JP2008246306A - 有機物の分解処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低分子量アルコールを超臨界状態として有機物の分解処理を行う際に、被処理物の種類に関わらず、容易に有価物を得ることの可能な有機物の分解処理装置を提供することを目的としている。
【解決手段】有機物の分解処理装置は、有機物と所定濃度の低分子量アルコール水溶液とが供給され、低分子量アルコールを超臨界状態にして有機物を分解処理する分解処理槽を有する有機物の分解処理装置であって、分解処理槽に供給される有機物の含水量を調整する含水量調整手段を備えていることを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物の分解処理装置に関する。

近年、大量のバイオマス系廃棄物が廃棄されている。これら廃棄物を分解すると共に、有価物を回収する手法として超臨界流体による手法が注目されている。特に、超臨界流体として、超臨界水が古くから注目されている。超臨界水を用いると、バイオマス系廃棄物等の有機物が効率よく分解されるのであるが、分解生成物として炭酸ガスや水等の低分子化合物にまで分解されるため、有価物を回収することが困難である。

そこで、超臨界状態の水に代えて、低分子量アルコールを超臨界状態にして、有機物を分解する方法が既に提案されている（特許文献１、２参照）。
すなわち、超臨界状態にした低分子量アルコールは、超臨界水に比べ、きわめて穏和な条件ながら、有機物を分解し、減容化できる能力を持つ。しかも、有機物中のデンプンやセルロース等の多糖類系物質から、効率良く有価物であるグルコース誘導体を得ることができる。

さらに、低分子量アルコールと少しの水との混合溶媒を用いる手法によれば、超臨界状態の低分子量アルコールと亜臨界状態の水による反応を実現できる。亜臨界状態の水は、超臨界状態の水よりも穏和な反応性を示すため、有機物を炭酸ガスや水等の低分子化合物にまで分解しない程度の反応性で留めておくことができる。前記多糖類系物質の分解においては、低分子量アルコールのみでは分解しづらいセルロールの分解反応を補助する役割を担うため、より効率よく有価物であるグルコース誘導体を回収できるようになる。

特開2001-170601号公報 特開2005-296906号公報

上記技術に関し、混合溶媒中の低分子量アルコール濃度（言い換えれば含水量）によって、有機物の反応性に違いが生じる。例えば、含水量が高いほど分解反応の速度が速くなると共に、低分子化合物にまで分解される割合も高くなってしまう。そのため、反応を制御するために、低分子量アルコールと水の割合を、所定の範囲内とすることが非常に重要であるが、被処理物である有機物にも水が含まれており、その含水量は、種々であるため、有機物の含水量毎に、低分子量アルコールの濃度を調整しなければならない。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、低分子量アルコールを超臨界状態として有機物の分解処理を行う際に、被処理物の種類に関わらず、容易に有価物を得ることの可能な有機物の分解処理装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明にかかる有機物の分解処理装置は、有機物と所定濃度の低分子量アルコール水溶液とが供給され、低分子量アルコールを超臨界状態にして有機物を分解処理する分解処理槽を有する有機物の分解処理装置であって、分解処理槽に供給される有機物の含水量を調整する含水量調整手段を備えていることを特徴としている。

また、含水量調整手段は、有機物分解処理後の分解処理槽からの排熱により有機物の含水量を調整するように構成されている

本発明の分解処理装置において、使用可能な低分子量アルコールとしては、特に限定されないが、低分子量アルコールが好ましい。

本発明に係る有機物の分解処理装置によれば、有機物と所定濃度の低分子量アルコール水溶液とが供給され、低分子量アルコールを超臨界状態にして有機物を分解処理する分解処理槽を有する有機物の分解処理装置において、分解処理槽に供給される有機物の含水量を調整する含水量調整手段を備えたので、分解処理の前に被処理物である有機物の含水量を調整することができる。よって、有機物の含水量を所定値にすることができるので、有機物の含水量に影響されることなく、常に所定の低分子量アルコール濃度を有する溶媒を調整できる。これにより、目的とする超臨界反応を実現することができる。さらには、溶媒計量作業が単純化できる。

また、含水量調整手段は、有機物分解処理後の分解処理槽からの排熱により有機物の含水量を調整するように構成されている場合には、高温となった分解処理槽を冷却する際の熱の有効利用が図れる。

そして、低分子量アルコールがメタノールである場合には、特にその濃度が反応性に大きく関与するため、より正確な低分子量アルコール濃度に調整する必要がある。また、他のアルコールに比較して低い温度及び圧力であっても超臨界状態となることができ、穏和な条件で有価物を生成することができる。

以下に、本発明に係る有機物の分解処理装置１を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明の一実施形態にかかる有機物の分解処理装置の構成概略図を示している。

図１に示すように、この有機物の分解処理装置１は、溶媒供給手段２と、有機物供給手段３と、分解処理槽４と、気体回収装置５と、制御手段６とを備えている。
溶媒供給手段２は、低分子量アルコール貯槽２１と、水貯槽２２と、回収液槽２３と、低分子量アルコール計量タンク２６と、水計量タンク２７と、回収液計量タンク２８と、溶媒調整槽２４とを備えている。

低分子量アルコール貯槽２１は、ポンプ及び電磁弁が設けられた配管を介して低分子量アルコール計量タンク２６に連結されている。また、水貯槽２２は、ポンプ及び電磁弁が設けられた配管を介して水計量タンク２７に連結されている。

回収液槽２３は、後述する気体回収装置５によって回収された水を含む低分子量アルコール回収液を貯留するようになっているとともに、低分子量アルコール濃度検出手段２９を備え、ポンプ及び電磁弁が設けられた配管を介して回収液計量タンク２８に連結されている。

低分子量アルコール計量タンク２６、水計量タンク２７及び回収液計量タンク２８は、それぞれロードセル（図示せず）を備えており、このロードセルで検出された各液体の重量が制御手段６に送られるようになっている。

また、低分子量アルコール計量タンク２６、水計量タンク２７及び回収液計量タンク２８は、溶媒調整槽２４より上方に配置されていて、各タンク下方に設けられた電磁弁が開放されると、計量された各液体を溶媒調整槽２４に自然流下させることができるようになっている。溶媒調整槽２４は攪拌手段２５を備えている。

有機物供給手段３は、ホッパー３１と、粉砕手段３２と、含水量調整装置３３とを備えている。
ホッパー３１の下方にはホッパー３１に投入された有機物を粉砕手段３２に搬送するコンベア３４が設けられている。

ここで、本実施形態における有機物とは、バイオマス系廃棄物を意味し、例えば、木材、紙、パルプ製品、農産物、食品、都市ごみ中に含まれる多糖類系物質（例えばデンプンやセルロース等）などが挙げられる。

粉砕手段３２は、粉砕と搬送の双方の機能を備えたスクリューフィーダ、ロータリーフィーダおよび振動フィーダ等が用いられる。尚、これらに換えて、内部にミルやカッター等を備えた粉砕機と、粉砕機の出口側配管に設けたスラリーポンプとを組み合わせて設置し、粉砕及び搬送をそれぞれ行ってもよい。

粉砕手段３２の下流側は含水量調整装置３３と連結されている。

含水量調整装置３３は、有機物攪拌手段３５、含水量検出手段３６及び乾燥手段３７及びロードセル（図示せず）を備えている。有機物攪拌手段３５は、装置内部に収容された有機物の含水量を調整する際に有機物の攪拌を行う。含水量検出手段３６は、誘電式、電気抵抗式又は近赤外線式等の方式により有機物の含水量を検出し、検出データを制御手段６へ送信する。

乾燥手段３７は、ブロア３８と、ブロワ３８から供給さる空気を加熱するヒーターなどの加熱装置３９とを備えている。ブロア３８及び加熱装置３９の運転停止は、制御手段６によって制御されるようになっている。

上記乾燥手段３７に換えて、又は、乾燥手段３７を補助する目的で、有機物分解処理後の分解処理槽からの排熱を含水量調整装置３３内に送り、有機物の含水量を調整するように構成してもよい。これにより、エネルギーの有効利用が図れ、コスト削減することができる。

尚、ここでは、含水量調整装置３３として乾燥手段３７によるブロア３８及び加熱装置３９による熱風乾燥を用いたが、これに限られず、減圧脱水、遠心脱水又はアセトンなどの有機溶剤への含浸による脱水等を用いてもよい。

また、必要により、含水量調整装置３３は有機物の含水量が所定値より少ない場合に、有機物に水分を供給する水分供給手段を備えてもよい。更に、水分供給手段は噴霧器等により構成され、配管を介して水貯槽２２に連結された構造としてもよい。

また、含水量調整装置３３に備えているロードセルで検出された有機物の重量が制御手段６に送られるようになっている。

含水量調整装置３３は、分解処理槽４より上方に配置されていて、各タンク下方に設けられた電磁弁が開放されると、計量された有機物を分解処理槽４に落下させ収容させることができるようになっている。

分解処理槽４は、槽本体４１と、攪拌手段４２と、加熱手段４３と、温度検出手段４４とを備えている。

槽本体４１は、低分子量アルコールが超臨界となる条件下で有機物の分解処理が可能な高圧密閉容器で形成される。槽本体４１の上部は、溶媒供給配管７１を介して溶媒調整槽２４と連結され、また、有機物供給配管７２を介して含水量調整装置３３と連結されている。更に、槽本体４１の上部は、気体排出配管７３を介して気体回収装置５と連結されている。槽本体４１の下部は、生成物回収配管７４が連結されている。

攪拌手段４２は、攪拌軸及び攪拌羽根を有し、攪拌軸の回転は制御手段６により制御されている。

加熱手段４３は、槽本体４１を略全域に亘って加熱する電気式、熱油式又は蒸気式等の加熱装置により構成される。

温度検出手段４４は、槽本体４１内の温度を検出し、制御手段６に検出された温度データを送信する。

気体排出配管７３は、分解処理槽４の出口側に、圧力調整装置７５が設けられている。圧力調整装置７５は、圧力調整弁や絞り機構等により構成され、分解反応終了後、分解処理槽４から気体を排出する。圧力調整装置７５の動作は制御手段６により制御されている。

気体回収装置５は、気体排出配管７３から排出された気体を冷却して液化させる冷却槽５１を備えている。冷却槽５１は、温調手段５２を備えている。

温調手段５２は、冷却槽５１内の温度を低分子量アルコールの沸点以下である所定温度に維持する。温調手段５２の運転停止は制御手段６により制御されている。

冷却槽５１を経た後の気体排出配管７３は回収液貯槽２３に接続されている。

引き続き、有機物の分解処理装置１の動作を以下に説明する。ホッパー３１内に投入された有機物は、コンベア３４によって粉砕手段３２に送られ、粉砕されつつ搬送され、含水量調整装置３３に送られる。

含水量調整装置３３に収容された有機物は、ロードセルにより重量が測定されるとともに、含水量検出手段３６により含水量が検出され、検出された重量データ及び含水量データが制御手段６に送信される。

制御手段６では、受信した有機物の含水量データが予め設定した所定の範囲より大きい場合には、有機物の含水量が所定範囲内となるのに必要な乾燥手段３７の運転時間を演算する。そして、この演算した所定の時間だけ、乾燥手段３７を運転し、含水量調整装置３３内に熱風を送るよう制御する。また、これと同時に、攪拌手段３５により含水量調整装置３３内の有機物を攪拌するよう制御する。これにより、有機物を乾燥させ、有機物の含水量を調整する。

含水量検出手段３６により検出された含水量データが、予め設定した所定の範囲より小さい場合には、水計量タンク２７において計量する水の量を、不足分に相当する量だけ増加させることで有機物の含水量を調整する。

含水量調整後の有機物は、有機物供給配管７２に設けられた電磁弁を開放することにより、有機物供給配管７２を通って分解処理槽４に送られる。

一方、回収液槽２３に貯留する回収された回収溶媒が含有する低分子量アルコールの濃度が、低分子量アルコール濃度検出手段２９により検出され、得られた低分子量アルコール濃度データが制御手段６に送信される。

制御手段６は、受信した低分子量アルコール濃度データと、予め設定した所定の低分子量アルコール濃度、及び、受信した有機物の重量データに基づいて、超臨界状態の低分子量アルコール及び亜臨界状態の水により分解処理を行ってグルコース誘導体を得るために必要な低分子量アルコール、水及び低分子量アルコール回収液の重量を演算する。

そして、演算された低分子量アルコール、水、低分子量アルコール回収液の重量を、それぞれ、低分子量アルコール計量タンク２６、水計量タンク２７及び回収液計量タンク２８により計量し、各タンクの下方に設けられた電磁弁を開放することで溶媒調整槽２４内に各液体を流下させ、攪拌手段２５により攪拌混合する。そして、溶媒調整槽２４において混合し、調整した溶媒を、溶媒供給配管７１からポンプにより分解処理槽４に供給する。

尚、この溶媒調整槽２４に、分解反応効率を向上させる所定量の触媒を添加してもよい。触媒としては、二価の銅塩、チタン、ランタノイド等のルイス酸が挙げられる。

槽本体４１は、所定量の有機物及び溶媒が内部に収容された後、密閉され加熱手段４３により所定温度まで加熱される。所定温度とは、低分子量アルコールが超臨界状態となる温度であり、例えば、低分子量アルコールとしてメタノールを主成分とする場合には２５０℃〜３００℃である。

槽本体４１内に収容された木材、紙、などの有機物は加熱加圧された溶媒（超臨界状態の低分子量アルコールと亜臨界状態の水）の作用によりデンプン、セルロースの糖鎖が切断されグルコース誘導体に分解される。ここで、溶媒中に含まれる低分子量アルコール濃度が、所定の濃度範囲に調整されているので、有価物となるグルコース誘導体を効率よく得ることが可能となる。

含水量検出手段３６により、有機物の含水量を検出し、所定の含水量に調整しているので、溶媒中の低分子量アルコール濃度を変動させるといったことがなく、所定の濃度を維持できるので、有価物であるグルコース誘導体をより効率よく得ることが可能となる。

分解反応後、圧力調整装置７５を開放し、気体を槽本体４１から気体排出配管７３に流出させる。そして、気体排出配管７３内を流通する気体は、冷却槽５１において低分子量アルコールの沸点以下まで冷却されて液化した後、ポンプにより回収液貯槽２３に送られ、収容される。

気体排出後、槽本体４１下部に固体の状態で残存しているグルコース誘導体を、槽本体４１内に残存する水やその他の生成物とともに取り出し、回収する。

以上より、有機物と所定濃度の低分子量アルコール水溶液とが供給され、低分子量アルコールを超臨界状態にして分解処理する分解処理槽を有する有機物の分解処理装置１において、分解処理槽４に供給される有機物の含水量を調整する含水量検出手段３６を備えたので、分解処理の前に被処理物である有機物の含水量を調整することができる。よって、有機物の含水量に影響されることなく、常に所定の低分子量アルコール濃度を有する溶媒を調整できる。これにより、目的とする超臨界反応を実現することができる。さらには、溶媒計量作業が単純化できる。

これにより、常に所定の低分子量アルコール濃度を有する溶媒を調整でき、目的とする超臨界反応を実現することができるため、より効率よくグルコース誘導体等の有価物が得られることとなる。

また、低分子量アルコールがメタノールである場合には、特にその濃度が反応性に大きく関与するため、より正確な低分子量アルコール濃度に調整する必要がある。また、他のアルコールに比較して低い温度及び圧力であっても超臨界状態となることができ、穏和な条件で有価物を生成することができる。

本発明にかかる分解処理装置の１つの実施の形態を示す概略構成図である。

符号の説明

１ 分解処理装置
４ 分解処理槽
３６ 含水量調整手段

Claims (3)

1. 有機物と所定濃度の低分子量アルコール水溶液とが供給され、低分子量アルコールを超臨界状態にして有機物を分解処理する分解処理槽を有する有機物の分解処理装置であって、分解処理槽に供給される有機物の含水量を調整する含水量調整手段を備えていることを特徴とする有機物の分解処理装置。
2. 含水量調整手段は、有機物分解処理後の分解処理槽からの排熱により有機物の含水量を調整するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の有機物の分解処理装置。
3. 低分子量アルコールがメタノールである請求項１又は請求項２に記載の有機物の分解処理装置。

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