JP2009261275A - セルロース系バイオマスの糖化分解方法及び糖化分解装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】亜臨界状態の高温高圧水を用いてセルロース又はヘミセルロースを糖類に分解する際、高温高圧状態にある圧力容器内のスラリーを、セルロース系バイオマスのスラリーを充填した加熱途上の圧力容器内へとフラッシュ蒸発さることにより、大量のスラリーを亜臨界状態未満にまで急冷し、糖類が有機酸等にまで過分解することを防止し、かつ、熱エネルギーの回収により省エネ化が図れる。また、一連の工程を3種類の圧力容器を用いて行うため、各圧力容器の温度変化が少なく、圧力容器の製造コストも抑制しうる。
【選択図】図1
Description
複数の第一低圧圧力容器、高圧圧力容器及び第二低圧圧力容器を使用するセルロース系バイオマスの糖化分解方法であって、
充填工程、昇温工程、第一移送工程、分解工程、第二移送工程、降温工程及び排出工程が順次実行され、
充填工程が、セルロース系バイオマスを粉砕し水と混合したスラリーを第一低圧圧力容器に充填する工程であり、
昇温工程が、第一低圧圧力容器を密閉して昇温する工程であり、
第一移送工程が、昇温工程後のスラリーを第一低圧圧力容器から高圧圧力容器へと第一接続経路によって移送する工程であり、
分解工程が、セルロース系バイオマス中のセルロース及び/又はヘミセルロースを高温高圧水の酸化力によって、高圧圧力容器内で糖類に分解する工程であり、
第二移送工程が、分解工程後のスラリーを高圧圧力容器から第二低圧容器へと第一接続経路によって移送する工程であり、
降温工程が、第二低圧圧力容器内の高温高圧スラリーをフラッシュ蒸発させることにより降温する工程であり、
排出工程が、第二低圧圧力容器内のスラリーを取り出す工程であり、
ある第一低圧圧力容器において充填工程が実行されているとき、ある第二低圧圧力容器において排出工程が実行されており、充填工程実行中の第一低圧圧力容器に充填されるスラリーと排出工程実行中の第二低圧圧力容器から排出されるスラリーとの間で熱交換し、
別の第一低圧圧力容器において昇温工程が実行されているとき、別の第二低圧圧力容器において降温工程が実行されており、降温工程実行中の第二低圧圧力容器から排出されるフラッシュ蒸気を昇温工程実行中の第一低圧圧力容器に供給することにより熱回収する、ことを特徴とするセルロース系バイオマスの糖化分解方法に関する。
複数の第一低圧圧力容器、高圧圧力容器及び第二低圧圧力容器を備えるセルロース系バイオマスの糖化分解装置であって、
第一低圧圧力容器と高圧圧力容器とは第一接続経路によって接続されており、
高圧圧力容器と第二低圧圧力容器とは第二接続経路によって接続されており、
第二低圧圧力容器と第一低圧圧力容器とはフラッシュ経路によって接続されており、
第一低圧圧力容器内では、セルロース系バイオマスを粉砕し水と混合したスラリーを充填する充填工程と、第一低圧圧力容器を密閉して昇温する昇温工程とが実行され、
昇温工程後のスラリーは、第一移送工程として第一低圧圧力容器から高圧圧力容器へと第一接続経路によって移送され、
高圧圧力容器内では、セルロース系バイオマス中のセルロース及び/又はヘミセルロースを高温高圧水の酸化力によって糖類に分解する分解工程が実行され、
分解工程後のスラリーは、第二移送工程として高圧圧力容器から第二低圧容器へと第二移送経路によって移送され、
第二低圧圧力容器内では、高温高圧のスラリーをフラッシュ蒸発させることにより降温する降温工程と、第二圧力容器内のスラリーを取り出す排出工程とが実行され、
ある第一低圧圧力容器において充填工程が実行されているとき、ある第二低圧圧力容器において排出工程が実行されており、充填工程実行中の第一低圧圧力容器に充填されるスラリーと排出工程実行中の第二低圧圧力容器から排出されるスラリーとの間で熱交換し、
別の第一低圧圧力容器において昇温工程が実行されているとき、別の第二低圧圧力容器において降温工程が実行されており、降温工程実行中の第二低圧圧力容器から排出されるフラッシュ蒸気を昇温工程実行中の第一低圧圧力容器にフラッシュ経路によって供給することにより熱回収する、ことを特徴とするセルロース系バイオマスの糖化分解装置に関する。
溶媒側に溶出した後の固体分を分離して、新たに原料スラリーとし、前記充填工程に再び供すると共に、前記分解工程の温度を240℃以上280℃以下とすれば、セルロースを糖類(主にC6単糖)に分解することができる。
本発明の実施の形態1として、全7工程数の所要時間が等しく、それぞれ3基の第一低圧圧力容器、高圧圧力容器及び第二低圧圧力容器を用いる糖化分解装置について説明する。
ここで、セルロース系バイオマスとして、試薬セルロースを亜臨界状態で糖化分解させる場合におけるエタノール添加の影響について検討した。上記セルロースに、純水と5重量%(2mol%)のエタノール水溶液をそれぞれ同じ280℃で通水した実験結果を図3に示す
本発明の実施の形態2として、分解工程以外の6工程の所要時間がすべて2.5分であり、分解工程の所要時間が5分(分解工程以外の6工程の所要時間の2倍)である場合に、第一低圧圧力容器及び第二低圧圧力容器の基数がそれぞれ3、高圧圧力容器の基数が4である糖化分解装置を、連続バッチシステムとして運転する場合のタイムスケジュールを、図4を参照しながら説明する。
本発明の実施の形態3として、分解工程以外の6工程の所要時間がすべて1分であり、分解工程の所要時間が5分(分解工程以外の6工程の所要時間の5倍)である場合に、第一低圧圧力容器及び第二低圧圧力容器の基数がそれぞれ3、高圧圧力容器の基数が7である糖化分解装置を、連続バッチシステムとして運転する場合のタイムスケジュールを、図5を参照しながら説明する。
2:原料スラリー
3:熱交換器
4a,4b,4c:充填経路
5a,5b,5c:第一低圧圧力容器
6a,6b,6c:経路
7:経路
8a,8b,8c:経路
9a,9b,9c:経路
10a,10b,10c:高圧圧力容器
11a,11b,11c:経路
12a,12b,12c:経路
13:経路
14a,14b,14c:経路
15a,15b,15c:第二低圧圧力容器
16a,16b,16c:経路
17:経路
18a,18b,18c:経路
19a,19b,19c:経路
20,22:経路
21a,21b,21c:熱交換器
23:糖液タンク
Claims (10)
- 複数の第一低圧圧力容器、高圧圧力容器及び第二低圧圧力容器を使用するセルロース系バイオマスの糖化分解方法であって、
充填工程、昇温工程、第一移送工程、分解工程、第二移送工程、降温工程及び排出工程が順次実行され、
充填工程が、セルロース系バイオマスを粉砕し水と混合したスラリーを第一低圧圧力容器に充填する工程であり、
昇温工程が、第一低圧圧力容器を密閉して昇温する工程であり、
第一移送工程が、昇温工程後のスラリーを第一低圧圧力容器から高圧圧力容器へと第一接続経路によって移送する工程であり、
分解工程が、セルロース系バイオマス中のセルロース及び/又はヘミセルロースを高温高圧水の酸化力によって、高圧圧力容器内で糖類に分解する工程であり、
第二移送工程が、分解工程後のスラリーを高圧圧力容器から第二低圧容器へと第一接続経路によって移送する工程であり、
降温工程が、第二低圧圧力容器内の高温高圧スラリーをフラッシュ蒸発させることにより降温する工程であり、
排出工程が、第二低圧圧力容器内のスラリーを取り出す工程であり、
ある第一低圧圧力容器において充填工程が実行されているとき、ある第二低圧圧力容器において排出工程が実行されており、充填工程実行中の第一低圧圧力容器に充填されるスラリーと排出工程実行中の第二低圧圧力容器から排出されるスラリーとの間で熱交換し、
別の第一低圧圧力容器において昇温工程が実行されているとき、別の第二低圧圧力容器において降温工程が実行されており、降温工程実行中の第二低圧圧力容器から排出されるフラッシュ蒸気を昇温工程実行中の第一低圧圧力容器に供給することにより熱回収する、ことを特徴とするセルロース系バイオマスの糖化分解方法。 - 前記7工程がすべて同じ所要時間であり、第一低圧圧力容器、高圧圧力容器及び第二低圧圧力容器の基数がそれぞれ3m(mは自然数)である請求項1に記載のセルロース系バイオマスの糖化分解方法。
- 前記分解工程以外の6工程がすべて同じ所要時間で、かつ、前記分解工程の所要時間がそれ以外の6工程の所要時間のn倍(nは自然数)である場合に、
第一低圧圧力容器及び第二低圧圧力容器の基数がそれぞれ3m(mは自然数)であり、
高圧圧力容器の基数がm(n+2)である請求項1に記載のセルロース系バイオマスの糖化分解方法。 - 前記分解工程の温度が140℃以上200℃以下であり、ヘミセルロースを糖類に分解する請求項1乃至3のいずれか1項に記載のセルロース系バイオマスの糖化分解方法。
- 前記排出工程で生じたスラリーを固液分離し、ヘミセルロースが分解し水に溶解した後の固体分をスラリーとし、固液分離後のスラリーを前記充填工程に供すると共に、前記分解工程の温度を240℃以上280℃以下とすることにより、セルロースを糖類に分解する請求項4に記載のセルロース系バイオマスの糖化分解方法。
- 前記分解工程の温度が240℃以上280℃以下であり、セルロースを糖類に分解する請求項1乃至3のいずれか1項に記載のセルロース系バイオマスの糖化分解方法。
- 前記充填工程において、原料スラリーにエタノールを2mol%以上10mol%以下添加する請求項1乃至6のいずれか1項に記載のセルロース系バイオマスの糖化分解方法。
- 複数の第一低圧圧力容器、高圧圧力容器及び第二低圧圧力容器を備えるセルロース系バイオマスの糖化分解装置であって、
第一低圧圧力容器と高圧圧力容器とは第一接続経路によって接続されており、
高圧圧力容器と第二低圧圧力容器とは第二接続経路によって接続されており、
第二低圧圧力容器と第一低圧圧力容器とはフラッシュ経路によって接続されており、
第一低圧圧力容器内では、セルロース系バイオマスを粉砕し水と混合したスラリーを充填する充填工程と、第一低圧圧力容器を密閉して昇温する昇温工程とが実行され、
昇温工程後のスラリーは、第一移送工程として第一低圧圧力容器から高圧圧力容器へと第一接続経路によって移送され、
高圧圧力容器内では、セルロース系バイオマス中のセルロース及び/又はヘミセルロースを高温高圧水の酸化力によって糖類に分解する分解工程が実行され、
分解工程後のスラリーは、第二移送工程として高圧圧力容器から第二低圧容器へと第二移送経路によって移送され、
第二低圧圧力容器内では、高温高圧のスラリーをフラッシュ蒸発させることにより降温する降温工程と、第二圧力容器内のスラリーを取り出す排出工程とが実行され、
ある第一低圧圧力容器において充填工程が実行されているとき、ある第二低圧圧力容器において排出工程が実行されており、充填工程実行中の第一低圧圧力容器に充填されるスラリーと排出工程実行中の第二低圧圧力容器から排出されるスラリーとの間で熱交換し、
別の第一低圧圧力容器において昇温工程が実行されているとき、別の第二低圧圧力容器において降温工程が実行されており、降温工程実行中の第二低圧圧力容器から排出されるフラッシュ蒸気を昇温工程実行中の第一低圧圧力容器にフラッシュ経路によって供給することにより熱回収する、ことを特徴とするセルロース系バイオマスの糖化分解装置。 - 前記7工程がすべて同じ所要時間であり、第一低圧圧力容器、高圧圧力容器及び第二低圧圧力容器の基数がそれぞれ3m(mは自然数)である請求項8に記載のセルロース系バイオマスの糖化分解装置。
- 前記分解工程以外の6工程がすべて同じ所要時間で、かつ、前記分解工程の所要時間がそれ以外の6工程の所要時間のn倍(nは自然数)である場合に、
第一低圧圧力容器及び第二低圧圧力容器の基数がそれぞれ3m(mは自然数)であり、
高圧圧力容器の基数がm(n+2)である請求項8に記載のセルロース系バイオマスの糖化分解装置。
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