JP2010046565A

JP2010046565A - 有機物成分の抽出方法と抽出装置

Info

Publication number: JP2010046565A
Application number: JP2008210572A
Authority: JP
Inventors: Yukihiko Karasawa; 幸彦唐澤
Original assignee: Karasawa Fine Ltd
Current assignee: Karasawa Fine Ltd
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2008-08-19
Publication date: 2010-03-04

Abstract

【課題】有機物スラリーからその成分を連続的に生成することを目的にする。
【解決手段】有機物スラリーを吐出するポンプＰと、このポンプＰから吐出された有機物スラリーを、飽和水蒸気圧以上の圧力下で加熱して連続的に加水分解させる流路７と、この流路過程に設けるとともに、有機物スラリーの流れ方向に多数のろ過孔を形成した抽出器１１，１７とを備え、上記ろ過孔は目的成分の粒子径に相当する大きさを有し、このろ過孔から目的の成分を流出させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば木質系バイオマスからキシロオリゴ糖、リグニンおよびグルコースなどを抽出する有機物成分の抽出方法および抽出装置に関する。

例えば、特許文献１に記載された木質系バイオマスからグルコースを生成する方法が従来から知られている。
この従来の方法は、予めリグニンを選択的に分解してえられた木質セルロースからグルコースを生成するものである。つまり、リグニンを選択的に分解する工程と、グルコースを生成する工程とを別々にするいわゆるバッチ処理が基本になっている。
特開２００６−１４９３４３号公報

上記のように従来の方法では、リグニンを選択的に分解する工程と、グルコースを生成する工程とを別々にするいわゆるバッチ処理をしているので、その生成効率が悪いという問題があった。
この発明の目的は、有機物からその成分を連続的に抽出できる方法および装置を提供することである。

第１の発明は、ポンプから吐出させた有機物スラリーを加熱するとともに飽和水蒸気圧以上の圧力を保って所定の長さを有する流路に供給し、その流路過程で有機物成分が分解したところで、当該分解成分を抽出する点に特徴を有する。

第２の発明は、有機物スラリーを吐出するポンプと、このポンプから吐出された有機物スラリーを、飽和水蒸気圧以上の圧力下で加熱して連続的に加水分解させる流路と、この流路過程に設けるとともに、有機物スラリーの流れ方向に多数のろ過孔を形成した抽出器とを備え、上記ろ過孔は目的成分の粒子径に相当する大きさを有し、このろ過孔から目的の成分を流出させる点に特徴を有する。

第３の発明は、上記ろ過孔から流出する流れに対して、ろ過孔よりも下流側になる位置に流路抵抗を調整する圧力調整手段を設けた点に特徴を有する。
第４の発明は、上記流路過程に複数の抽出器を設けた点に特徴を有する。
第５の発明は、上記抽出器と圧力調整手段との間に蒸発濃縮手段を設けた点に特徴を有する。

第６の発明は、上記ポンプの上流側に有機物生成機構を設けるとともに、この有機物生成機構は、有機物と水とを混合する混合槽と、この混合槽で混合された混合液を圧縮して水分を搾取するとともにそれを過熱するスラリー生成槽と、このスラリー生成槽で生成されたスラリーを貯留するスラリータンクとを備え、このスラリータンクのスラリーを上記ポンプから吐出する構成にした点に特徴を有する。

第１〜４の発明によれば、有機物成分を連続的に生成できるので、高い生成効率を維持することができる。
特に、第３の発明によれば、抽出器の下流側にオリフィスなどからなる圧力調整手段を設けたので、抽出器から所定の成分を的確にかつほぼ１００％近く回収することができる。
第４の発明によれば、複数の有機物成分を連続的の生成することができる。
第５の発明によれば、有機物成分の濃度を高めて質の高い成分を生成することができる。
第６の発明によれば、有機物スラリーを効率よく生成できる。

図示の実施形態は、木質バイオマスからキシロオリゴ糖、リグニンおよびグルコースを生成するための装置である。
この装置の混合槽１では、水とおが屑状にした木粉とを混合するが、このときの木粉の比率をほぼ３〜５％としている。このようにおが屑状の木粉の比率を極端に少なくしたのは、次の理由からである。すなわち、おが屑状の木粉の嵩比重が非常に小さいので、水が木粉の粒子の周囲になかなか付着しない。そこで、上記のように水に対して木粉を３〜５％にしてそれを攪拌し、木粉の粒子に水が付着しやすいようにしたものである。なお、上記の混合槽１には、コンプレッサー２から圧縮空気を供給して攪拌するようにしている。

上記のように混合槽１で水に混合した木粉をスラリー生成槽３に供給するとともに、このスラリー生成槽３にコンプレッサー２からの圧縮空気を供給して、木粉に付着した水を搾り取る。なお、コンプレッサー２でスラリー生成槽３を加圧するときには、飽和水蒸気圧以上の最低圧力と６００ＭＰａ前後の最高圧を交互に作用させるようにしている。
上記のようにして水を搾り取ることによって、スラリー生成槽３において、最大固形分濃度を６５％にまであげることができる。なお、この段階で搾り取られた水はタンク４に導かれる。

固形分濃度を６５％程度にしたら、スラリー生成槽３の周囲に設けた加熱手段５で当該生成槽３を加熱し、木粉を加水分解して流動性を保ったスラリーを生成するとともに、この流動性を保ったスラリーをスラリータンク６に貯留する。このスラリータンク６に貯留されるスラリーは、ヘミセルロース、リグニンおよびセルロースが含まれているが、その構成比は、大体、ヘミセルロースが２５％、リグニンが２５％、セルロースが５０％である。

上記のようにスラリータンク６に貯留されたスラリーは、ポンプＰを介して流路７に供給されるが、この流路７の最上流には加熱器８が設けられるとともに、その下流側には蒸発濃縮手段９の放出熱を導く熱交換手段１０を設けている。さらに、この熱交換手段１０の下流側に第１抽出器１１を設けている。
上記第１抽出器１１は、その周囲にほぼ１０μｍ程度のろ過孔を多数形成したろ過膜を備えたもので、そのろ過孔を通過した流体は上記した蒸発濃縮手段９を経由してキシロオリゴ糖を貯留するタンク１２に導かれる。また、このタンク１２と上記蒸発濃縮手段９との間にはオリフィス１３を設けている。

上記第１抽出器１１の下流には加熱器１４を設けるとともに、この加熱器１４の下流側には蒸発濃縮手段１５の放出熱を導く熱交換手段１６を設けている。さらに、この熱交換手段１６の下流側に第２抽出器１７を設けている。
上記第２抽出器１７は、その周囲にほぼ１０μｍ程度のろ過孔を多数形成したろ過膜を備えたもので、そのろ過孔を通過した流体は上記した蒸発濃縮手段１５を経由してグルコースを貯留するタンク１８に導かれる。また、このタンク１８と上記蒸発濃縮手段１５との間にはオリフィス１９を設けている。
そして、上記第２抽出器１７の下流にはオリフィス２０を介してリグニンを回収するタンク２１を設けている。

また、上記ポンプＰからスラリーが流路７に吐出されるときには、第１抽出器１１の上流側が５ＭＰａに維持され、最終段階のオリフィス２０の上流側が４ＭＰａに維持されるようにしている。つまり、第１抽出器１１の上流側とオリフィス２０の上流側との差圧が１ＭＰａに保たれるようにしている。

上記のような圧力関係を維持してポンプＰから流路７に吐出されたスラリーは、加熱器８でほぼ１５０度に加熱されるが、スラリー中の２５％のヘミセルロース成分は、１５０度で所定時間加熱されると、キシロオリゴ糖に分解される。この所定時間とは、結局加熱器８から第１抽出器１１までの長さに比例するが、この流路の長さを決める第１抽出器１１の位置は、ヘミセルロースがキシロオリゴ糖に分解される流路長さを保った位置ということになる。

そして、第１抽出器１１のろ過膜のろ過孔は、上記キシロオリゴ糖を通過させるだけの孔径を保っているが、それが上記したほぼ１０μｍということになる。したがって、第１抽出器１１を通過する過程でキシロオリゴ糖が抽出されることになる。
また、上記オリフィス１３の孔径は、上記した差圧１ＭＰａに対して２５％減圧した４．７５ＭＰａに保たれるようにしている。このように第１抽出器１１の上流側とオリフィス１３の上流側との差圧を０．２５ＭＰａとしたのは、構成比が２５％のヘミセルロースを分解してなるキシロオリゴ糖の粒子に付着している水分量も全体の２５％に相当するものとして、その２５％の水分量を第１抽出器１１で抽出しながら、キシロオリゴ糖をタンク１２に導くようにするためである。

このようにして第１抽出器１１で、２５％の水分量とともに抽出されたキシロオリゴ糖の水溶液は、蒸発濃縮手段９で水分を蒸発させてその成分濃度をあげてからタンク１２に導かれる。
なお、蒸発濃縮手段９はそこに導かれたキシロオリゴ糖の水溶液を減圧して、水分を蒸発させるようにしているが、このときに放出される熱を、熱交換手段１０に導いて再利用している。このように熱交換手段１０を介して蒸発濃縮手段９の放出熱を再利用することによって、加熱器８の負担を軽くし、エネルギー消費を節約するようにしている。

上記のようにして初期の状態から２５％の水分量が抽出されたスラリーは、加熱器１４で２５０度に再び加熱されて流路７を流通していくが、このときのスラリーの圧力は、先に減圧された分だけ低くなるので、４．７５ＭＰａとなる。また、このときのスラリーの成分は、初期のスラリー量における２５％のリグニンと、５０％のセルロースということになる。

そして、上記５０％のセルロース成分は、２５０度で所定時間加熱されると、グルコースに分解される。この所定時間とは、結局加熱器１４から第２抽出器１７までの長さに比例するが、この流路の長さを決める第２抽出器１７の位置は、セルロースがグルコースに分解される流路長さを保った位置ということになる。

そして、第２抽出器１７のろ過膜のろ過孔は、上記グルコースを通過させるだけの孔径を保っているが、それがほぼ１０μｍである。したがって、第２抽出器１７を通過する過程でグルコースが抽出されることになる。
また、上記オリフィス１９の孔径は、上記した差圧１ＭＰａに対して５０％分を減圧した４．２５ＭＰａに保たれるようにしている。このように第２抽出器１７の上流側とオリフィス１９の上流側との差圧を０．５０ＭＰａとしたのは、構成比が５０％のセルロースを分解してなるグルコースの粒子に付着している水分量も全体の５０％に相当するものとして、その５０％の水分量を第２抽出器１７で抽出しながら、グルコースをタンク１８に導くようにするためである。

このようにして第２抽出器１７で、５０％の水分量とともに抽出されたグルコースの水溶液は、蒸発濃縮手段１５で水分を蒸発させてその成分濃度をあげてからタンク１８に導かれる。
なお、蒸発濃縮手段１５は、蒸発濃縮手段９と同様に、そこに導かれたグルコースの水溶液を減圧して、水分を蒸発させるようにしたもので、このときに放出される熱を、熱交換手段１６に導いて再利用している。したがって、熱交換手段１０の場合と同様に、加熱器８の負担を軽くできる。
第２抽出器１７でグルコースを抽出されたスラリー中にはリグニンだけが残り、それがオリフィス２０を経由してタンク２１に導かれる。

なお、この実施形態におけるオリフィス１３，１９，２０のそれぞれは、この発明の圧力調整手段を構成するものである。
ただし、この発明における圧力調整手段を、上記オリフィス１３，１９，２０に限定されるものではなく、減圧弁等の圧力制御弁も含まれる概念である。

この発明の実施形態を示す回路図である。

符号の説明

１混合槽
３スラリー生成槽
６スラリータンク
Ｐポンプ
７流路
８，１４加熱器
９，１５蒸発濃縮手段
１１第１抽出器
１３，１９，２０圧力調整手段としてのオリフィス
１７第２抽出器

Claims

ポンプから吐出させた有機物スラリーを加熱するとともに飽和水蒸気圧以上の圧力を保って所定の長さを有する流路に供給し、その流路過程で有機物成分が分解したところで、当該分解成分を抽出する有機物成分の抽出方法。
有機物スラリーを吐出するポンプと、このポンプから吐出された有機物スラリーを、飽和水蒸気圧以上の圧力下で加熱して連続的に加水分解させる流路と、この流路過程に設けるとともに、有機物スラリーの流れ方向に多数のろ過孔を形成した抽出器とを備え、上記ろ過孔は目的成分の粒子径に相当する大きさを有し、このろ過孔から目的の成分を流出させる有機物成分の抽出装置。
上記ろ過孔から流出する流れに対して、ろ過孔よりも下流側になる位置に流路抵抗を調整する圧力調整手段を設けた請求項２記載の有機物成分の抽出装置。
上記流路過程に複数の抽出器を設けた請求項２または３記載の有機物成分の抽出装置。
上記抽出器と圧力調整手段との間に蒸発濃縮手段を設けた請求項３または４記載の有機物成分の抽出装置。
有機物と水とを混合する混合槽と、この混合槽で混合された混合液を圧縮して水分を搾取するとともにそれを過熱するスラリー生成槽と、このスラリー生成槽で生成されたスラリーを貯留するスラリータンクとを備え、このスラリータンクのスラリーを上記ポンプから吐出する構成にした請求項２〜５のいずれかに記載の有機物成分の抽出装置。