gasification process of biomass

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010207684A (en) * 2009-03-09 2010-09-24 Osaka Prefecture Univ Method of decomposing galenical residue
JP2011105807A (en) * 2009-11-13 2011-06-02 Tamiaki Kanabe Apparatus, system and method for producing hydrogen gas
JP2012006836A (en) * 2011-10-13 2012-01-12 Tamiaki Kanabe Apparatus for producing hydrogen gas
JP2012056839A (en) * 2011-10-13 2012-03-22 Tamiaki Kanabe Hydrogen gas-producing apparatus
JP2012102013A (en) * 2012-01-12 2012-05-31 Tamiaki Kanabe Hydrogen gas production apparatus
US9556391B2 (en) 2012-07-13 2017-01-31 Phillips 66 Company Method for producing renewable hydrogen from biomass derivatives using steam reforming technology
JP5270793B1 (en) * 2012-12-28 2013-08-21 民朗 金辺 Hydrogen production method, hydrogen storage method and hydrogen transport method
CN111393283A (en) * 2020-03-13 2020-07-10 中国科学院广州能源研究所 Method for directionally and environmentally producing low-acid and carbon dioxide by biomass
CN111393283B (en) * 2020-03-13 2023-01-13 中国科学院广州能源研究所 Method for directionally and environmentally producing low-acid and carbon dioxide by biomass

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007091707A (en) Method and equipment for production of organic acid
Kannan et al. Gasification of biomass chars in carbon dioxide: dependence of gasification rate on the indigenous metal content
Chen et al. Preparation and characterization of activated carbon from hydrochar by phosphoric acid activation and its adsorption performance in prehydrolysis liquor
JP4814537B2 (en) Hydrogen production method and apparatus
JP4604194B2 (en) Method for hydrolysis of cellulose using catalyst and method for producing glucose using catalyst
CN102292283B (en) Catalysts for the production of hydrogen
Guo et al. Supercritical water gasification of biomass and organic wastes
JP2009201405A (en) Method for producing glucose, and method for producing sulfonated active carbon
KR20230159620A (en) Method for preparing diol
KR970005529B1 (en) Process for preparing activated carbon
CN102333748A (en) Method for producing ethanol
JP2008037931A (en) Solid fuel and method for producing the same
US20080227972A1 (en) Decomposition method of cellulose and production method of glucose
JP2021104916A (en) Method for producing amorphous silica and method for producing cosmetic raw material
KR101114491B1 (en) Method for recovering platinum group element
JPH11172262A (en) Process for gasifying cellulosic biomass
JP2675170B2 (en) Gasification method
JP2005200340A (en) Method for producing monocarboxylic acid
JP4919253B2 (en) Biological organic resource processing method and system
WO2013159322A1 (en) Method for preparing acetic acid
JP5207510B2 (en) Method for producing formic acid by wet oxidation of biomass
Uzunova et al. Preparation of low-ash-content porous carbonaceous material from rice husks
JP4673255B2 (en) Monosaccharide and furfural production method
JP4726035B2 (en) Production method of sugar and solid fuel using biomass as raw material
EP1454671A1 (en) A catalyst for use in production of hydrogen by conversion of organic matter in water

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20081008

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110930

A02 Decision of refusal

Effective date: 20120203

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02