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

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Kazuhiko Suzuki
和彦 鈴木
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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Idemitsu Kosan Co Ltd
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Abstract

<P>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. <P>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. <P>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 biomass hydrolysis method and a hydrolysis apparatus using 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。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。
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。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。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。
In recent years, the use of biomass, which is renewable energy, has attracted attention from the viewpoint of preventing global warming. In particular, there is increasing interest in the use of bioethanol.
Conventionally, bioethanol (also called biomass ethanol) has been mainly produced from starch, but recently, ethanol has been produced from cellulosic biomass due to the influence of the amount of starch-based biomass and grain prices. Development of a method to do this is underway. As a method for producing ethanol from cellulosic biomass, the conventional fermented ethanol method can be utilized by hydrolyzing (saccharifying) the cellulosic biomass. Therefore, development of hydrolysis (saccharification) technology for cellulosic biomass 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。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。
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。
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。
As a biomass hydrolysis (saccharification) technique, a method of hydrolyzing in sulfuric acid has been proposed. However, it becomes a complicated process such as removing and neutralizing sulfuric acid before ethanol is obtained. Further, since sulfuric acid is used, there are problems of reactor corrosion and waste liquid treatment.
In addition, technologies for saccharifying biomass using supercritical water or subcritical water are also being studied, but monosaccharides (hexose, pentose) are secondarily decomposed to produce fermentation inhibitors (Okino et al., “Next Development of a generation bioethanol production process ”, see Catalysts, 49 (4), 271-275, (2007)), and there is a problem that the sugar yield decreases.
Therefore, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1 describe saccharification treatment with pressurized hot water with a reduced treatment temperature as a means for reducing the treatment temperature to suppress the formation of overdegraded products and increasing the sugar yield. Has been.

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。
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。
Patent Document 1 describes a technique for obtaining a water-soluble oligosaccharide by flowing pressurized hot water through a saccharification tank filled with cellulose powder.
Non-Patent Document 1 describes a method of obtaining xylo-oligosaccharides from hemicellulose by bringing corn stover, which is a raw material, into contact with pressurized hot water.

特許第3041380号Patent No. 3041380 Bioresource Technology,96,1986-1993(2005)Bioresource Technology, 96, 1986-1993 (2005)

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。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。   However, cellulosic biomass used as a raw material for bioethanol contains hemicellulose in addition to cellulose, and these have different temperatures optimum for saccharification due to differences in crystallinity. Therefore, with a configuration such as Patent Document 1 or Non-Patent Document 1, a sufficient sugar yield cannot be obtained in 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。   The objective of this invention is providing the hydrolysis method and hydrolysis apparatus of the biomass by the pressurized hot water which can aim at the increase in a saccharification rate while suppressing the production | generation of a hyperdegradation product.

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 biomass hydrolysis method of the present invention is a biomass hydrolysis method carried out with pressurized hot water, wherein water-soluble oligosaccharides and / or simple substances obtained from the saccharification tank in which the hydrolysis reaction is carried out are carried out. Sugar is selectively extracted sequentially.

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。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。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。   In the present invention, water-soluble oligosaccharides and / or monosaccharides obtained by hydrolysis are sequentially extracted from the saccharification tank while the hydrolysis reaction of biomass is ongoing in the saccharification tank. Thereby, it is possible to recover the water-soluble oligosaccharide and / or monosaccharide (hereinafter also referred to as water-soluble oligosaccharide and the like) while suppressing the excessive decomposition of the monosaccharide, and the yield is improved. On the other hand, the water slurry remaining in the saccharification tank has a longer hydrolysis reaction time, so that it is more reliably hydrolyzed and the sugar yield is improved.

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。
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。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。
In the biomass hydrolysis method of the present invention, it is preferable to selectively sequentially extract water-soluble oligosaccharides and / or monosaccharides with an inorganic separation membrane provided in the saccharification tank.
In the present invention, an inorganic separation membrane is provided in the saccharification tank, and water-soluble oligosaccharides and the like produced by the hydrolysis reaction in the saccharification tank permeate the inorganic separation membrane. Therefore, water-soluble oligosaccharides and the like can be selectively extracted, and the sugar yield can be improved.

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。
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。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。
In the biomass hydrolysis method of the present invention, it is preferable to separate water-soluble oligosaccharides and / or monosaccharides in a solid-liquid separation tank provided at the outlet of the saccharification tank.
In this invention, the heavy component that has not been hydrolyzed in the saccharification tank is introduced into the solid-liquid separation tank and separated into a solid and a liquid. Since water-soluble oligosaccharides and the like are dissolved in the liquid, the sugar yield is further improved by collecting the liquid.

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。
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。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。すなわち、糖収率が向上する。
In the biomass hydrolysis method of the present invention, the hydrolysis reaction is carried out in at least two stages of the saccharification tank, and the heavy components remaining in the saccharification tank after the hydrolysis reaction are continuously introduced into the next saccharification tank. It is preferred that
In this invention, hydrolysis is performed at least twice in at least two stages of saccharification tanks. Accordingly, the heavy component that has not been hydrolyzed by one treatment can be reliably hydrolyzed by introducing it again into the saccharification tank. That is, the sugar yield is improved.

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。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。   In the biomass hydrolysis method of the present invention, the biomass is preferably cellulosic biomass. The pressurized hot water in the first saccharification tank is at a temperature of 150 ° C. or higher and 220 ° C. or lower, and the pressurized hot water in the second or subsequent saccharification tank is 220 ° C. or higher and 300 ° C. or higher. It is preferable that the temperature is not higher than ° C.

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。
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。ここでは主にヘミセルロースが分解される。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。ここでは主にセルロースが分解される。
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。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。
Cellulose contains hemicellulose and cellulose, and their hydrolysis temperatures are different from each other.
According to this invention, in the first stage saccharification tank, the hydrolysis reaction is performed at a temperature of 150 ° C. or more and 220 ° C. or less of pressurized hot water. Here, hemicellulose is mainly decomposed. In the second and subsequent saccharification tanks, hydrolysis is performed at a temperature of 220 ° C. to 300 ° C. of pressurized hot water. Here, cellulose is mainly decomposed.
Thus, since each hydrolysis is performed at the optimum temperature for each substance to be decomposed, each substance is reliably decomposed, and the formation of overdecomposed products can be suppressed. Moreover, when the heavy component which is hard to be hydrolyzed is introduced again into the saccharification tank, the possibility of being hydrolyzed increases and the sugar yield is improved.

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。
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。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。
In the biomass hydrolysis method of the present invention, it is preferable that the heavy component from the final stage saccharification tank outlet is cooled to 80 ° C. or lower.
According to this invention, it is possible to suppress excessive decomposition of oligosaccharides and to recover energy from exhaust heat. Moreover, when the heavy part from the last stage saccharification tank exceeds 80 degreeC, there exists a possibility of giving a disorder | damage | failure to saccharification and fermentation by a latter stage enzyme.

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。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。さらに好ましくは、1/hr以上10/hr以下である。
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。
In the biomass hydrolysis method of the present invention, the pressurized hot water preferably has a pressure equal to or higher than a saturated water vapor pressure in the saccharification tank. Moreover, it is preferable that the volume-based slurry liquid space velocity (LHSV: Liquid Hourly Space Velocity) with respect to biomass is 0.5 / hr or more and 60 / hr or less. More preferably, it is 1 / hr or more and 10 / hr or less.
Since the hydrolysis reaction is performed under such conditions, the hydrolysis reaction is further promoted and the sugar yield can be improved.

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。
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。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。
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。
In the biomass hydrolysis method of the present invention, hydrolysis is preferably performed using a solid acid catalyst filled in the saccharification tank.
By using the solid acid catalyst, the hydrolysis reaction in the saccharification tank is further promoted. Therefore, since the sugar yield is high even at low pressure and low temperature, the sugar yield can be improved and the energy can be reduced.
In addition, as a solid acid catalyst, a zeolite, an alumina, etc. can be used, for example.

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。
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。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。
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。
In the biomass hydrolysis method of the present invention, it is preferable to cause an enzyme to act on the water-soluble oligosaccharide and / or residue obtained after the hydrolysis reaction.
In this invention, an enzyme is allowed to act on the residue remaining after hydrolysis of biomass. Thereby, a residue can be decomposed | disassembled to a monosaccharide and an overall saccharide | sugar yield can be improved.
As the enzyme, for example, cellulase can be used for cellulose.

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。
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。したがって、糖収率が向上する。
The biomass hydrolysis apparatus of the present invention includes a saccharification tank that hydrolyzes biomass using pressurized hot water, and an inorganic separation membrane that permeates the water-soluble oligosaccharide and / or monosaccharide hydrolyzed in the saccharification tank. And a solid-liquid separation tank for separating heavy components remaining after hydrolysis in the saccharification tank.
According to this invention, the hydrolysis reaction of biomass proceeds in the saccharification tank, and water-soluble oligosaccharides and the like obtained by this hydrolysis reaction are extracted by the inorganic separation membrane provided in the saccharification tank and remain in the saccharification tank. The residue is further separated by a solid-liquid separation tank, and further water-soluble oligosaccharides can be recovered. Therefore, the sugar yield is improved.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
[加水分解装置の構成]
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。
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Configuration of hydrolysis equipment]
FIG. 1 is a schematic view of a hydrolysis apparatus according to an embodiment of the biomass hydrolysis method of the present invention.
As shown in FIG. 1, the hydrolysis apparatus 100 of this embodiment includes a first hydrolysis apparatus 110 and a second hydrolysis apparatus 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。
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。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。
The first hydrolysis apparatus 110 includes a raw material tank 10 into which raw materials are charged, a saccharification tank 20 that performs hydrolysis (saccharification) treatment of water slurry introduced from the raw material tank 10, and a hydrolysis reaction of the saccharification tank 20. The receiver 30 which collects the obtained water-soluble oligosaccharide etc., and the solid-liquid separation tank 40 which collects the residue of the hydrolysis reaction of the saccharification tank 20 are provided.
The raw material tank 10 and the saccharification tank 20 are connected by a flow path 91, and the water slurry of the raw material tank 10 is introduced into the saccharification tank 20 through the flow path 91. On the flow path 91, the pump 15 which extrudes the water slurry of the raw material tank 10 to the saccharification tank 20, and the heater 16 which adjusts the temperature of the water slurry which flows through the flow path 91 are provided.

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。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。
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。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。
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。
Further, the saccharification tank 20 and the receiver 30 are connected by a flow path 92, and the water-soluble oligosaccharide extracted in the saccharification tank 20 is recovered to the receiver 30 through the flow path 92. A cooler 25 that cools the water-soluble oligosaccharide extracted from the saccharification tank 20 and a pressure adjustment valve 26 that adjusts the extraction pressure from the filter 21 in the saccharification tank 20 are provided on the flow path 92.
Further, the saccharification tank 20 and the solid-liquid separation tank 40 are connected by a flow path 93, and the residue after the hydrolysis reaction of the saccharification tank 20 is introduced into the solid-liquid separation tank 40. On the flow path 93, a cooler 27 for cooling the residue after the hydrolysis reaction of the saccharification tank 20 and a pressure adjusting valve 28 for adjusting the pressure in the saccharification tank 20 are provided.
The solid-liquid separation tank 40 and the receiver 30 are connected by a flow path 94.

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。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。   Cellulose biomass (or also called lignocellulose) is used as a raw material to be charged into the raw material tank 10. Specifically, it is woody materials such as cedar and beech, and herbaceous materials such as rice straw and corn 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。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。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。   The raw material tank 10 is a tank for producing a lignocellulose-containing water slurry as a raw material. As for the blending amount of lignocellulose, it is preferable to increase the slurry concentration as long as the specifications and capacity of the pump are suitable. Thereby, since heating of water becomes unnecessary, there exists a tendency which becomes an 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。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。
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。
The saccharification tank 20 is a tank that hydrolyzes (saccharifies) the lignocellulose-containing water slurry. The saccharification tank 20 is provided on the inlet 20A into which the lignocellulose-containing water slurry flows, the outlet 20B on the opposite side of the inlet 20A, the outlet 20B from which the residue after hydrolysis flows out, and the outlet 20B. Filter 21 and an outlet 20C for allowing water-soluble oligosaccharide or the like that has passed through the filter 21 to flow out.
The filter 21 is an inorganic separation membrane such as metal or sintered metal, and selectively allows water-soluble oligosaccharides to permeate.

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。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。
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。
The receiver 30 collects water-soluble oligosaccharides and the like that have passed through the filter 21 in the saccharification tank 20. The solid-liquid separation tank 40 separates the residue after the hydrolysis reaction in the saccharification tank 20 into a solid and a liquid.
The liquid component separated in the solid-liquid separation tank 40 is collected in the receiver 30 through the flow path 94, and the heavy component that has become a solid is introduced into the second hydrolysis apparatus 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。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。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。
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。
The pump 15 provided on the flow path 91 introduces the lignocellulose-containing water slurry of the raw material tank 10 into the saccharification tank 20. Similarly, the heater 16 provided on the flow path 91 adjusts the temperature of the lignocellulose-containing water slurry introduced into the saccharification tank 20. Furthermore, the pressure regulating valves 26 and 28 respectively adjust the extraction pressure from the filter 21 in the saccharification tank 20 and the pressure in the saccharification tank 20.
The pump 15, the heater 16, and the pressure regulating valves 26 and 28 are appropriately prepared so that the saccharification tank 20 satisfies 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。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。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。   The temperature is 150 ° C. or higher and 220 ° C. or lower, preferably 150 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. If the temperature is lower than 150 ° C., the hydrolysis reaction is slowed, and the sugar yield is lowered, which is not practical. On the other hand, when the temperature exceeds 220 ° C., excessive decomposition may increase and the overall sugar yield may be reduced.

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。上記温度範囲では、例えば、0.5MPa以上10MPa以下である。   The pressure is adjusted by the pressure regulating valve 26 or 28 so that the inside of the saccharification tank 20 becomes equal to or higher than the saturated water vapor pressure. In the said temperature range, it is 0.5 MPa or more and 10 MPa or less, for example.

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。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。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。   The liquid hourly space velocity (LHSV) is preferably 0.5 / hr or more and 60 / hr or less, more preferably 1 / hr or more and 10 / hr or less. If the liquid space velocity (LHSV) is less than 0.5 / hr, the treatment time may be long and the economy may be reduced. On the other hand, if it exceeds 60 / hr, the hydrolysis reaction becomes slow, and the sugar yield is lowered, which is not practical.

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。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。すなわち、環境にやさしい触媒である。
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 saccharification tank 20 may be filled with a solid acid catalyst (not shown). Since the solid acid catalyst is solid, it requires little energy in the hydrolysis reaction of sugar, and can be recovered and reused, so that there is no problem of waste liquid. That is, it is an environmentally friendly catalyst.
Examples of the solid acid catalyst include zeolite and 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。そして、必要によりエネルギー回収を図る。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。
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。
The cooler 25 provided on the flow path 92 cools the water-soluble oligosaccharide and the like obtained by the hydrolysis reaction of the saccharification tank 20 to 80 ° C. or lower. And energy recovery is aimed at if necessary. The cooler 27 provided on the flow path 93 adjusts the degree of cooling according to the solid-liquid separation method.
Note that the first hydrolysis apparatus 110 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。
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。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。
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。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。
Next, the second hydrolysis apparatus 120 will be described.
The second hydrolysis device 120 has substantially the same configuration as the first hydrolysis device 110. That is, a raw material tank 50 into which the heavy component obtained in the first hydrolysis apparatus 110 is charged, a saccharification tank 60 that performs hydrolysis (saccharification) treatment of water slurry introduced from the raw material tank 50, and a saccharification tank And a solid-liquid separation tank 80 for collecting the residue of the hydrolysis reaction in the saccharification tank 60.
The raw material tank 50 and the saccharification tank 60 are connected by a flow path 96, and the water slurry of the raw material tank 50 is introduced into the saccharification tank 60 through the flow path 96. A pump 55 that pushes the water slurry of the raw material tank 50 to the saccharification tank 60 and a heater 56 that adjusts the temperature of the water slurry flowing in the flow path 96 are provided on the flow path 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。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。
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。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。
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。
Further, the saccharification tank 60 and the receiver 70 are connected by a flow path 97, and the water-soluble oligosaccharide extracted in the saccharification tank 60 is recovered to the receiver 70 through the flow path 97. A cooler 65 that cools the water-soluble oligosaccharide extracted from the saccharification tank 60 and a pressure adjustment valve 66 that adjusts the extraction pressure from the filter 61 in the saccharification tank 60 are provided on the flow path 97.
Furthermore, the saccharification tank 60 and the solid-liquid separation tank 80 are connected by a flow path 98, and the residue after the hydrolysis reaction of the saccharification tank 60 is introduced into the solid-liquid separation tank 80. On the flow path 98, a cooler 67 for cooling the residue after the hydrolysis reaction in the saccharification tank 60 and a pressure adjusting valve 68 for adjusting the pressure in the saccharification tank 60 are provided.
The solid-liquid separation tank 80 and the receiver 70 are connected by a flow path 99.

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。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。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。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。   The raw material tank 50 is charged with the heavy component obtained by the first hydrolysis apparatus 110. Further, hot water is supplied from the hot water tank 90 via the flow path 95, and a heavy component-containing water slurry is generated in the raw material tank 50. It is preferable from the viewpoint of energy efficiency that the temperature of the hot water is equal to or higher than the temperature of the heavy component charged into the raw material tank 50. Moreover, hot water is supplied so that the density | concentration of a solid heavy part may become high as long as it meets the specification and capability of a pump.

糖化槽60の構成は、前述の糖化槽20と同じ構成である。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。
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。
The configuration of the saccharification tank 60 is the same as that of the saccharification tank 20 described above. The saccharification tank 60 is provided at the inlet 60A into which the heavy component-containing water slurry flows, the outlet 60B from which the residue after hydrolysis is discharged, and the outlet 60B. And the outflow port 60 </ b> C for allowing the water-soluble oligosaccharide or the like that has passed through the filter 61 to flow out.
The filter 61 is an inorganic separation membrane such as a metal or a sintered metal, and selectively transmits water-soluble oligosaccharides.

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。
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。
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。
The receiver 70 has the same configuration as the receiver 30 described above, and collects water-soluble oligosaccharides and the like that have passed through the filter 61 in the saccharification tank 60.
The solid-liquid separation tank 80 has the same configuration as the above-described solid-liquid separation tank 40 and separates the residue after hydrolysis in the saccharification tank 60 into a solid and a liquid.
The liquid component separated in the solid-liquid separation tank 80 passes through the flow path 99 and is collected in the receiver 70 described above.

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。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。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。
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。
The pump 55 provided on the flow path 96 introduces the heavy component-containing water slurry of the raw material tank 50 into the saccharification tank 60. Similarly, the heater 56 provided on the flow path 96 adjusts the temperature of the heavy component-containing water slurry introduced into the saccharification tank 60. Furthermore, the pressure regulating valves 66 and 68 regulate the pressure in the saccharification tank 60.
The pump 55, the heater 56, and the pressure adjustment valves 66 and 68 are appropriately prepared so that the inside of the saccharification tank 60 satisfies 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。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。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。   The temperature is 220 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, preferably 220 ° C. or higher and 270 ° C. or lower. If the temperature is lower than 220 ° C., the hydrolysis reaction is slowed, and the sugar yield is lowered, which is not practical. On the other hand, when the temperature exceeds 300 ° C., excessive decomposition may increase and the overall sugar yield may be reduced.

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。上記温度範囲では、例えば、2.5MPa以上10MPa以下である。   The pressure is adjusted by the pressure regulating valves 66 and 68 so that the inside of the saccharification tank 60 becomes equal to or higher than the saturated water vapor pressure. In the said temperature range, it is 2.5 MPa or more and 10 MPa or less, for example.

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。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。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。
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。
The liquid hourly space velocity (LHSV) is preferably 0.5 / hr or more and 60 / hr or less, more preferably 1 / hr or more and 10 / hr or less. If the liquid space velocity (LHSV) is less than 0.5 / hr, the treatment time may be long and the economy may be reduced. On the other hand, if it exceeds 60 / hr, the hydrolysis reaction becomes slow, and the sugar yield is lowered, which is not practical.
Further, the saccharification tank 60 may be filled with the same solid acid catalyst as the 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。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。
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。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。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 cooler 65 provided on the flow path 97 cools the water-soluble oligosaccharide and the like obtained by the hydrolysis reaction of the saccharification tank 60 to 80 ° C. or lower. The cooler 65 can suppress excessive decomposition of water-soluble oligosaccharides and the like.
Further, the cooler 67 provided on the flow path 98 cools the heavy component that is a residue after the hydrolysis reaction of the saccharification tank 60. Since water-soluble oligosaccharides and the like that may be partially contained in the heavy component may be excessively decomposed, it is preferable to quickly cool to 80 ° C. or lower. When the residue remaining as a solid content in the solid-liquid separator 80 is separately fermented with an enzyme or the like, energy efficiency is good if the temperature is not lowered to a temperature suitable for the enzyme used for fermentation.

[加水分解装置の動作]
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。
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。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。
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。
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。
[Operation of hydrolysis equipment]
Next, one aspect of the flow of hydrolysis of biomass by the hydrolysis apparatus 100 will be described.
First, the raw material tank 10 of the first hydrolysis apparatus 110 is charged with biomass lignocellulose and water to adjust the mixed raw material. At this time, the blending amount of lignocellulose is not particularly limited, but is preferably adjusted to 10 to 30% by mass from the viewpoint of the transport ability of the pump 55 and the efficiency of hydrolysis.
Next, the pump 15, the heater 16, and the pressure adjustment so that the temperature in the saccharification tank 20 is 150 ° C. or higher and 220 ° C. or lower, the pressure is saturated water vapor pressure or higher, and the liquid space velocity is 0.5 / hr or higher and 60 / hr or lower. Valves 26 and 28 are adjusted.
Under such conditions, the lignocellulose-containing water slurry is introduced from the raw material tank 10 through the flow path 91 to the saccharification tank 20.

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。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。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。
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。
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。
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。
And in the saccharification tank 20, an oligosaccharide produces | generates by a hydrolysis reaction. It is mainly hemicellulose that is degraded under these conditions. The generated oligosaccharide passes through the filter 21 in a state dissolved in water, and is collected in the receiver 30 through the flow path 92.
In the saccharification tank 20, a heavy component containing lignocellulose that has not been hydrolyzed and water-insoluble oligosaccharide remains as a residue and is introduced into the solid-liquid separation tank 40 through the flow path 93.
In addition, before introducing into the solid-liquid separation tank 40, you may introduce this heavy part into the saccharification tank 20 again.
In the solid-liquid separation tank 40, the solid and the liquid are separated, and the liquid is collected in the receiver 30 through the flow path 94 as a water-soluble oligosaccharide or 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。
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。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。
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。
On the other hand, the heavy component remaining as a solid is introduced into the raw material tank 50 of the second hydrolysis apparatus 120 by, for example, pumping.
The raw water tank 50 is further supplied with hot water from the hot water tank 90 via the flow path 95, and a heavy component-containing water slurry is generated. The mixing ratio of the heavy component is 20% by mass based on the total amount of the heavy component-containing water slurry.
Next, the pump 55, the heater 56, and the pressure adjustment are performed so that the temperature in the saccharification tank 60 is 220 ° C. or more and 300 ° C. or less, the pressure is saturated water vapor pressure or more, and the liquid space velocity is 0.5 / hr or more and 60 / hr or less. Valves 66 and 68 are adjusted.

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。
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。ここで分解されるのは主にセルロースである。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。
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。
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。
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。
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。
Under such conditions, the heavy component-containing water slurry is introduced from the raw material tank 50 through the flow path 96 to the saccharification tank 60.
And an oligosaccharide is produced | generated by the hydrolysis reaction in the saccharification tank 60. FIG. It is mainly cellulose that is decomposed here. The oligosaccharide passes through the filter 61 in a state dissolved in water, and is collected in the receiver 70 through the flow path 97.
In the saccharification tank 60, a heavy component containing lignocellulose that has not been hydrolyzed remains as a residue and is introduced into the solid-liquid separation tank 80 through the flow path 98.
The heavy component may be introduced again into the saccharification tank 60 before being introduced into the solid-liquid separation tank 80.
In the solid-liquid separation tank 80, it is separated into a solid and a liquid, and the liquid is recovered as a water-soluble oligosaccharide or the like in the receiver 70 via the flow path 99.
Thus, the oligosaccharides collected in the receiver 30 and the receiver 70 can be used for various applications such as fuel, fiber, composite material, food, etc. by isolating and purifying from aqueous solution by a known method. 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。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。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。
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。
Furthermore, a monosaccharide can be produced by decomposing the finally obtained residue. As a method for hydrolyzing the residue into a monosaccharide, an enzyme is preferably used. Examples of the enzyme include cellulase and hemicellulase.
The obtained monosaccharide can be used for alcohol or the like 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。
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。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。
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。
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。
The present embodiment described above has the following operational effects.
In the present embodiment, since the filter 21 (or filter 61) is provided in the saccharification tank 20 (or saccharification tank 60), water-soluble oligosaccharides and the like generated by the hydrolysis reaction are converted into the saccharification tank 20 (or saccharification tank 60). Can be extracted sequentially. Therefore, the reaction time of the heavy oligosaccharide remaining in the saccharification tank 20 (or saccharification tank 60) can be lengthened, and the sugar yield is improved.
Moreover, excessive decomposition can be suppressed by sequentially extracting the produced water-soluble oligosaccharides and the like.
That is, the yield of sugar can be improved by suppressing the formation of overdegraded products.

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。   Moreover, since the heavy component which is the residue after hydrolysis is separated from the solid and the liquid in the solid-liquid separation tank 40 (or the solid-liquid separation tank 80) and the liquid is recovered, the sugar yield can be further improved. 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。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。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。   Furthermore, the filter 21 (or filter 61) is provided on the outlet 20B (or outlet 60B) side of the saccharification tank 20 (or saccharification tank 60). The hydrolysis reaction starts from the inlet 20A (or inlet 60A) of the saccharification tank 20 (or saccharification tank 60), and the content of hydrolyzed oligosaccharide is increased in the vicinity of the outlet 20B (or outlet 60B). Therefore, with such a configuration, the yield of oligosaccharide is high.

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。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。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。
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。
And the hydrolysis of biomass is performed with the two-stage hydrolysis apparatus from which reaction conditions differ. In the first stage, hydrolysis is performed with pressurized hot water at 150 ° C. or higher and 220 ° C. or lower, so that hemicellulose in the biomass is hydrolyzed. In the second stage, hydrolysis is performed with pressurized hot water of 220 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, so that cellulose is hydrolyzed.
Thus, since hydrolysis is performed at the optimum temperature of each substance, each substance is reliably decomposed, the sugar yield is improved, and the formation of overdegraded products can be suppressed.

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。   Moreover, in this embodiment, since the oligosaccharide etc. which were obtained by the hydrolysis reaction of the 1st hydrolysis apparatus 110 and the 2nd hydrolysis apparatus 120, and the remaining heavy part are aimed at heat recovery, energy efficiency is achieved. Will improve.

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。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。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。   Furthermore, the saccharification tank 20 or the saccharification tank 60 may be filled with a solid acid catalyst as a catalyst for the hydrolysis reaction. By using a solid acid catalyst, the hydrolysis reaction can be carried out without reducing the sugar yield even at a lower pressure and lower temperature. Further, as described above, the solid acid catalyst is an environment-friendly catalyst and can 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。これにより、総合的な糖収率の増加を図ることができる。   And you may decompose | disassemble the residue finally obtained with the hydrolysis apparatus 100 of this embodiment into a monosaccharide with an enzyme. As a result, the overall sugar yield can be increased.

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。
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。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。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
For example, in the present embodiment, the first hydrolysis apparatus 110 and the second hydrolysis apparatus 120 are continuously operated, but a batch type using only the first hydrolysis apparatus 110 may be used. If it is a batch type, an apparatus can be reduced in size and introduction expense can be held down.

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。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。したがって、糖収率が向上する。   Further, after the hydrolysis reaction of the saccharification tank 20 is completed by the first hydrolysis apparatus 110, the residue remaining in the saccharification tank 20 may be introduced again from the inlet 20A of the saccharification tank 20. Thereby, the hydrolysis reaction time of the biomass which has not yet hydrolyzed and the heavy part becomes long, and it can hydrolyze more. Therefore, the sugar yield is improved.

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。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。   In this embodiment, hemicellulose is hydrolyzed in the first stage and cellulose is hydrolyzed in the second stage. However, when only hemicellulose is hydrolyzed, only the first stage of hydrolysis need be performed. . Thus, by selecting the treatment conditions according to the subject of hydrolysis, hydrolysis can be ensured, and the sugar yield is improved.

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。   EXAMPLES Next, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not restrict | limited at all to the description content of these Examples.

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。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。   Hydrolysis was performed using cedar flour (particle size average 152 μm (80 to 120 mesh)) as a raw material, and the mass of the overdecomposed product, water-soluble matter, and water-insoluble matter was measured. In addition, the hydrolysis was performed twice by a batch method using one experimental device, not a continuous saccharification method using two experimental devices shown in the embodiment.

過分解物、可溶化度の解析方法は以下の通りである。
<過分解物>
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(
RID : Refractive Index Detector)を用いて分析した。
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。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。
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
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。
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。
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。
The analysis method of the hyperdegradation product and the solubilization degree is as follows.
<Overly decomposed product>
The super-decomposed product is analyzed by a gel permeation chromatography (GPC) method with a differential refractive index detector (
Analysis was performed using a RID (Refractive Index Detector).
The excessively decomposed product is defined as the peak area ratio of the excessively decomposed product in the total peak area when the water-soluble material is analyzed by the analyzer. Since RID is used, the peak area ratio corresponds to the approximate weight ratio.
Overdecomposed product = (peak area of overdecomposed product) / (peak area of water-soluble matter) × 100
When hemicellulose decomposition is targeted, the peak that flows after the pentose peak is defined as the overdecomposed product.
In addition, not only the hyperdegradation product by the pressurized hot water treatment but also a free product originally contained in the cell can be considered, but no analytical distinction is made.
When cellulose is targeted for decomposition, the peak that flows after the hexose peak is defined as the overdecomposed product.

<可溶化度(水可溶分)>
可溶化度は以下の式で定義される。
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
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。
<Solubility (water-soluble content)>
The solubilization degree is defined by the following equation.
Solubility = (dry weight of raw material−dry weight of residue) / dry weight of raw material × 100
The mass is measured when the sample is stored in a room temperature desiccator for one day and the water content becomes constant.

[実施例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。
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)。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。そして、水スラリーを糖化槽20に15分滞留させた。
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。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)。
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。
[Example 1]
The first hydrolysis apparatus 110 described in the above embodiment was used.
A water slurry containing 15% by mass of cedar flour as a raw material was prepared in the raw material tank 10 and flowed into the saccharification tank 20 by the pump 15 (LHSV: 4 / hr). The inside of the saccharification tank 20 was adjusted to an experimental pressure of 4 MPa with the pressure adjusting valves 26 and 28, and adjusted to 190 ° C. with the heater 16. The water slurry was allowed to stay in the saccharification tank 20 for 15 minutes.
After the steady operation, the filter 21 in the saccharification tank 20 was passed through, cooled to 40-60 ° C. by the coolers 25 and 27, and a sample was taken in the receiver 30 and another receiver. Both samples were suction filtered with an aspirator and separated into a precipitate and a filtrate (first-stage hydrolysis treatment).
The precipitate was stored in a desiccator at room temperature for one day before being used as a raw material for the second stage hydrolysis, and the mass when the water content became constant was measured.

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)。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。そして、水スラリーを糖化槽20に15分滞留させた。
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。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)。
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。
Next, this precipitate was adjusted to a 15% by mass water slurry in the raw material tank 10 and flowed into the saccharification tank 20 with the pump 15 (LHSV: 4 / hr). The inside of the saccharification tank 20 was adjusted to an experimental pressure of 4 MPa with the pressure adjusting valves 26 and 28, and adjusted to 240 ° C. with the heater 16. The water slurry was allowed to stay in the saccharification tank 20 for 15 minutes.
After the steady operation, the filter 21 in the saccharification tank 20 was passed through, cooled to 40-60 ° C. by the coolers 25 and 27, and a sample was taken in the receiver 30 and another receiver. Both samples were suction filtered with an aspirator and separated into a precipitate and a filtrate (second stage hydrolysis treatment).
The deposit was stored in a desiccator at room temperature for one day and the mass was measured.

[比較例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。
以上の測定結果を、原料に対する質量割合で評価する。
[Comparative Example 1]
Except that the filter 21 was not provided in the saccharification tank 20, the treatment was performed in the same manner as in Example 1, and the water slurry of cedar flour as a raw material was separated into a precipitate and a filtrate.
The above measurement results are evaluated by the mass ratio with respect to the raw material.

Figure 2009077697
Figure 2009077697

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。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。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。   As can be seen from Table 1, in Example 1, the formation of overdecomposed products is suppressed, and the proportion of water-soluble components is large. On the other hand, in Comparative Example 1, a hyperdegradable product is generated, and the proportion of water-soluble components is small. That is, in Example 1, it can be said that hydrolysis was performed efficiently.

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 be used for fuels, fibers, composite materials, foods, and the like using biomass as a raw material.

本発明における一実施形態の糖化装置の概略図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Schematic of the saccharification apparatus of one Embodiment in this invention.

符号の説明Explanation 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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Hydrolysis apparatus 110 ... 1st hydrolysis apparatus 10 ... Raw material tank 20 ... Saccharification tank 21 ... Filter 30 ... Receiver 40 ... Solid-liquid separation tank 120 ... Second hydrolysis apparatus 50 ... Raw material tank 60 ... Saccharification tank 61 ... Filter 70 ... Receiver 80 ... Solid-liquid separation tank

Claims (12)

加圧熱水を用いた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
ことを特徴とするバイオマスの加水分解方法。
A method for hydrolyzing biomass using pressurized hot water,
A method for hydrolyzing biomass comprising selectively sequentially extracting water-soluble oligosaccharides and / or monosaccharides obtained by a hydrolysis reaction from a saccharification tank in which the hydrolysis reaction is performed.
請求項1に記載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。
The biomass hydrolysis method according to claim 1,
A method for hydrolyzing biomass, wherein the water-soluble oligosaccharide and / or monosaccharide is selectively and sequentially extracted with an inorganic separation membrane provided in the saccharification tank.
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、
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。
In the hydrolysis method of the biomass of Claim 1 or Claim 2,
A method for hydrolyzing biomass, wherein the water-soluble oligosaccharide and / or monosaccharide is separated in a solid-liquid separation tank provided at an outlet of the saccharification tank.
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、
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
ことを特徴とするバイオマスの加水分解方法。
In the hydrolysis method of the biomass in any one of Claims 1-3,
The hydrolysis reaction is performed in at least two stages of the saccharification tank,
A method for hydrolyzing biomass, wherein a heavy component remaining in the saccharification tank after the hydrolysis reaction is continuously introduced into the next saccharification tank.
請求項4に記載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
ことを特徴とするバイオマスの加水分解方法。
The biomass hydrolysis method according to claim 4,
The biomass is a cellulosic biomass. The biomass hydrolysis method, wherein the biomass is hydrolyzed.
請求項5に記載のバイオマスの加水分解方法において、
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
ことを特徴とするバイオマスの加水分解方法。
The biomass hydrolysis method according to claim 5,
The pressurized hot water in the first saccharification tank is at a temperature of 150 ° C. or higher and 220 ° C. or lower,
The method for hydrolyzing biomass, wherein the pressurized hot water in at least one saccharification tank in the second and subsequent stages has a temperature of 220 ° C. or higher and 300 ° C. or lower.
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、
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。
In the hydrolysis method of the biomass in any one of Claims 4-6,
A method for hydrolyzing biomass, characterized in that the heavy component from the final stage saccharification tank outlet is cooled to 80 ° C or lower.
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、
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。
In the hydrolysis method of the biomass in any one of Claims 1-7,
The pressure of the said pressurized hot water is more than the saturated water vapor pressure in the said saccharification tank. The biomass hydrolysis method characterized by the above-mentioned.
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、
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。
In the hydrolysis method of the biomass in any one of Claims 1-8,
A volume-based slurry liquid space velocity (LHSV: Liquid Space Velocity) for biomass is 0.5 / hr or more and 60 / hr or less.
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、
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。
In the hydrolysis method of the biomass in any one of Claims 1-9,
Hydrolysis using a solid acid catalyst filled in the saccharification tank. A method for hydrolyzing biomass.
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、
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。
In the hydrolysis method of the biomass in any one of Claims 1-10,
A method for hydrolyzing biomass, characterized in that an enzyme is allowed to act on water-soluble oligosaccharides and / or residues obtained after a hydrolysis reaction.
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
ことを特徴とするバイオマスの加水分解装置。
A saccharification tank for hydrolyzing biomass using pressurized hot water;
An inorganic separation membrane that permeates the water-soluble oligosaccharide and / or monosaccharide hydrolyzed in the saccharification tank;
A biomass liquid hydrolysis apparatus comprising: a solid-liquid separation tank that separates heavy components remaining after hydrolysis in the saccharification tank.
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