JP2009077697A - Method for hydrolyzing biomass, and hydrolyzing device - Google Patents

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Inventor
Kazuhiko Suzuki
和彦 鈴木
Original Assignee
Idemitsu Kosan Co Ltd
出光興産株式会社
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for hydrolyzing biomass with pressurized hot water by which the formation of an overdecomposition product is suppressed and saccharification rate can be increased, and to provide a hydrolyzing device.
SOLUTION: The hydrolyzing device 100 is equipped with a first hydrolyzing device 110 and a second hydrolyzing device 120. The first hydrolyzing device 110 is equipped with a raw material vessel 10 into which the biomass is inserted, a saccharification vessel 20 for carrying out the hydrolyzing (saccharifying) treatment, a receiver 30 for collecting a water-soluble component after the hydrolysis, and a solid-liquid separation vessel 40 for collecting a residue after the hydrolysis. The saccharification vessel 20 comprises an inlet through which biomass-containing water slurry flows in, and an outlet which is formed at the opposite side of the inlet opening and from which the residue after the hydrolysis flows out, and a filter 21 installed in the outlet side.
COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、加圧熱水によるバイオマスの加水分解方法および加水分解装置に関する。 The present invention relates to a hydrolysis process and hydrolyzed apparatus of the biomass by pressurized hot water.

近年、温暖化防止の観点から再生可能エネルギーであるバイオマスの活用が注目されている。 In recent years, the use of biomass has been noted that the renewable energy from the viewpoint of preventing global warming. 特に、バイオエタノールの利用に関しては関心が高まっている。 In particular, there has been a growing interest with respect to the use of bio-ethanol.
バイオエタノール(バイオマスエタノールとも言う)の製造方法としては、従来デンプンから製造する方法が中心であったが、デンプン系バイオマスの資源量および穀物価格への影響から、最近ではセルロース系バイオマスからエタノールを製造する方法の開発が進められている。 As a method for producing bioethanol (also referred to as biomass ethanol), a method of manufacturing a conventional starch but was centered, the effect on the resource amount and grain prices starch-based biomass, producing ethanol from cellulosic biomass recently development of a method to have been promoted. セルロース系バイオマスからエタノールを製造する方法としては、セルロース系バイオマスを加水分解(糖化)することで、従来の発酵エタノール法を活用することができる。 As a method for producing ethanol from cellulosic biomass, to hydrolyze cellulosic biomass (saccharification), it is possible to utilize the conventional fermentation ethanol process. したがって、セルロース系バイオマスの加水分解(糖化)技術の開発が重要となる。 Therefore, development of a cellulosic biomass hydrolysis (saccharification) technique is important.

バイオマスの加水分解(糖化)技術として、硫酸中で加水分解を行う方法が提案されているが、エタノールを得る迄に硫酸を除去、中和するなどの複雑な工程になってしまう。 As hydrolysis (saccharification) technology biomass, a method of carrying out the hydrolysis in sulfuric acid have been proposed, removing sulfuric acid until obtaining ethanol, becomes complicated steps such as neutralization. また、硫酸を使用するために反応器の腐食や廃液処理の問題もある。 There is also a reactor corrosion and wastewater treatment problems to use sulfuric acid.
また、超臨界水または亜臨界水を用いてバイオマスを糖化する技術も検討されているが、単糖(ヘキソース、ペントース)が二次分解してしまい、発酵阻害物質が生成(沖野ら、“次世代バイオエタノール生産プロセスの開発” 、触媒,49(4), 271-275, (2007)参照)したり、糖収率が低下するという問題がある。 Further, although the technology considered for saccharifying biomass using supercritical water or subcritical water, monosaccharides (hexoses, pentoses) ends up decomposing secondary fermentation inhibitors produced (Okino et al., "Following development of generation bioethanol production process ", catalyst, 49 (4), 271-275, (2007) see) or there is a problem that sugar yield is reduced.
そこで、処理温度を低下させ過分解物の生成を抑制し、且つ糖収率の増加を図る手段として処理温度を低下させた加圧熱水による糖化処理が特許文献1および非特許文献1に記載されている。 Therefore, lowering the processing temperature to suppress the generation of excessively decomposed product and saccharification treatment with pressurized hot water to lower the processing temperature as a means of achieving an increase in sugar yield is described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 It is.

特許文献1には、セルロース粉末を充填させた糖化槽に加圧熱水を流すことにより水溶性オリゴ糖類を得る技術が記載されている。 Patent Document 1, a technique to obtain a water-soluble oligosaccharides have been described by flowing pressurized hot water to the saccharification tank was filled with cellulose powder.
また、非特許文献1には、原料であるコーンストーバーを加圧熱水に接触させることにより、ヘミセルロースからキシロオリゴ糖を得る方法が記載されている。 Further, Non-Patent Document 1, by contacting the maize straw as a raw material in the hot compressed water, the method of obtaining the xylooligosaccharides from hemicellulose is described.

特許第3041380号 Patent No. 3041380

しかしながら、バイオエタノールの原料として用いられるセルロース系バイオマスには、セルロース以外にもヘミセルロースが含まれており、これらは結晶性の違いから糖化に最適な温度が異なっている。 However, the cellulosic biomass used as a raw material for bio-ethanol, in addition to the cellulose contains hemicellulose, and these are optimum temperature differs saccharification a difference in crystallinity. したがって、特許文献1または非特許文献1のような構成では、セルロース系バイオマスの糖化において十分な糖収率を得ることができない。 Thus, in the configuration Patent Document 1 or Non-Patent Document 1, it is impossible to obtain sufficient sugar yield in the saccharification of cellulosic biomass.

本発明の目的は、過分解物の生成を抑制するとともに、糖化率の増加を図ることのできる加圧熱水によるバイオマスの加水分解法および加水分解装置を提供することである。 An object of the present invention is to suppress the formation of excessively decomposed product, to provide a hydrolysis and hydrolytic device of the biomass by pressurized hot water which can be achieved increases in glycation rate.

本発明のバイオマスの加水分解方法は、加圧熱水で行うバイオマスの加水分解方法であって、加水分解反応が行われる糖化槽から、加水分解反応により得られた水可溶性オリゴ糖および/又は単糖を、選択的に逐次抽出することを特徴とする。 The method of hydrolysis the biomass of the present invention is a hydrolysis process of the biomass carried out in pressurized hot water, from a saccharification tank where the hydrolysis reaction is carried out, the water-soluble obtained by hydrolysis oligosaccharides and / or single sugar, and wherein the selectively extracted successively.

この発明では、糖化槽内でバイオマスの加水分解反応が進行中の間も、加水分解により得られた水可溶性オリゴ糖および/又は単糖を糖化槽から逐次抽出している。 In the present invention, biomass hydrolysis saccharification vessel is between underway, and sequential extraction of water-soluble oligosaccharides and / or monosaccharides obtained by hydrolysis saccharification tank. これにより、単糖の過分解を抑えて水可溶性オリゴ糖および/又は単糖(以下、水可溶性オリゴ糖等と呼ぶこともある)を回収することができ、収率が向上する。 Accordingly, to suppress the excessive decomposition of monosaccharides water-soluble oligosaccharides and / or monosaccharides (hereinafter, water-soluble may also be referred to as oligosaccharide, etc.) can be recovered, thereby improving yield. 一方、糖化槽に残存している水スラリーは加水分解反応する時間が長くなるので、より確実に加水分解され、糖収率が向上する。 On the other hand, since the aqueous slurry remaining in saccharification tank time for the hydrolysis reaction becomes longer, it is more reliably hydrolyzed, improves sugar yield.

本発明のバイオマスの加水分解方法において、前記糖化槽内に設けられた無機分離膜で水可溶性オリゴ糖および/又は単糖を選択的に逐次抽出することが好ましい。 In biomass hydrolysis method of the present invention, it is preferable to selectively sequential extraction of water-soluble oligosaccharides and / or monosaccharides in mineral separation film provided on the glycated tank.
この本発明では、糖化槽内に無機分離膜が設けられ、糖化槽内の加水分解反応により生成した水可溶性オリゴ糖等は無機分離膜を透過する。 In the present invention, the inorganic separation membrane is provided saccharification tank, the water-soluble oligosaccharides such as produced by the hydrolysis reaction of saccharification vessel is transmitted through the inorganic separation membrane. したがって、水可溶性オリゴ糖等を選択的に抽出することができ、糖収率の向上を図ることができる。 Therefore, it is possible to selectively extract water-soluble oligosaccharide or the like, it is possible to improve the sugar yield.

本発明のバイオマスの加水分解方法において、前記糖化槽の出口に設けられた固液分離槽で水可溶性オリゴ糖および/又は単糖を分離することが好ましい。 In biomass hydrolysis method of the present invention, it is preferred to separate the water-soluble oligosaccharides and / or monosaccharides in the solid-liquid separation tank provided at the outlet of the glycated tank.
この発明では、糖化槽で加水分解反応されなかった重質分が固液分離槽に導入され、固体と液体とに分離される。 In the present invention, heavies which has not been hydrolyzed reaction is introduced into the solid-liquid separation tank in saccharification tank is separated into solid and liquid. 液体中には水可溶性オリゴ糖等が溶け込んでいるので液体を回収することにより、糖収率がさらに向上する。 Since the liquid in keeping the water-soluble oligosaccharide such as by collecting liquid, sugar yield is further improved.

本発明のバイオマスの加水分解方法において、前記加水分解反応は、少なくとも2段の前記糖化槽で行われ、加水分解反応後に前記糖化槽に残った重質分が次の糖化槽へ連続的に導入されることが好ましい。 In biomass hydrolysis method of the present invention, the hydrolysis reaction is performed in the saccharification tank at least two stages, heavies remaining glycated tank after hydrolysis reaction continuously introduced into the next saccharification tank it is preferred that the.
この発明では、少なくとも2段の糖化槽にて、少なくとも2回の加水分解を行う。 In the present invention, at least two stages of saccharification tank, the hydrolysis of at least 2 times. したがって、1回の処理で加水分解されなかった重質分を再度糖化槽に導入することにより、確実に加水分解することができる。 Therefore, by introducing once again saccharification tank heavies were not hydrolyzed in processing, it is possible to reliably hydrolysis. すなわち、糖収率が向上する。 In other words, to improve the sugar yield.

本発明のバイオマスの加水分解方法において、前記バイオマスは、セルロース系バイオマスであることが好ましい。 In biomass hydrolysis method of the present invention, the biomass is preferably a cellulosic biomass. また、1段目の前記糖化槽の加圧熱水は、150℃以上220℃以下の温度であり、2段目以降の少なくとも1段の前記糖化槽の加圧熱水は、220℃以上300℃以下の温度であることが好ましい。 Further, pressurized hot water of the glycated tank of the first stage is a temperature of 0.99 ° C. or higher 220 ° C. or less, pressurized hot water of the glycated tank at least one stage after the second stage, 220 ° C. to 300 ℃ is preferably lower.

セルロースには、ヘミセルロースとセルロースとが含まれており、これらの加水分解温度はそれぞれ異なっている。 The cellulose includes the hemicellulose and cellulose, are different these hydrolysis temperature, respectively.
この発明によれば、1段目の糖化槽では、加圧熱水の温度150℃以上220℃以下で加水分解反応を行う。 According to the present invention, the saccharification tank of the first stage, the hydrolysis reaction at below 220 ° C. temperature of 0.99 ° C. or more pressurized hot water. ここでは主にヘミセルロースが分解される。 Here is mainly hemicellulose is decomposed. また、2段目以降の少なくとも1段の糖化槽では、加圧熱水の温度220℃以上300℃以下で加水分解を行う。 Further, in the saccharification tank at least one stage of the second and subsequent stages, the hydrolysis is carried out at below 300 ° C. temperature of 220 ° C. or more pressurized hot water. ここでは主にセルロースが分解される。 Here mainly cellulose is decomposed.
このように、各物質が分解されるのに最適な温度でそれぞれ加水分解を行うので、各物質が確実に分解され、また、過分解物の生成を抑制することができる。 Thus, since the respective hydrolysis at optimal temperature for each substance they are decomposed, the material is reliably degraded, also possible to suppress the generation of excessively decomposed product. また、加水分解されにくい重質分が再度糖化槽に導入されることにより、加水分解される可能性が高くなり、糖収率が向上する。 In addition, by hydrolysis which is hard heavies it is introduced into saccharification tank again, likely to be hydrolysed, to improve the sugar yield.

本発明のバイオマスの加水分解方法において、最終段の糖化槽出口からの重質分は80℃以下に冷却されることが好ましい。 In biomass hydrolysis method of the present invention, heavies from saccharification tank outlet of the last stage is preferably cooled to 80 ° C. or less.
この発明によれば、オリゴ糖等の過分解を抑制すると共に、排熱からのエネルギー回収を図ることができる。 According to the present invention, while suppressing the excessive degradation of oligosaccharides such, it is possible to energy recovery from exhaust heat. また、最終段の糖化槽からの重質分が80℃を超えると、後段の酵素による糖化や発酵に障害を与えるおそれがある。 Further, when the heavies from saccharification tank in the final stage is more than 80 ° C., which may damage the saccharification and fermentation by subsequent enzymatic.

本発明のバイオマスの加水分解方法において、前記加圧熱水の圧力は、前記糖化槽内の飽和水蒸気圧以上であることが好ましい。 In biomass hydrolysis method of the present invention, the pressure of the pressurized hot water is preferably the a on the saturated vapor pressure of the saccharification tank. また、バイオマスに対する体積基準のスラリー液空間速度(LHSV:Liquid Hourly Space Velocity)は、0.5/hr以上60/hr以下であることが好ましい。 Further, the slurry liquid hourly space velocity on a volume basis relative to the biomass (LHSV: Liquid Hourly Space Velocity) is preferably not more than 0.5 / hr or more 60 / hr. さらに好ましくは、1/hr以上10/hr以下である。 Still more preferably not more than 1 / hr or more 10 / hr.
このような条件下で加水分解反応を行うので、加水分解反応がより促進され、糖収率の向上を図ることができる。 Since the hydrolysis reaction under these conditions, the hydrolysis reaction is promoted, it is possible to improve the sugar yield.

本発明のバイオマスの加水分解方法において、前記糖化槽内に充填された固体酸触媒を用いて加水分解することが好ましい。 In biomass hydrolysis method of the present invention, it is preferable to hydrolyze using a solid acid catalyst packed in the saccharification tank.
固体酸触媒を使用することにより、糖化槽内の加水分解反応がより促進される。 By using a solid acid catalyst, hydrolysis of glycated vessel is further promoted. したがって、低圧低温であっても糖収率が高いため、糖収率の向上とともにエネルギーの低減を図ることができる。 Thus, because of the high sugar yield even low pressure low temperature, it is possible to reduce the energy with improving sugar yield.
なお、固体酸触媒としては、例えば、ゼオライトやアルミナ等を使用することができる。 As the solid acid catalyst, for example, it can be used zeolite or alumina.

本発明のバイオマスの加水分解方法において、加水分解反応後に得られた水可溶性オリゴ糖および/又は残渣に酵素を作用させることが好ましい。 In biomass hydrolysis method of the present invention, it is preferable to effect the enzyme to the resulting water-soluble oligosaccharides and / or residue after hydrolysis reaction.
この発明では、バイオマスの加水分解の後に残った残渣に酵素を作用させる。 In the present invention, the action of the enzyme on the residue remaining after biomass hydrolysis. これにより、残渣を単糖にまで分解することができ、総合的な糖収率を向上させることができる。 Thus, the residue can be decomposed to monosaccharide, it is possible to improve the overall sugar yield.
なお、酵素としては、例えば、セルロースについてはセルラーゼを使用することができる。 As the enzyme, for example, it can be about cellulose using cellulase.

本発明のバイオマスの加水分解装置は、加圧熱水を用いたバイオマスの加水分解を行う糖化槽と、前記糖化槽で加水分解された水可溶性オリゴ糖および/又は単糖を透過する無機分離膜と、前記糖化槽で加水分解後に残った重質分を分離する固液分離槽と、を備えたことを特徴とする。 Biomass hydrolysis apparatus of the present invention, pressurized hot water and saccharification tank carrying out the hydrolysis of biomass with, inorganic separation membrane which transmits the hydrolysis saccharification tank water soluble oligosaccharides and / or monosaccharides When, characterized in that and a solid-liquid separation tank for separating the heavy fraction remaining after hydrolysis in the saccharification tank.
この発明によれば、糖化槽でバイオマスの加水分解反応が進み、この加水分解反応で得られた水可溶性オリゴ糖等が糖化槽内に設けられた無機分離膜により抽出され、糖化槽内に残った残渣は固液分離槽によりさらに分離され、さらに水可溶性オリゴ糖等を回収することができる。 According to the invention, biomass hydrolysis reaction proceeds in saccharification tank, the hydrolysis reaction in the resulting aqueous-soluble oligosaccharide and the like are extracted by an inorganic separation membrane provided saccharification tank, remaining in saccharification tank the residue was further separated by solid-liquid separation tank, it is possible to further collect water-soluble oligosaccharide, and the like. したがって、糖収率が向上する。 Therefore, to improve the sugar yield.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 It will be described below with reference to embodiments of the present invention with reference to the drawings.
[加水分解装置の構成] Configuration of the hydrolysis apparatus]
図1は、本発明のバイオマスの加水分解方法における一実施形態の加水分解装置の概略図である。 Figure 1 is a schematic diagram of a hydrolysis apparatus of one embodiment of biomass hydrolysis method of the present invention.
図1に示すように、本実施形態の加水分解装置100は、第一の加水分解装置110と第二の加水分解装置120とを備えている。 As shown in FIG. 1, the hydrolysis apparatus 100 of this embodiment includes a first hydrolysis device 110 and a second hydrolysis device 120.

第一の加水分解装置110は、原料が投入される原料槽10と、原料槽10から導入された水スラリーの加水分解(糖化)処理を行う糖化槽20と、糖化槽20の加水分解反応により得られた水可溶性オリゴ糖等を回収する受器30と、糖化槽20の加水分解反応の残渣を回収する固液分離槽40と、を備えている。 The first hydrolysis apparatus 110 includes a raw material tank 10 which the raw material is turned, the saccharification tank 20 carrying out the hydrolysis (saccharification) processing of the introduced water slurry from the raw material tank 10, the hydrolysis reaction of saccharification tank 20 and receiver 30 to recover the resulting aqueous-soluble oligosaccharide such as, and a solid-liquid separation tank 40 for recovering the residue of the hydrolysis reaction of the saccharification tank 20.
原料槽10と糖化槽20とは流路91によって接続され、原料槽10の水スラリーが流路91を通って糖化槽20へ導入される。 The raw material tank 10 and the saccharification tank 20 is connected by a passage 91, a water slurry of the raw material tank 10 is introduced into the saccharification tank 20 through the channel 91. 流路91上には、原料槽10の水スラリーを糖化槽20へ押し出すポンプ15と、流路91内を流れる水スラリーの温度を調整する加熱器16とが設けられている。 On the passage 91 includes a pump 15 for extruding an aqueous slurry of the raw material tank 10 to the saccharification tank 20, a heater 16 is provided for adjusting the temperature of the water slurry flowing through the passage 91.

また、糖化槽20と受器30とは流路92によって接続され、糖化槽20で抽出された水可溶性オリゴ糖等が流路92を通って受器30へ回収される。 Moreover, the saccharification tank 20 and receiver 30 are connected by the passage 92, the water-soluble oligosaccharides such as extracted in saccharification tank 20 is recovered into the receiver 30 through the channel 92. 流路92上には、糖化槽20から抽出した水可溶性オリゴ糖等を冷却する冷却器25と、糖化槽20内のフィルター21からの抜き出し圧力を調整する圧力調整弁26が設けられている。 On the passage 92, a cooler 25 for cooling the water-soluble oligosaccharides such as extracted from saccharification tank 20, pressure adjusting valve 26 for adjusting the extraction pressure from the filter 21 of saccharification tank 20 is provided.
さらに、糖化槽20と固液分離槽40とは流路93によって接続され、糖化槽20の加水分解反応後の残渣が固液分離槽40へ導入される。 Moreover, the saccharification tank 20 and the solid-liquid separation tank 40 is connected by a passage 93, residue after hydrolysis of glycated tank 20 is introduced into the solid-liquid separation tank 40. 流路93上には、糖化槽20の加水分解反応後の残渣を冷却する冷却器27と、糖化槽20内の圧力を調整する圧力調整弁28が設けられている。 On the passage 93, a cooler 27 for cooling the residue after hydrolysis of glycated tank 20, the pressure regulating valve 28 for adjusting the pressure in the saccharification tank 20 is provided.
そして、固液分離槽40と受器30とは流路94によって接続されている。 Then, and it is connected by passage 94 to the solid-liquid separation tank 40 and receiver 30.

原料槽10に投入する原料としては、セルロース系バイオマス(またはリグノセルロースともいう)を用いる。 The raw material to be introduced into the raw material tank 10, using a cellulosic biomass (or also referred to as lignocellulose). 具体的には、スギ、ブナ等の木質系や、稲わら、コーンストーバ等の草本系の素材である。 Specifically, cedar, and wood of beech, etc., rice straw, which is a material of herbaceous such stover.

原料槽10は、原料であるリグノセルロース含有水スラリーを生成する槽である。 Raw material tank 10 is a tank for generating a lignocellulose-containing water slurry as a raw material. リグノセルロースの配合量は、ポンプの仕様、能力が適う限り、スラリー濃度を高くした方が好ましい。 The amount of lignocellulose, specifications of the pump, as long as the capacity meet, it is preferable that high slurry concentration. これにより、水の加熱が不要になるため、省エネルギーとなる傾向がある。 Accordingly, since the heating of the water is not required, they tend to be energy-saving.

糖化槽20は、リグノセルロース含有水スラリーを加水分解(糖化)する槽である。 Saccharification tank 20 is a tank for hydrolysis (saccharification) lignocellulose-containing water slurry. 糖化槽20は、リグノセルロース含有水スラリーが流入する流入口20Aと、この流入口20Aとは反対側に設けられ、加水分解後の残渣が流出される出口20Bと、この出口20B側に設けられたフィルター21と、フィルター21を透過した水可溶性オリゴ糖等を流出させるための流出口20Cと、を備えている。 Saccharification tank 20, an inlet 20A of lignocellulose-containing water slurry flows, provided on the side opposite this inlet 20A, and an outlet 20B which residue after hydrolysis is discharged, is provided on the outlet 20B side and a filter 21, and a, an outlet 20C for discharging the transmitted through the filter 21 the water-soluble oligosaccharide, and the like.
フィルター21は金属または焼結金属等の無機分離膜であり、水可溶性オリゴ糖等を選択的に透過させる。 Filter 21 is an inorganic separation membrane such as a metal or a sintered metal, selectively transmits water-soluble oligosaccharide, and the like.

受器30は、糖化槽20内のフィルター21を透過した水可溶性オリゴ糖等を回収する。 Receiver 30 recovers the transmitted water-soluble oligosaccharides such as the filter 21 of the saccharification tank 20. 固液分離槽40は、糖化槽20内で加水分解反応した後の残渣を固体と液体とに分離する。 Solid-liquid separation tank 40, the residue after hydrolysis saccharification tank 20 is separated into a solid and a liquid.
固液分離槽40で分離された液体分は流路94を通って前述の受器30に回収され、固体となった重質分は第二の加水分解装置120へ導入される。 Liquid component separated in the solid-liquid separation tank 40 through the flow path 94 is collected in the receiver 30 described above, heavies became solid is introduced into a second hydrolysis system 120.

流路91上に設けられたポンプ15は、原料槽10のリグノセルロース含有水スラリーを糖化槽20に導入する。 Pump 15 provided on the fluid channel 91 introduces a lignocellulose-containing water slurry of the raw material tank 10 to the saccharification tank 20. また、同じく流路91上に設けられた加熱器16は、糖化槽20に導入されるリグノセルロース含有水スラリーの温度を調整する。 Further, the heater 16 also provided on the passage 91, adjusts the temperature of the lignocellulose-containing water slurry to be introduced into the saccharification tank 20. さらに、圧力調整弁26および28は、糖化槽20内のフィルター21からの抜き出し圧と糖化槽内20の圧力をおのおの調整する。 Further, the pressure regulating valve 26 and 28 respectively adjust the extraction pressure and the pressure in the saccharification tank 20 from the filter 21 of saccharification tank 20.
ポンプ15、加熱器16、圧力調整弁26および28は、糖化槽20内が以下の条件を満たすように適宜調製される。 Pump 15, heater 16, pressure regulating valve 26 and 28, the saccharification tank 20 is appropriately adjusted so as to satisfy the following conditions.

温度は、150℃以上220℃以下、好ましくは150℃以上200℃以下である。 Temperature, 0.99 ° C. or higher 220 ° C. or less, preferably 200 ° C. 0.99 ° C. or more or less. 温度が150℃未満であると加水分解反応が遅くなり、糖収率が低くなってしまい実用的でない。 The hydrolysis reaction temperature is lower than 0.99 ° C. is delayed, sugar yield is impractical becomes low. 一方、220℃を超えると、過分解が増加して全体の糖収率を低下させる恐れがある。 On the other hand, if it exceeds 220 ° C., there is a possibility that excessively decomposed reduces the overall sugar yield increased.

圧力は、糖化槽20内が飽和水蒸気圧以上となるように圧力調整弁26または28により調整する。 The pressure is adjusted by the pressure regulating valve 26 or 28 as the saccharification tank 20 becomes the saturated vapor pressure or. 上記温度範囲では、例えば、0.5MPa以上10MPa以下である。 In the above temperature range, for example, it is 0.5MPa or more 10MPa or less.

液空間速度(LHSV)は、0.5/hr以上60/hr以下であることが好ましく、より好ましくは1/hr以上10/hr以下である。 The liquid hourly space velocity (LHSV) is preferably not more than 0.5 / hr or more 60 / hr, more preferably 10 / hr or less than 1 / hr. 液空間速度(LHSV)が0.5/hr未満であると、処理時間が長く経済性を低下させる恐れがある。 If the liquid hourly space velocity (LHSV) is less than 0.5 / hr, there is a possibility that processing time decreases the longer economical. 一方、60/hrを超えると、加水分解反応が遅くなり、糖収率が低くなってしまい実用的でない。 On the other hand, when it exceeds 60 / hr, the hydrolysis reaction is slow, sugar yield is impractical becomes low.

また、糖化槽20内には図示しない固体酸触媒が充填されていてもよい。 Moreover, the solid acid catalyst may be filled not shown in saccharification tank 20. 固体酸触媒は、固体であるため、糖の加水分解反応においてほとんどエネルギーを必要とせず、また、回収および再利用ができるので廃液の問題も生じない。 Solid acid catalysts are the solid, it does not require little energy in the hydrolysis reaction of the sugar, also recovery and reuse does not occur effluent problem since it. すなわち、環境にやさしい触媒である。 In other words, it is a catalyst-friendly environment.
固体酸触媒としては、例えば、ゼオライトやアルミナなどが挙げられる。 The solid acid catalyst, for example, such as zeolite or alumina.

流路92上に設けられた冷却器25は、糖化槽20の加水分解反応により得られた水可溶性オリゴ糖等を80℃以下に冷却する。 Condenser provided on the passage 92 25 cools the water-soluble oligosaccharides such as obtained by the hydrolysis reaction of saccharification tank 20 to 80 ° C. or less. そして、必要によりエネルギー回収を図る。 Then, reduce the energy recovered by need. また、流路93上に設けられた冷却器27は、固液分離方法に応じて冷却度合いを調整する。 Further, a cooler 27 provided on the passage 93, adjusts the degree of cooling in accordance with the solid-liquid separation methods.
なお、第一の加水分解装置110においては、この冷却器27を含まない構成としてもよい。 In the first hydrolysis device 110, it may not include the cooler 27.

次に、第二の加水分解装置120について説明する。 Next, a description is given of a second hydrolysis device 120.
第二の加水分解装置120は、第一の加水分解装置110と略同じ構成である。 The second hydrolysis device 120 is substantially the same configuration as the first hydrolysis device 110. すなわち、第一の加水分解装置110で得られた重質分が投入される原料槽50と、原料槽50から導入された水スラリーの加水分解(糖化)処理を行う糖化槽60と、糖化槽60の加水分解反応により得られた水可溶性オリゴ糖等を回収する受器70と、糖化槽60の加水分解反応の残渣を回収する固液分離槽80と、を備えている。 That is, a raw material tank 50 to heavies obtained in the first hydrolysis device 110 is turned on, the saccharification tank 60 carrying out the hydrolysis (saccharification) processing of the introduced water slurry from the raw material tank 50, saccharification tank and receiver 70 to recover the water-soluble oligosaccharides such as obtained by 60 the hydrolysis reaction, and a solid-liquid separation tank 80 for recovering the residue of the hydrolysis reaction of saccharification tank 60.
原料槽50と糖化槽60とは流路96によって接続され、原料槽50の水スラリーが流路96を通って糖化槽60へ導入される。 The raw material tank 50 and the saccharification tank 60 is connected by a passage 96, a water slurry of the raw material tank 50 is introduced into the saccharification tank 60 through the channel 96. 流路96上には、原料槽50の水スラリーを糖化槽60へ押し出すポンプ55と、流路96内を流れる水スラリーの温度を調整する加熱器56とが設けられている。 On the passage 96 includes a pump 55 for extruding an aqueous slurry of the raw material tank 50 to the saccharification tank 60, a heater 56 is provided for adjusting the temperature of the water slurry flowing through the passage 96.

また、糖化槽60と受器70とは流路97によって接続され、糖化槽60で抽出された水可溶性オリゴ糖等が流路97を通って受器70へ回収される。 Moreover, the saccharification tank 60 and receiver 70 are connected by the passage 97, the water-soluble oligosaccharides such as extracted in saccharification tank 60 is recovered into the receiver 70 through the channel 97. 流路97上には、糖化槽60から抽出した水可溶性オリゴ糖等を冷却する冷却器65と、糖化槽60内のフィルター61からの抜き出し圧力を調整する圧力調整弁66が設けられている。 On the passage 97, a cooler 65 for cooling the water-soluble oligosaccharides such as extracted from saccharification tank 60, the pressure regulating valve 66 for adjusting the extraction pressure from the filter 61 of saccharification tank 60 is provided.
さらに、糖化槽60と固液分離槽80とは流路98によって接続され、糖化槽60の加水分解反応後の残渣が固液分離槽80へ導入される。 Moreover, the saccharification tank 60 and the solid-liquid separation tank 80 is connected by a passage 98, residue after hydrolysis of glycated tank 60 is introduced into the solid-liquid separation tank 80. 流路98上には、糖化槽60の加水分解反応後の残渣を冷却する冷却器67と、糖化槽60内の圧力を調整する圧力調整弁68が設けられている。 On the passage 98, a cooler 67 for cooling the residue after hydrolysis of glycated tank 60, the pressure regulating valve 68 for adjusting the pressure in the saccharification tank 60 is provided.
そして、固液分離槽80と受器70とは流路99によって接続されている。 Then, and it is connected by passage 99 to the solid-liquid separation tank 80 and receiver 70.

原料槽50には、第一の加水分解装置110で得られた重質分が投入される。 The raw material tank 50, heavies obtained in the first hydrolysis device 110 is turned on. また、熱水槽90から流路95を介して熱水が供給され、原料槽50内にて重質分含有水スラリーが生成される。 Also, is supplied hot water through the flow passage 95 from the hot water bath 90, heavies-containing water slurry is produced by raw material tank 50. 熱水の温度は、原料槽50に投入される重質分の温度と同じかそれ以上であることが、エネルギー効率面から好ましい。 The temperature of the hot water, it is greater than or equal to the temperature of the heavies to be introduced in the raw material tank 50 is preferable from the energy efficiency. また、熱水は、ポンプの仕様や能力に適う限り、固体の重質分の濃度が高くなるように供給される。 Also, hot water, so long as meeting the pump specifications and capabilities are supplied such that the concentration of heavies solid increases.

糖化槽60の構成は、前述の糖化槽20と同じ構成である。 Configuration of saccharification tank 60 has the same configuration as the saccharification tank 20 described above. 糖化槽60は、重質分含有水スラリーが流入する流入口60Aと、この流入口60Aとは反対側に設けられ、加水分解後の残渣が流出される出口60Bと、この出口60B側に設けられたフィルター61と、フィルター61を透過した水可溶性オリゴ糖等を流出させるための流出口60Cと、を備えている。 Saccharification tank 60 includes an inlet 60A of heavies-containing water slurry flows, provided on the side opposite this inlet 60A, and an outlet 60B which residue after hydrolysis is discharged, is provided on the outlet 60B side a filter 61 which is provided with a, an outlet 60C for discharging the transmitted through the filter 61 the water-soluble oligosaccharide, and the like.
フィルター61は金属または焼結金属等の無機分離膜であり、水可溶性オリゴ糖等を選択的に透過させる。 Filter 61 is an inorganic separation membrane such as a metal or a sintered metal, selectively transmits water-soluble oligosaccharide, and the like.

受器70は前述の受器30と同じ構成であり、糖化槽60内のフィルター61を透過した水可溶性オリゴ糖等を回収する。 Receiver 70 is the same configuration as the receiver 30 described above, to recover the transmitted through the filter 61 in the saccharification tank 60 water-soluble oligosaccharides, and the like.
また、固液分離槽80は前述の固液分離槽40と同じ構成であり、糖化槽60内で加水分解反応した後の残渣を固体と液体とに分離する。 Further, solid-liquid separation tank 80 is the same configuration as the above-described solid-liquid separation tank 40, the residue after hydrolysis saccharification tank 60 is separated into a solid and a liquid.
固液分離槽80で分離された液体分は流路99を通って前述の受器70に回収される。 Solid-liquid liquid component separated in the separation tank 80 through the flow path 99 is collected to the above-described receiver 70.

流路96上に設けられたポンプ55は、原料槽50の重質分含有水スラリーを糖化槽60に導入する。 Pump 55 provided on the passage 96 introduces the heavies-containing water slurry of the raw material tank 50 to the saccharification tank 60. また、同じく流路96上に設けられた加熱器56は、糖化槽60に導入される重質分含有水スラリーの温度を調整する。 Further, the heater 56 also provided on the passage 96, adjusts the temperature of the heavies-containing water slurry to be introduced into the saccharification tank 60. さらに、圧力調整弁66および68は、糖化槽60内の圧力を調整する。 Further, the pressure regulating valve 66 and 68, to adjust the pressure of the saccharification tank 60.
ポンプ55、加熱器56、圧力調製弁66および68は、糖化槽60内が以下の条件を満たすように適宜調製される。 Pump 55, heater 56, pressure preparation valves 66 and 68, the saccharification tank 60 is appropriately adjusted so as to satisfy the following conditions.

温度は、220℃以上300℃以下、好ましくは220℃以上270℃以下である。 Temperature, 220 ° C. or higher 300 ° C. or less, preferably 270 ° C. 220 ° C. inclusive. 温度が220℃未満であると加水分解反応が遅くなり、糖収率が低くなってしまい実用的でない。 The hydrolysis reaction temperature is lower than 220 ° C. is delayed, sugar yield is impractical becomes low. 一方、300℃を超えると、過分解が増加して全体の糖収率を低下させる恐れがある。 On the other hand, if it exceeds 300 ° C., there is a possibility that excessively decomposed reduces the overall sugar yield increased.

圧力は、糖化槽60内が飽和水蒸気圧以上となるように、圧力調整弁66および68によって調整される。 Pressure, the saccharification tank 60 so that the saturated vapor pressure or less, is adjusted by the pressure regulating valve 66 and 68. 上記温度範囲では、例えば、2.5MPa以上10MPa以下である。 In the above temperature range, for example, not less than 2.5 MPa 10 MPa or less.

液空間速度(LHSV)は、0.5/hr以上60/hr以下であることが好ましく、より好ましくは1/hr以上10/hr以下である。 The liquid hourly space velocity (LHSV) is preferably not more than 0.5 / hr or more 60 / hr, more preferably 10 / hr or less than 1 / hr. 液空間速度(LHSV)が0.5/hr未満であると、処理時間が長く経済性を低下させる恐れがある。 If the liquid hourly space velocity (LHSV) is less than 0.5 / hr, there is a possibility that processing time decreases the longer economical. 一方、60/hrを超えると、加水分解反応が遅くなり、糖収率が低くなってしまい実用的でない。 On the other hand, when it exceeds 60 / hr, the hydrolysis reaction is slow, sugar yield is impractical becomes low.
また、糖化槽60内には、糖化槽20と同様の固体酸触媒を充填していてもよい。 Further, in the saccharification tank 60 may be filled with the same solid acid catalyst and saccharification tank 20.

流路97上に設けられた冷却器65は、糖化槽60の加水分解反応により得られた水可溶性オリゴ糖等を80℃以下に冷却する。 Condenser provided on the passage 97 65 cools the obtained water-soluble oligosaccharides such as obtained by the hydrolysis reaction of saccharification tank 60 to 80 ° C. or less. 冷却器65により、水可溶性オリゴ糖等の過分解を抑制できる。 The cooler 65 can be suppressed excessive decomposition, such as water-soluble oligosaccharide.
また、流路98上に設けられた冷却器67は、糖化槽60の加水分解反応後の残渣である重質分を冷却する。 Further, a cooler 67 provided on the passage 98 cools the heavies is residue after hydrolysis of glycated vessel 60. 重質分に一部含まれている場合がある水可溶性オリゴ糖等が過分解する恐れがあるため、速やかに80℃以下に冷却することが好ましい。 Since the heavies in some cases it contains a part of water-soluble oligosaccharides such as is likely over-decomposed, it is preferable to rapidly cool the 80 ° C. or less. 固液分離器80で固体分として残った残渣を、別途、酵素等で発酵させる場合は、発酵に用いる酵素に適した温度以下まで下げないようにすると、エネルギー効率が良い。 The remaining residue as solids in the solid-liquid separator 80, separately, when fermenting with an enzyme or the like, By not lowered to a temperature less suitable enzymes for use in the fermentation, energy efficient.

[加水分解装置の動作] [Operation of the hydrolysis apparatus]
次に、加水分解装置100によるバイオマスの加水分解の流れの一態様を説明する。 Next, an embodiment of the flow of hydrolysis of biomass by hydrolysis device 100.
まず、第一の加水分解装置110の原料槽10に、バイオマスであるリグノセルロースと水とを投入して、混合原料を調整する。 First, the raw material tank 10 of the first hydrolysis device 110, by introducing the lignocellulose and water is biomass, adjusts the mixed raw material. このとき、リグノセルロースの配合量は特に限定されないが、ポンプ55の輸送能力や加水分解の効率化という点から、10〜30質量%となるように調整することが好ましい。 At this time, the amount of the lignocellulose is not particularly limited, in terms of transport capacity and efficiency of the hydrolysis of the pump 55, preferably adjusted so that 10 to 30 mass%.
次に、糖化槽20内が温度150℃以上220℃以下、圧力が飽和水蒸気圧以上、液空間速度が0.5/hr以上60/hr以下となるようにポンプ15、加熱器16、圧力調製弁26および28を調整する。 Then, saccharification tank 20 the temperature 0.99 ° C. or higher 220 ° C. or less, the pressure is the saturated water vapor pressure or higher, the pump 15 so that the liquid space velocity is less than 0.5 / hr or more 60 / hr, the heater 16, the pressure preparation adjusting the valve 26 and 28.
このような条件下で、リグノセルロース含有水スラリーが、原料槽10から流路91を通って糖化槽20へ導入される。 Under such conditions, the lignocellulose-containing water slurry is introduced into the saccharification tank 20 from the raw material tank 10 through the channel 91.

そして、糖化槽20内では加水分解反応によりオリゴ糖が生成する。 The oligosaccharides produced by the hydrolysis reaction in the saccharification tank 20. この条件下で分解されるのは主にヘミセルロースである。 It is mainly hemicellulose to be degraded under these conditions. 生成したオリゴ糖は水に溶けた状態でフィルター21を透過し、流路92を通って受器30に回収される。 The resulting oligosaccharide is transmitted through the filter 21 in a state dissolved in water, it is collected in receiver 30 through the channel 92.
糖化槽20内には、加水分解されなかったリグノセルロースや水不溶のオリゴ糖を含む重質分が残渣として残り、流路93を通って固液分離槽40へ導入される。 The saccharification tank 20, heavies comprising an oligosaccharide of lignocellulose or water-insoluble which has not been hydrolysed is introduced the remainder, through the flow path 93 to the solid-liquid separation tank 40 as a residue.
なお、固液分離槽40へ導入する前に、この重質分を再度糖化槽20に導入してもよい。 Incidentally, prior to introduction into the solid-liquid separation tank 40 may be introduced into the heavies again saccharification tank 20.
固液分離槽40では、固体と液体とに分離され、液体は水可溶性オリゴ糖等として流路94を通って受器30に回収される。 In the solid-liquid separation tank 40 is separated into solids and liquid, the liquid is collected in the receiver 30 through the channel 94 as a water-soluble oligosaccharide, and the like.

一方、固体として残った重質分は、第二の加水分解装置120の原料槽50に、例えば圧送で投入される。 On the other hand, the heavy fraction remaining as solids, the raw material tank 50 of the second hydrolysis device 120, for example, introduced by pumping.
原料槽50には、さらに熱水槽90から流路95を介して熱水が供給され、重質分含有水スラリーが生成される。 The raw material tank 50 is further hot water supplied through the flow passage 95 from the hot water bath 90, heavies-containing water slurry is produced. 重質分の配合割合は、重質分含有水スラリー全量基準で20質量%である。 The mixing ratio of the heavies is 20% by mass heavies-containing water slurry total amount.
次に、糖化槽60内が温度220℃以上300℃以下、圧力が飽和水蒸気圧以上、液空間速度が0.5/hr以上60/hr以下となるようにポンプ55、加熱器56、圧力調製弁66および68を調整する。 Then, saccharification tank 60 within a temperature 220 ° C. or higher 300 ° C. or less, the pressure is the saturated water vapor pressure or higher, the pump 55 so that the liquid space velocity is less than 0.5 / hr or more 60 / hr, heater 56, pressure Preparation adjusting the valves 66 and 68.

このような条件下で、重質分含有水スラリーが、原料槽50から流路96を通って糖化槽60へ導入される。 Under such conditions, heavies-containing water slurry is introduced into the saccharification tank 60 from the raw material tank 50 through the channel 96.
そして、糖化槽60内の加水分解反応によりオリゴ糖が生成する。 The oligosaccharide is produced by the hydrolysis reaction of saccharification tank 60. ここで分解されるのは主にセルロースである。 Are mainly cellulose being decomposed here. オリゴ糖は水に溶けた状態でフィルター61を透過し、流路97を通って受器70に回収される。 Oligosaccharides through the filter 61 in a state dissolved in water, is collected in receiver 70 through the channel 97.
糖化槽60内には、加水分解されなかったリグノセルロースを含む重質分が残渣として残り、流路98を通って固液分離槽80へ導入される。 The saccharification tank 60, heavies containing lignocellulose which has not been hydrolysed is introduced through the remaining, the flow path 98 to the solid-liquid separation tank 80 as a residue.
なお、固液分離槽80へ導入する前に、この重質分を再度糖化槽60に導入してもよい。 Incidentally, prior to introduction into the solid-liquid separation tank 80 may be introduced into the heavies saccharification tank 60 again.
固液分離槽80では、固体と液体とに分離され、液体は水可溶性オリゴ糖等として流路99を介して受器70に回収される。 In the solid-liquid separation tank 80 is separated into solids and liquid, the liquid is collected in the receiver 70 via the flow path 99 as a water-soluble oligosaccharide, and the like.
このように、受器30および受器70に回収されたオリゴ糖は、水溶液から公知の方法で単離、精製することにより、燃料、繊維、複合材、食品等の各種用途に利用することができる。 Thus, oligosaccharides recovered into a receiver 30 and receiver 70 are isolated in a known manner from aqueous solutions, by purification, fuel, fiber, composite, it is utilized in various applications such as foods it can.

さらに、最終的に得られた残渣を分解して単糖を製造することができる。 Furthermore, it is possible to produce a monosaccharide to decompose the finally obtained residue. 残渣を単糖に加水分解する方法としては、酵素を用いることが好ましい。 As a method of hydrolyzing the monosaccharide residue, it is preferable to use an enzyme. 酵素としては、例えば、セルラーゼ、ヘミセルラーゼなどが挙げられる。 As the enzyme, for example, cellulase, such as hemicellulase and the like.
得られた単糖は発酵によりアルコール等に利用することができる。 The resulting monosaccharides can be utilized to alcohol by fermentation.

以上に述べた本実施形態においては次に示す作用効果がある。 There are advantageous effects listed below in the present embodiment described above.
本実施形態では、糖化槽20(または糖化槽60)内にフィルター21(またはフィルター61)を設けたので、加水分解反応により生成した水可溶性オリゴ糖等を、糖化槽20(または糖化槽60)から逐次抽出することができる。 In the present embodiment, saccharification tank 20 (or glycated vessel 60) the filter 21 within (or filter 61) is provided with the, were produced by the hydrolysis reaction of water-soluble oligosaccharides such as, saccharification tank 20 (or glycated tank 60) it can be sequentially extracted from. したがって、糖化槽20(または糖化槽60)内に残った重質オリゴ糖の反応時間を長くすることができ、糖収率が向上する。 Thus, the saccharification tank 20 (or glycated tank 60) the reaction time of the remaining heavy oligosaccharide can be lengthened in, improves sugar yield.
また、生成した水可溶性オリゴ糖等を逐次抜き出すことで、過分解を抑制できる。 In addition, by withdrawing the produced water-soluble oligosaccharides such as sequential, it can be suppressed excessive decomposition.
すなわち、過分解物の生成を抑制して糖収率を向上させることができる。 That is, it is possible to improve the sugar yield by suppressing the generation of excessively decomposed product.

また、加水分解後の残渣である重質分を固液分離槽40(または固液分離槽80)で固体と液体を分離して液体を回収するので、さらなる糖収率の向上を図ることができる。 Further, since the separating heavies solid at the solid-liquid separation tank 40 (or solid-liquid separation tank 80) and a liquid which is a residue after hydrolysis to recover the liquid, be further improved sugar yield it can.

さらに、フィルター21(またはフィルター61)が糖化槽20(または糖化槽60)の出口20B(または出口60B)側に設けられている。 Moreover, the filter 21 (or filter 61) is provided in the outlet 20B (or outlet 60B) side of the saccharification tank 20 (or glycated tank 60). 糖化槽20(または糖化槽60)の流入口20A(または流入口60A)から加水分解反応が始まり、出口20B(または出口60B)付近では加水分解されたオリゴ糖の含量が多くなっている。 Begins the hydrolysis reaction from the inlet 20A (or inlet 60A) of saccharification tank 20 (or glycated tank 60), it is increasingly content of hydrolyzed oligosaccharides in the vicinity of the outlet 20B (or outlet 60B). したがって、このような構成であれば、オリゴ糖の収率が高い。 Therefore, such a structure, a high yield of oligosaccharides.

そして、バイオマスの加水分解を、反応条件の異なる2段の加水分解装置で行っている。 Then, the hydrolysis of the biomass is performed in two stages of hydrolysis apparatus under different reaction conditions. 1段目では、150℃以上220℃以下の加圧熱水で加水分解を行うので、バイオマス中のヘミセルロースが加水分解される。 In the first stage, since the hydrolysis at 0.99 ° C. or higher 220 ° C. or less of the pressurized hot water, hemicellulose in the biomass is hydrolyzed. 2段目では、220℃以上300℃以下の加圧熱水で加水分解を行うので、セルロースが加水分解される。 In the second stage, since the hydrolysis at 220 ° C. or higher 300 ° C. or less of the pressurized hot water, cellulose is hydrolyzed.
このように、各物質の最適温度で加水分解を行うので、各物質が確実に分解され、糖収率が向上するとともに、過分解物の生成を抑制することができる。 Thus, since the hydrolysis at the optimum temperature for each substance, each substance is reliably degraded, thereby improving sugar yield, it is possible to suppress the formation of excessively decomposed product.

また、本実施形態では、第一の加水分解装置110および第二の加水分解装置120の加水分解反応で得られたオリゴ糖等や残った重質分の熱回収を図っているので、エネルギー効率が向上する。 Further, in the present embodiment, since the aim of the first hydrolysis device 110 and the second hydrolysis device 120 of the hydrolysis reaction resulting oligosaccharides like or remaining heat recovery of heavies, energy efficiency There is improved.

さらに、加水分解反応の触媒として、糖化槽20または糖化槽60内に固体酸触媒を充填していてもよい。 Further, as a catalyst for the hydrolysis reaction, the solid acid catalyst may be filled in a saccharification tank 20 or saccharification tank 60. 固体酸触媒を用いることで、より低圧低温にしても糖収率を低減させることなく加水分解反応を実施することができる。 By using a solid acid catalyst, it can be carried out hydrolysis without reducing the sugar yield more even in the low pressure low temperature. また、前述のとおり、固体酸触媒は環境にやさしい触媒であり、エネルギー低減を図ることができる。 Further, as described above, the solid acid catalyst is a catalytic environmentally friendly, it is possible to reduce energy.

そして、本実施形態の加水分解装置100で最終的に得られた残渣を酵素により単糖に分解してもよい。 Then, the finally obtained residue hydrolysis device 100 of this embodiment may be decomposed into monosaccharides by enzymes. これにより、総合的な糖収率の増加を図ることができる。 As a result, it is possible to increase the overall sugar yield.

なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。 The present invention is not limited to the above embodiments, deformation of a range that can achieve the object of the present invention, improvements and the like are included in the present invention.
例えば、本実施形態では、第一の加水分解装置110と第二の加水分解装置120とを連続的に運用したが、第一の加水分解装置110のみを使用したバッチ式を用いてもよい。 For example, in this embodiment, although the first hydrolysis device 110 and a second hydrolysis device 120 continuously operate, the batch may be used using only the first hydrolysis device 110. バッチ式であれば、装置を小型化でき、導入費用を抑えることができる。 If batchwise, can reduce the size of the device, it is possible to suppress the initial cost.

また、第一の加水分解装置110で糖化槽20の加水分解反応終了後、糖化槽20内に残った残渣を再度、糖化槽20の流入口20Aから導入してもよい。 Further, after completion of the hydrolysis reaction of the saccharification tank 20 in the first hydrolysis device 110, the remaining residue saccharification tank 20 may be again introduced from the inlet 20A of the saccharification tank 20. これにより、まだ加水分解反応していないバイオマスや重質分の加水分解反応時間が長くなり、より多量に加水分解することができる。 Thus, still hydrolysis reaction time of the biomass and heavies unhydrolyzed reaction becomes long, can be more heavily hydrolysis. したがって、糖収率が向上する。 Therefore, to improve the sugar yield.

そして、本実施形態では、1段目でヘミセルロースを加水分解し、2段目でセルロースを加水分解したが、ヘミセルロースのみを加水分解する際には、1段目の加水分解のみを実施すればよい。 In the present embodiment, the hemicellulose is hydrolyzed in the first stage, but to hydrolyze the cellulose in the second stage, only the hemicellulose in the hydrolysis may be carried out only hydrolysis in the first stage . このように、加水分解の対象に応じた処理条件を選択することで、確実に加水分解することができ、糖収率が向上する。 Thus, by selecting the processing condition according to the object of the hydrolysis, it is possible to reliably hydrolysis, improves sugar yield.

次に、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例の記載内容に何ら制限されるものではない。 Will now be described Examples and Comparative Examples The present invention further detail, the present invention is not limited in any way by the description of Example.

原料として杉粉(粒径平均152μm(80〜120メッシュ))を用いて加水分解処理を行い、過分解物、水可溶分、水不溶分の質量を測定した。 Cedar powder as a raw material using (average grain diameter 152 microns (80 to 120 mesh)) was hydrolyzed treatment, excessively decomposed product, the water-soluble component, the mass of water-insoluble matter was measured. なお、加水分解は、実施形態に示した2つの実験装置による連続糖化式ではなく、1つの実験装置を用いたバッチ式で2回処理を行った。 Note that hydrolysis is not a continuous saccharification formula with two experimental apparatus shown in the embodiment, the two treatment was carried out batchwise using one of the experimental device.

過分解物、可溶化度の解析方法は以下の通りである。 Excessively decomposed product, the method of analysis solubilization is as follows.
<過分解物> <Excessively decomposed product>
過分解物は、ゲルパーメーションクロマトグラフィ (GPC)法で示差屈折率検出器( Excessively decomposed product is a differential refractive index detector by gel permeation chromatography (GPC) method (
RID : Refractive Index Detector)を用いて分析した。 RID: Refractive Index Detector) were analyzed using.
過分解物は、水可溶物を上記分析装置で分析した際の全ピーク面積に占める過分解物のピーク面積割合とする。 Excessively decomposed product is the peak area ratio of excessively decomposed product to the total peak area at the time when the water solubles were analyzed by the analyzer. RIDを用いているので、ピーク面積比は概略重量比に相当する。 Because of the use of RID, peak area ratio corresponds to the approximate weight ratio.
過分解物=(過分解物のピーク面積)/(水可溶分のピーク面積)×100 Excessively decomposed product = (peak area of ​​excessively decomposed product) / (peak area of ​​water-soluble component) × 100
ヘミセルロースの分解を対象とした場合には、ペントースのピーク以降に流出するピークを過分解物とする。 When intended for decomposition of hemicellulose, the peak outflow after the peak of the pentose and excessively decomposed product.
尚、加圧熱水処理による過分解物のみではなく、元来細胞中に含まれている遊離物等も考えられるが、分析上の区別はしていない。 Incidentally, not only excessively decomposed product by pressurized hot water treatment, but inherently conceivable educt contained in the cells or the like, not distinction on analysis.
セルロースの分解を対象とした場合には、ヘキソースのピーク以降に流出するピークを過分解物とする。 And when considering the degradation of cellulose, a peak flow out after the peak of hexose and excessively decomposed product.

<可溶化度(水可溶分)> <Solubilization (water-soluble component)>
可溶化度は以下の式で定義される。 Solubilization is defined by the following equation.
可溶化度=(原料の乾燥質量−残渣物の乾燥質量)/原料の乾燥質量×100 Solubilization = (raw material dry weight - dry weight of residue) / raw material dry weight × 100
なお、質量は試料を室温のデシケータに一日保管して含有水分量が一定となった時点で測定する。 The mass is measured at the time when the water content became constant and store the day of the sample in a desiccator at room temperature.

[実施例1] [Example 1]
前述の実施形態に記載した第一の加水分解装置110を用いた。 Using the first hydrolysis apparatus 110 described in the above embodiment.
原料の杉粉15質量%を含む水スラリーを原料槽10で作成し、ポンプ15で糖化槽20に流入させた(LHSV:4/hr)。 The aqueous slurry containing the cedar powder 15 wt% of the material prepared in the raw material tank 10, was allowed to flow into saccharification tank 20 by a pump 15 (LHSV: 4 / hr). 圧力調整弁26および28で糖化槽20内を実験圧4MPaに調整し、加熱器16で190℃に調整した。 Adjust the saccharification tank 20 in the experimental pressure 4MPa at a pressure regulating valve 26 and 28 were adjusted to 190 ° C. in heater 16. そして、水スラリーを糖化槽20に15分滞留させた。 Then, the aqueous slurry saccharification tank 20 is retained 15 minutes.
定常運転になった後、糖化槽20内のフィルター21を通し、冷却器25および27で40〜60℃に冷却し、受器30と別の受器に試料を採った。 Once in steady operation, through the filter 21 in the saccharification tank 20, cooled to 40 to 60 ° C. by the cooler 25 and 27, were taken samples into a receiver 30 and a separate receiver. 両試料ともアスピレータで吸引ろ過して析出物と濾液に分けた(一段目の加水分解処理)。 Both samples also were divided into precipitate and a filtrate by suction filtration with an aspirator (first stage of the hydrolysis process).
析出物は、二段目の加水分解の原料に用いる前に、室温のデシケータに一日保管して含有水分量が一定となった時点の質量を測定した。 Precipitates, prior to use as a raw material for the hydrolysis second stage, the mass was measured at the time when the water content became constant and store one day in a desiccator at room temperature.

次に、この析出物を原料槽10にて15質量%の水スラリーに調整し、ポンプ15で糖化槽20に流入させた(LHSV:4/hr)。 Next, this precipitate was adjusted to 15% by weight of water slurry in feedstock tank 10, it was allowed to flow into saccharification tank 20 by a pump 15 (LHSV: 4 / hr). 圧力調整弁26および28で糖化槽20内を実験圧4MPaに調整し、加熱器16で240℃に調整した。 Adjust the saccharification tank 20 in the experimental pressure 4MPa at a pressure regulating valve 26 and 28 were adjusted to 240 ° C. in heater 16. そして、水スラリーを糖化槽20に15分滞留させた。 Then, the aqueous slurry saccharification tank 20 is retained 15 minutes.
定常運転になった後、糖化槽20内のフィルター21を通し、冷却器25および27で40〜60℃に冷却し、受器30と別の受器に試料を採った。 Once in steady operation, through the filter 21 in the saccharification tank 20, cooled to 40 to 60 ° C. by the cooler 25 and 27, were taken samples into a receiver 30 and a separate receiver. 両試料ともアスピレータで吸引ろ過して析出物と濾液に分けた(二段目の加水分解処理)。 Both samples also were divided into precipitate and a filtrate by suction filtration with an aspirator (second stage hydrolysis treatment).
析出物は、室温のデシケータに一日保管して質量を測定した。 Precipitates, the mass was measured and store one day in a desiccator at room temperature.

[比較例1] [Comparative Example 1]
糖化槽20にフィルター21を設けなかったこと以外は、実施例1と同様に処理を行い、原料である杉粉の水スラリーを析出物と濾液とに分離した。 Except that no filter 21 provided in the saccharification tank 20 performs the same procedure as Example 1, was separated aqueous slurry of cedar powder as a raw material into a precipitate and a filtrate.
以上の測定結果を、原料に対する質量割合で評価する。 The above measurement results are evaluated in terms of ratio by mass to the starting material.

表1からわかるように、実施例1では過分解物の生成が抑制され、水可溶分の割合が大きい。 As can be seen from Table 1, in Example 1 production of excessively decomposed product is suppressed, a large proportion of water-soluble component. 一方、比較例1では、過分解物が生成され、水可溶分の割合が小さい。 On the other hand, in Comparative Example 1, excessively decomposed product is produced, the proportion of water-soluble component is small. すなわち、実施例1では、加水分解が効率よく行われたと言える。 That is, it can be said in the first embodiment, the hydrolysis is performed efficiently and.

本発明は、バイオマスを原料とした燃料、繊維、複合材および食品等に利用することができる。 The present invention can utilize a biomass fuel as a raw material, fibers, a composite and foods.

本発明における一実施形態の糖化装置の概略図。 Schematic view of saccharification device according to an embodiment of the present invention.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

100…加水分解装置110…第一の加水分解装置 10…原料槽 20…糖化槽 21…フィルター 30…受器 40…固液分離槽120…第二の加水分解装置 50…原料槽 60…糖化槽 61…フィルター 70…受器 80…固液分離槽 100 ... hydrolysis device 110 ... first hydrolysis device 10 ... raw material tank 20 ... saccharification tank 21 ... filter 30 ... receptacle 40 ... solid-liquid separation tank 120 ... second hydrolyser 50 ... raw material tank 60 ... saccharification tank 61 ... filter 70 ... receptacle 80 ... solid-liquid separation tank

Claims (12)

  1. 加圧熱水を用いたバイオマスの加水分解方法であって、 A biomass hydrolysis method using pressurized hot water,
    加水分解反応が行われる糖化槽から、加水分解反応により得られた水可溶性オリゴ糖および/又は単糖を選択的に逐次抽出する ことを特徴とするバイオマスの加水分解方法。 Saccharification tank hydrolysis reaction takes place, hydrolysis method of the biomass, characterized by selectively sequential extraction of water-soluble oligosaccharides and / or monosaccharides obtained by the hydrolysis reaction.
  2. 請求項1に記載のバイオマスの加水分解方法において、 In biomass hydrolysis method of claim 1,
    前記糖化槽内に設けられた無機分離膜で前記水可溶性オリゴ糖および/又は単糖を選択的に逐次抽出する ことを特徴とするバイオマスの加水分解方法。 Hydrolysis process of the biomass, wherein the extracting the water soluble oligosaccharides and / or monosaccharides in mineral separation film provided on the saccharification tank selectively sequentially.
  3. 請求項1または請求項2に記載のバイオマスの加水分解方法において、 In biomass hydrolysis method of claim 1 or claim 2,
    前記糖化槽の出口に設けられた固液分離槽で前記水可溶性オリゴ糖および/又は単糖を分離する ことを特徴とするバイオマスの加水分解方法。 Hydrolysis methods biomass and separating the water soluble oligosaccharides and / or monosaccharides in the solid-liquid separation tank provided at the outlet of the glycated tank.
  4. 請求項1から請求項3のいずれかに記載のバイオマスの加水分解方法において、 In biomass hydrolysis process as claimed in any one of claims 3,
    前記加水分解反応は、少なくとも2段の前記糖化槽で行われ、 The hydrolysis reaction is performed in the saccharification tank at least two stages,
    加水分解反応後に前記糖化槽に残った重質分が次の糖化槽へ連続的に導入される ことを特徴とするバイオマスの加水分解方法。 The method of hydrolysis biomass heavies remaining glycated tank after hydrolysis reaction, characterized in that it is continuously introduced into the next saccharification tank.
  5. 請求項4に記載のバイオマスの加水分解方法において、 In biomass hydrolysis method according to claim 4,
    前記バイオマスは、セルロース系バイオマスである ことを特徴とするバイオマスの加水分解方法。 The biomass hydrolysis process of the biomass, which is a cellulosic biomass.
  6. 請求項5に記載のバイオマスの加水分解方法において、 In biomass hydrolysis method according to claim 5,
    1段目の前記糖化槽の加圧熱水は、150℃以上220℃以下の温度であり、 First stage pressurized hot water of the glycated bath is below a temperature 220 ° C. 0.99 ° C. or higher,
    2段目以降の少なくとも1段の前記糖化槽の加圧熱水は、220℃以上300℃以下の温度である ことを特徴とするバイオマスの加水分解方法。 Pressurized hot water of the glycated tank at least one stage of the second and subsequent stages, the hydrolysis method of the biomass, which is a temperature of 220 ° C. or higher 300 ° C. or less.
  7. 請求項4から請求項6のいずれかに記載のバイオマスの加水分解方法において、 In biomass method hydrolysis according to claims 4 to claim 6,
    最終段の糖化槽出口からの重質分は80℃以下に冷却される ことを特徴とするバイオマスの加水分解方法。 The method of hydrolysis the biomass, characterized in that the heavy fraction from the saccharification tank outlet of the final stage is cooled to 80 ° C. or less.
  8. 請求項1から請求項7のいずれかに記載のバイオマスの加水分解方法において、 In biomass hydrolysis process as claimed in any one of claims 7,
    前記加圧熱水の圧力は、前記糖化槽内の飽和水蒸気圧以上である ことを特徴とするバイオマスの加水分解方法。 The pressure of the pressurized hot water, the hydrolysis method of the biomass, wherein said is on the saturated vapor pressure of the saccharification tank.
  9. 請求項1から請求項8のいずれかに記載のバイオマスの加水分解方法において、 In biomass method hydrolysis according to claims 1 to claim 8,
    バイオマスに対する体積基準のスラリー液空間速度(LHSV:Liquid Hourly Space Velocity)は、0.5/hr以上60/hr以下である ことを特徴とするバイオマスの加水分解方法。 Slurry space velocity volume basis relative to the biomass (LHSV: Liquid Hourly Space Velocity), the hydrolysis method of the biomass, characterized in that at most 0.5 / hr or more 60 / hr.
  10. 請求項1から請求項9のいずれかに記載のバイオマスの加水分解方法において、 In biomass method hydrolysis according to claims 1 to claim 9,
    前記糖化槽内に充填された固体酸触媒を用いて加水分解する ことを特徴とするバイオマスの加水分解方法。 The method of hydrolysis the biomass, characterized in that hydrolyzed using a solid acid catalyst packed in the saccharification tank.
  11. 請求項1から請求項10のいずれかに記載のバイオマスの加水分解方法において、 In biomass method hydrolysis according to claims 1 to claim 10,
    加水分解反応後に得られた水可溶性オリゴ糖および/又は残渣に酵素を作用させる ことを特徴とするバイオマスの加水分解方法。 Hydrolysis process of the biomass, characterized in that the action of the enzyme to the resulting water-soluble oligosaccharides and / or residue after hydrolysis reaction.
  12. 加圧熱水を用いたバイオマスの加水分解を行う糖化槽と、 A saccharification tank performing biomass hydrolysis with pressurized hot water,
    前記糖化槽で加水分解された水可溶性オリゴ糖および/又は単糖を透過する無機分離膜と、 An inorganic separation membrane which transmits the glycated water-soluble oligosaccharide was hydrolyzed in tank and / or monosaccharides,
    前記糖化槽で加水分解後に残った重質分を分離する固液分離槽と、を備えた ことを特徴とするバイオマスの加水分解装置。 The saccharification tank biomass hydrolysis apparatus comprising: the solid-liquid separation tank for separating the heavy fraction remaining after hydrolysis with.
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