JP2008246307A - 有機物の分解処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超臨界処理に使用した低分子量アルコールの回収率を向上させた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と、分解処理槽を加熱する加熱手段と、加熱手段により所定量の加熱を行うことで、分解処理槽内の温度を制御する制御手段とを備えた有機物の分解処理装置であって、制御手段は、分解処理後における分解処理槽内の温度を、低分子量アルコールの沸点以上の温度である所定温度範囲内に維持するように加熱手段による加熱量を制御する加熱量制御手段を備えた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

ところで、上記の低分子量アルコールと水とを用いた有機物の分解処理においては、被処理物であるバイオマス系廃棄物等の有機物と、この有機物に対して過剰量のアルコールと水の混合溶媒とを耐圧容器中に入れて加熱加圧して混合溶媒を超臨界状態として分解処理を行うようになっているため、分解処理後に耐圧容器内の雰囲気を大気中にそのまま開放すると、反応に寄与せずに残った低分子アルコールがガスの状態で大気中に放散されてしまい、低分子アルコールが無用に消費されてしまう。しかも、低分子アルコールとしてメタノールが好適に使用されるが、メタノールの場合、人体に有害であるため、公害を招く恐れがある。

一方、メタノールを冷却、液化して回収しようとすると、別途、回収工程を設ける必要が生じる。

本発明は、上記事情に鑑みて、超臨界処理に使用した低分子量アルコールを分離、回収し、その際の回収率を向上させた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と、分解処理槽を加熱する加熱手段と、加熱手段により所定量の加熱を行うことで、分解処理槽内の温度を制御する制御手段とを備えた有機物の分解処理装置であって、制御手段は、分解処理後における分解処理槽内の温度を、低分子量アルコールの沸点以上の温度である所定温度範囲内に維持するように加熱手段による加熱量を制御する加熱量制御手段を備えたことを特徴としている。

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、メタノールが好ましい。

本発明に係る有機物の分解処理装置によれば、有機物と低分子量アルコールとが供給され、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備えた有機物の分解処理装置において、分解処理槽内の温度を制御する制御手段が、分解処理後における分解処理槽内の温度を、低分子量アルコールの沸点以上の温度である所定温度範囲内に維持するように加熱手段による加熱量を制御するので、加熱量制御手段は、槽本体内の低分子量アルコールが略完全に気体排出配管へ排出されるまで、所定時間に亘り、槽本体内の温度を所定温度範囲内に維持するよう制御する。これにより、槽本体内に低分子量アルコールを残存させることなく、全ての低分子量アルコールを気体排出配管へ排出させることができる。

更に、低分子量アルコールがメタノールである場合には、他のアルコールに比較してメタノールは毒性が高いので、メタノールを高い回収率で回収することで公害を招く恐れを低減できる。

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、気体冷却装置５と、制御手段６とを備えている。

溶媒供給手段２は、溶媒としての低分子量アルコール及び水を所定比率で供給する。ここで、低分子量アルコールとは、メタノール、エタノール等が挙げられるが、メタノールが好ましい。

有機物供給手段３は、所定の大きさに粉砕された有機物を供給する。有機物としては、特に限定されないが、例えば、木材、紙、紙パルプ製品、農産物、食品、都市ゴミ中に含まれる多糖類系物質（例えはデンプンやセルロース等）などのバイオマス系廃棄物が挙げられる。

溶媒供給手段２からの溶媒、及び有機物供給手段３からの有機物は、内部に攪拌手段８を備えた混合槽７に供給される。

分解処理槽４は、槽本体２０と、攪拌手段１２と、加熱手段１３と、温度検出手段１４とを備えている。槽本体２０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ている。槽本体２０の上部は、上流側において、原料供給配管９を介して混合槽７と連結されている。原料供給配管９には、スラリーポンプ等のポンプ１０と、制御手段６により開閉が制御される電磁弁１１とが設けられている。

また、槽本体２０の上部は、下流側において、気体排出配管１６を介して気体冷却装置５と連結されている。槽本体２０の下部は、生成物回収配管１７を介して生成物回収槽１９と連結されている。

攪拌手段１２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１３は、槽本体２０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１４は、槽本体２０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１６は、分解処理槽４の出口側に、圧力調整装置１５が設けられている。圧力調整装置１５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１５の動作は制御手段６により制御されている。

気体冷却装置５は、気体排出配管１６から排出された気体を冷却して液化させる。

制御手段６は、温度検出手段１４から送信された槽本体２０内の温度データに基づき加熱手段の加熱量を制御する加熱量制御手段１８を備えている。加熱量制御手段１８は、分解処理後における分解処理槽４内の温度を、低分子量アルコールの沸点以上の温度である所定温度範囲内に維持するように加熱手段１３の加熱量を制御する。

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。溶媒供給手段２から供給された溶媒及び有機物供給手段３から供給された有機物を、混合槽７において攪拌手段８により攪拌混合する。

尚、この混合槽７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。

混合槽７において混合した溶媒及び有機物を、電磁弁１１を開放し、原料供給配管９から槽本体２０へとポンプ１０により送り、槽本体２０内に収容した後、槽本体２０を密閉する。槽本体２０を加熱手段１３により所定温度まで加熱する。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２０内に収容された木材、紙、などの有機物は、溶媒とともに攪拌手段１２により攪拌される。そして、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。

分解反応終了後、加熱量制御手段１８は、槽本体２０内の温度を、低分子量アルコールの沸点以上の温度である所定温度範囲内に維持するよう加熱手段１３による加熱量を制御する。例えば、低分子量アルコールがメタノールである場合、沸点は６４．７℃であるので、６４．７℃以上の所定温度範囲内に維持する。

所定温度範囲の上限は、１００℃以下である。所定温度範囲の上限を１００℃としたのは、槽本体２０内の気体が１００℃以下で気体排出配管１６に排出された場合には、気体冷却装置５で気体中のメタノールを最終的に９９．５％（所定得率）以上捕捉して回収し得るからである。

ただし、気体排出時、槽本体２０内の圧力は常圧よりも高くなっているため、それに伴って低分子量アルコールの沸点も高くなると考えられる。従って、加熱量制御手段１８は、槽本体２０内の圧力を考慮した上で加熱手段１３の加熱量を制御することが好ましい。即ち、例えば、槽本体２０内に圧力検出手段を備え、この圧力検出手段により槽本体２０内の圧力を検出し、検出された圧力に基づいてその圧力における低分子量アルコールの沸点を演算する。そして、この演算された沸点以上の温度範囲内になるよう加熱手段１３の加熱量を制御するといったことを行う。

槽本体２０内が低分子量アルコールの沸点以上の温度である所定温度範囲内に維持された状態で、気体を槽本体２０から気体排出配管１６に排出する。

槽本体２０内の温度が、低分子量アルコールの沸点以上の温度であるので、分解処理の際に有機物に結合することなく単体のまま存在している低分子量アルコールは、気体の状態である。そして、この状態で圧力調整装置７５を開放すると、低分子量アルコールは、気体の状態を維持しつつ気体排出配管１６へと流出する。

加熱量制御手段１８は、槽本体２０内の低分子量アルコールが略完全に気体排出配管１６へ排出されるまで、所定時間に亘り、槽本体２０内の温度を所定温度範囲内に維持するよう制御する。これにより、槽本体２０内に低分子量アルコールを残存させることなく、全ての低分子量アルコールを気体排出配管１６へ排出させることができる。

ところで、圧力を開放して常圧付近に戻したことによって吸熱反応が生じるために、槽本体２０内の温度が低下する。その際、低分子量アルコールの沸点以下にまで温度が低下すると、低分子量アルコールが液化してしまい気体として回収できなくなる。そのため、槽本体２０内を低分子量アルコールの沸点以上の温度に維持し続けるよう制御することが好ましい。

気体排出配管１６内を流通する低分子量アルコール及び水からなる気体は、気体冷却装置５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、回収される。この液体の状態で回収された溶媒は、再度反応用の溶媒として溶媒供給手段２から供給され分解処理反応に利用される。これにより、高価な低分子量アルコールを複数回に亘って利用することが可能となり、コストが削減できる。

低分子量アルコールとしてメタノールを使用した場合には、メタノールは非常に毒性が高いので、略完全に回収することが好ましいが、本実施形態では、加熱量制御手段１８が、槽本体２０内の温度をメタノールの沸点以上の温度に維持する。そして、メタノールが略完全に気体排出配管１６へ排出されるまで、所定時間に亘り、槽本体２０内の温度を所定温度範囲内に維持するよう制御する。更に、槽本体２０から排出したメタノールを気体冷却装置５において冷却し液化して回収するので、毒性の高いメタノールを高い回収率で回収することができる。

よって、メタノールがガスの状態で大気中に放散されてしまい、低分子アルコールが無用に消費されてしまうといったことがなく、公害を招く恐れもない。

気体排出後、槽本体２０下部に固体の状態で残存しているグルコース誘導体を、生成物回収配管１７から槽本体２０内に残存する水やその他の生成物とともに取り出し、生成物回収槽１９に回収する。ここで、水はメタノールなどの低分子量アルコールよりも沸点が高いので、槽本体２０の温度を所定温度範囲内に維持した場合であっても低分子量アルコールの排出後、液体の状態で槽本体２０内に残存する。しかしながら、加熱量制御手段１８の制御により、槽本体２０内の低分子量アルコールは略完全に気体排出配管１６へと排出されているので、槽本体２０内に残存する溶媒中に低分子量アルコールが含まれることはない。

よって、グルコース誘導体を生成物回収槽１９に回収後、グルコース誘導体と溶媒やその他の生成物とを分離し、溶媒を廃棄する場合であっても、高価な低分子量アルコールが廃棄されるといったことがない。

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、他のアルコールに比較して毒性が高いので、残存溶媒とともに廃棄されることは好ましくない。しかし、加熱量制御手段１８により、残存溶媒中にはメタノールが含まれていないため、作業工程中の安全や廃棄により公害を招くといった問題を解消することができる。

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
６ 制御手段
１３ 加熱手段
１８ 加熱量制御手段

Claims (2)

1. 有機物と低分子量アルコールとが供給され、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と、分解処理槽を加熱する加熱手段と、加熱手段により所定量の加熱を行うことで、分解処理槽内の温度を制御する制御手段とを備えた有機物の分解処理装置であって、制御手段は、分解処理後における分解処理槽内の温度を、低分子量アルコールの沸点以上の温度である所定温度範囲内に維持するように加熱手段による加熱量を制御する加熱量制御手段を備えたことを特徴とする有機物の分解処理装置。
2. 低分子量アルコールがメタノールである請求項１に記載の有機物の分解処理装置。

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