JP2013078294A - Apparatus and method for producing ethanol - Google Patents

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Takafumi Kiuchi
崇文 木内
Ryota Hidaka
亮太 日高
Yoichi Ishibashi
洋一 石橋
Shigeru Mitarai
重 御手洗
Koji Harada
浩次 原田
Yasuki Kansha
寂樹 甘蔗
Atsushi Tsutsumi
敦司 堤
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University of Tokyo NUC
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Nippon Steel and Sumikin Engineering Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus and method for producing ethanol in which energy required to circulate and use an enzyme is reduced compared to before.SOLUTION: In the ethanol production apparatus including a distillation tower 11 into which an ethanol-fermented liquid produced by fermentation of a biomass raw material is introduced and in which the ethanol-fermented liquid is distilled to distill ethanol vapor, and a rectification tower 12 for rectifying the ethanol vapor to produce ethanol from the biomass raw material, the ethanol vapor distilled from the distillation tower 11 is directly introduced into the rectification tower 12.

Description

本発明は、バイオマス原料からエタノールを製造するエタノール製造装置及びエタノール製造方法に関する。 The present invention relates to an ethanol production apparatus and an ethanol production method for producing ethanol from biomass raw materials.

従来のエタノール製造装置として、糖化発酵反応液を酵素が失活しない条件で発酵生成物から蒸留分離し、蒸留残さ分中に含まれている酵素分を糖化発酵工程及び/又は予備糖化工程に循環利用することで、高価な酵素を効率的に利用するものが知られている。(例えば、特許文献1参照)。 As a conventional ethanol production device, the saccharification and fermentation reaction solution is distilled and separated from the fermentation product under conditions where the enzyme is not deactivated, and the enzyme contained in the distillation residue is recycled to the saccharification and fermentation process and / or the preliminary saccharification process. There are known ones that efficiently use expensive enzymes. (For example, refer to Patent Document 1).

特開2010−17084号公報JP 2010-17084 A

ここで一般に、減圧蒸留塔(又は減圧濃縮装置)を用いて蒸留する場合、この酵素を失活させることなく回収するためには、塔底温度を30℃以上60℃未満、望ましくは30℃以上51℃以下に維持する必要がある。しかし、蒸発エネルギーが過大になることを防ぐため、多重効用缶などの省エネルギー機器を導入した場合、その際の塔頂温度は35℃を下回ることがある。そのため、消費電力が従来適用されている冷却塔(クーリングタワー)よりも大きいチラー等の冷却器を設け、塔頂から留出するエタノールベーパーを冷却して凝縮させる必要があった。
本発明は、酵素を循環して利用するために必要な熱エネルギーと冷却エネルギーを従来よりも低減したエタノール製造装置及びエタノール製造方法を提供することを目的とする。
Here, in general, when distillation is performed using a vacuum distillation column (or vacuum concentration apparatus), in order to recover the enzyme without deactivation, the column bottom temperature is 30 ° C. or higher and lower than 60 ° C., preferably 30 ° C. or higher. It is necessary to maintain at 51 ° C. or lower. However, when energy-saving equipment such as a multi-effect can is introduced in order to prevent excessive evaporation energy, the tower top temperature at that time may be lower than 35 ° C. Therefore, it has been necessary to provide a cooler such as a chiller that consumes more power than a conventionally applied cooling tower (cooling tower) to cool and condense ethanol vapor distilled from the top of the tower.
An object of the present invention is to provide an ethanol production apparatus and an ethanol production method in which heat energy and cooling energy necessary for circulating and utilizing an enzyme are reduced as compared with the conventional art.

前記目的に沿う第1の発明に係るエタノール製造装置は、バイオマス原料を発酵させて生成されるエタノール発酵液が導入され、前記エタノール発酵液を蒸留してエタノールベーパーを留出させる蒸留塔と、前記エタノールベーパーを精留するための精留塔とを備え、前記バイオマス原料からエタノールを製造するエタノール製造装置において、
前記蒸留塔から留出したエタノールベーパーが前記精留塔に直接導入される。
The ethanol production apparatus according to the first invention that meets the above-mentioned object is a distillation column in which an ethanol fermentation liquid produced by fermenting a biomass raw material is introduced, the ethanol fermentation liquid is distilled to distill ethanol vapor, and A rectifying tower for rectifying ethanol vapor, and an ethanol production apparatus for producing ethanol from the biomass raw material,
Ethanol vapor distilled from the distillation column is directly introduced into the rectification column.

第1の発明に係るエタノール製造装置において、前記精留塔から留出したエタノールベーパーを断熱圧縮する圧縮機と、
前記蒸留塔の塔底を循環する塔底循環液を加熱する第1の熱交換器と、
前記精留塔の塔底を循環する塔底循環液を加熱する第2の熱交換器とを更に備え、
前記圧縮機によって断熱圧縮されたエタノールベーパーが前記第1及び第2の熱交換器の熱源となることが好ましい。
In the ethanol production apparatus according to the first invention, a compressor that adiabatically compresses the ethanol vapor distilled from the rectifying column;
A first heat exchanger for heating the bottom circulating liquid circulating through the bottom of the distillation tower;
A second heat exchanger for heating the bottom circulating liquid circulating through the bottom of the rectifying tower,
It is preferable that ethanol vapor adiabatically compressed by the compressor serves as a heat source for the first and second heat exchangers.

第1の発明に係るエタノール製造装置において、前記圧縮機によって前記蒸留塔及び前記精留塔が減圧され、該蒸留塔の塔底温度が40℃〜60℃の範囲に維持されることが好ましい。 In the ethanol production apparatus according to the first aspect of the present invention, it is preferable that the distillation column and the rectification column are depressurized by the compressor and the bottom temperature of the distillation column is maintained in the range of 40 ° C to 60 ° C.

第1の発明に係るエタノール製造装置において、前記圧縮機の前段に、前記精留塔によって精留されたエタノールベーパーを加熱する過熱器を更に備え、
前記過熱器により加熱された前記エタノールベーパーが前記圧縮機に送られ、該圧縮機によって断熱圧縮されたエタノールベーパーが前記過熱器の熱源となることが好ましい。
In the ethanol production apparatus according to the first aspect of the present invention, further comprising a superheater for heating ethanol vapor rectified by the rectification tower in the previous stage of the compressor,
It is preferable that the ethanol vapor heated by the superheater is sent to the compressor, and the ethanol vapor adiabatically compressed by the compressor serves as a heat source for the superheater.

第1の発明に係るエタノール製造装置において、前記蒸留塔に導入される前記エタノール発酵液を予熱する第1の予熱器を更に備え、
前記圧縮機によって断熱圧縮されたエタノールベーパーが、前記第1の予熱器の熱源となることが好ましい。
The ethanol production apparatus according to the first invention further comprises a first preheater for preheating the ethanol fermentation broth introduced into the distillation column,
It is preferable that ethanol vapor adiabatically compressed by the compressor serves as a heat source for the first preheater.

第1の発明に係るエタノール製造装置において、前記第1の予熱器の熱源となる前記エタノールベーパーの温度が45〜100℃であることが好ましい。 In the ethanol production apparatus according to the first invention, it is preferable that the temperature of the ethanol vapor serving as a heat source of the first preheater is 45 to 100 ° C.

第1の発明に係るエタノール製造装置において、前記蒸留塔の塔底を循環する塔底循環液を加熱する第3の熱交換器と、
前記精留塔の塔底を循環する塔底循環液を加熱する第4の熱交換器とを更に備え、
前記第3及び第4の熱交換器の熱源は、それぞれ外部蒸気であることが好ましい。
In the ethanol production apparatus according to the first aspect of the invention, a third heat exchanger for heating the bottom circulating liquid circulating through the bottom of the distillation column;
A fourth heat exchanger for heating the bottom circulating liquid circulating through the bottom of the rectifying tower,
The heat sources of the third and fourth heat exchangers are each preferably external steam.

第1の発明に係るエタノール製造装置において、前記外部蒸気は、減圧蒸気であることが好ましい。 In the ethanol production apparatus according to the first invention, the external steam is preferably reduced-pressure steam.

第1の発明に係るエタノール製造装置において、前記減圧蒸気の温度は45〜100℃であることが好ましい。 In the ethanol production apparatus according to the first invention, the temperature of the reduced pressure steam is preferably 45 to 100 ° C.

第1の発明に係るエタノール製造装置において、前記精留塔から缶出する低COD排水を、前記バイオマス原料の酵素反応性を高めるための前処理を行う前処理工程に循環させることができる。 In the ethanol production apparatus according to the first aspect of the present invention, the low COD waste water that is taken out from the rectification tower can be circulated to a pretreatment step in which a pretreatment for increasing the enzyme reactivity of the biomass raw material is performed.

第1の発明に係るエタノール製造装置において、前記精留塔から缶出する低COD排水を、前記バイオマス原料に糖化酵素を添加して単糖を得るための糖化工程に循環させることができる。 In the ethanol production apparatus according to the first aspect of the present invention, the low-COD wastewater discharged from the rectification tower can be circulated to a saccharification step for adding a saccharifying enzyme to the biomass raw material to obtain a monosaccharide.

第1の発明に係るエタノール製造装置において、前記精留塔から缶出する低COD排水を、前記蒸留塔から缶出した酵素含有濃縮廃液から固形物を分離する固液分離工程で用いるリンス液として循環させることができる。 In the ethanol production apparatus according to the first aspect of the present invention, as a rinsing liquid used in a solid-liquid separation step of separating solids from the enzyme-containing concentrated waste liquid removed from the distillation tower, the low COD wastewater removed from the rectification tower It can be circulated.

第1の発明に係るエタノール製造装置において、前記精留塔から缶出する低COD排水が、排水処理装置で処理されることが好ましい。 In the ethanol production apparatus according to the first aspect of the invention, it is preferable that the low COD waste water that is taken out from the rectification tower is treated by a waste water treatment device.

第1の発明に係るエタノール製造装置において、前記蒸留塔に導入される前記エタノール発酵液を予熱する第2の予熱器を更に備え、
前記精留塔から缶出する低COD排水が、前記第2の予熱器の熱源となることが好ましい。
The ethanol production apparatus according to the first aspect of the present invention further comprises a second preheater for preheating the ethanol fermentation broth introduced into the distillation column,
It is preferable that the low COD waste water discharged from the rectification tower serves as a heat source for the second preheater.

第1の発明に係るエタノール製造装置において、前記蒸留塔に導入される前記エタノール発酵液を予熱する第3の予熱器を更に備え、
前記蒸留塔から缶出した酵素含有濃縮廃液が、前記第3の予熱器の熱源となることが好ましい。
The ethanol production apparatus according to the first invention further comprises a third preheater for preheating the ethanol fermentation broth introduced into the distillation column,
It is preferable that the enzyme-containing concentrated waste liquid removed from the distillation tower serves as a heat source for the third preheater.

第1の発明に係るエタノール製造装置において、前記圧縮機に代えて、ブロワ又は真空ポンプとすることができる。 In the ethanol production apparatus according to the first invention, a blower or a vacuum pump can be used instead of the compressor.

前記目的に沿う第2の発明に係るエタノール製造方法は、バイオマス原料を発酵させて生成されるエタノール発酵液からエタノールを生成するエタノール製造方法において、
前記エタノール発酵液を蒸留塔に導入する工程と、
前記蒸留塔から流出したエタノールベーパーを直接精留塔に導入する工程とを含む。
In the ethanol production method according to the second aspect of the invention, the ethanol production method for producing ethanol from an ethanol fermentation liquid produced by fermenting a biomass raw material,
Introducing the ethanol fermentation liquor into a distillation column;
And a step of directly introducing ethanol vapor flowing out of the distillation column into the rectification column.

第2の発明に係るエタノール製造方法において、前記精留塔から留出したエタノールベーパーを断熱圧縮する工程と、
前記断熱圧縮されたエタノールベーパーを熱源とし、前記蒸留塔の塔底を循環する塔底循環液を加熱する工程と、
前記断熱圧縮されたエタノールベーパーを熱源とし、前記精留塔の塔底を循環する塔底循環液を加熱する工程とを更に含むことが好ましい。
In the ethanol production method according to the second invention, a step of adiabatically compressing the ethanol vapor distilled from the rectifying column;
Using the adiabatic-compressed ethanol vapor as a heat source, and heating the bottom circulating liquid circulating through the bottom of the distillation tower;
It is preferable that the method further includes a step of heating the bottom circulating liquid circulating through the bottom of the rectifying column using the adiabatic-compressed ethanol vapor as a heat source.

第2の発明に係るエタノール製造方法において、前記蒸留塔の塔底温度が、40℃〜60℃の範囲に維持されることが好ましい。 In the ethanol production method according to the second invention, the bottom temperature of the distillation column is preferably maintained in the range of 40 ° C to 60 ° C.

請求項1〜16記載のエタノール製造装置においては、蒸留塔から留出したエタノールベーパーが精留塔に直接導入される。従って、エタノールベーパーを冷却器で凝縮させることがないため、蒸留工程及び精留工程で必要な消費エネルギーを従来よりも低減することができる。また、蒸留塔と精留塔が直結され、一体となるので、設備コストを低減できる。 In the ethanol production apparatus according to claims 1 to 16, ethanol vapor distilled from the distillation column is directly introduced into the rectification column. Therefore, since ethanol vapor is not condensed by the cooler, the energy consumption required in the distillation process and the rectification process can be reduced as compared with the prior art. In addition, since the distillation column and the rectification column are directly connected and integrated, the equipment cost can be reduced.

特に、請求項2記載のエタノール製造装置においては、圧縮機によって断熱圧縮されたエタノールベーパーが第1及び第2の熱交換器の熱源となる。従って、蒸留工程及び精留工程で必要な消費エネルギーを従来よりも低減できる。 In particular, in the ethanol production apparatus according to claim 2, ethanol vapor adiabatically compressed by the compressor serves as a heat source for the first and second heat exchangers. Therefore, the energy consumption required in the distillation process and the rectification process can be reduced as compared with the prior art.

請求項3記載のエタノール製造装置においては、蒸留塔の塔底温度が40℃〜60℃の範囲に維持される。そのため酵素の失活が抑制されるので、酵素を再利用できる。 In the ethanol production apparatus according to claim 3, the bottom temperature of the distillation column is maintained in the range of 40 ° C to 60 ° C. Therefore, the enzyme can be reused because the inactivation of the enzyme is suppressed.

請求項4記載のエタノール製造装置においては、エタノールベーパーが加熱されるので、圧縮機内でのエタノールベーパーの凝縮を防止できる。 In the ethanol manufacturing apparatus according to the fourth aspect, since the ethanol vapor is heated, the condensation of the ethanol vapor in the compressor can be prevented.

請求項5記載のエタノール製造装置においては、圧縮機によって断熱圧縮されたエタノールベーパーが第1の予熱器の熱源として利用されることにより、蒸留工程で必要な消費エネルギーを従来よりも低減できる。 In the ethanol production apparatus according to the fifth aspect, the energy consumed in the distillation step can be reduced as compared with the conventional one by using the ethanol vapor adiabatically compressed by the compressor as a heat source of the first preheater.

請求項6記載のエタノール製造装置においては、第1の予熱器の熱源となるエタノールベーパーの温度が45〜100℃となる。そのため酵素の失活が抑制される。 In the ethanol manufacturing apparatus according to claim 6, the temperature of the ethanol vapor serving as the heat source of the first preheater is 45 to 100 ° C. Therefore, inactivation of the enzyme is suppressed.

請求項7記載のエタノール製造装置においては、第3及び第4の熱交換器の熱源が、それぞれ外部蒸気であるため、エタノール製造装置の立ち上げ時の過渡状態及び定常状態において運転が安定する。 In the ethanol production apparatus according to the seventh aspect, since the heat sources of the third and fourth heat exchangers are respectively external steam, the operation is stabilized in the transient state and the steady state when the ethanol production apparatus is started up.

請求項8記載のエタノール製造装置においては、外部蒸気が減圧蒸気であるため、蒸留塔の塔底を循環する塔底循環液の温度が必要以上に上昇することを防止できる。そのため酵素の失活が抑制され、酵素を再利用できる。 In the ethanol production apparatus according to the eighth aspect, since the external steam is the reduced pressure steam, it is possible to prevent the temperature of the bottom circulating liquid circulating through the bottom of the distillation tower from rising more than necessary. Therefore, inactivation of the enzyme is suppressed and the enzyme can be reused.

請求項9記載のエタノール製造装置においては、前記減圧蒸気の温度は45〜100℃である。そのため、酵素の失活が抑制され、酵素を再利用できる。 In the ethanol manufacturing apparatus according to claim 9, the temperature of the reduced-pressure steam is 45 to 100 ° C. Therefore, inactivation of the enzyme is suppressed and the enzyme can be reused.

請求項10記載のエタノール製造装置においては、バイオマス原料に含まれている水分やエタノールを製造する過程で添加された水を低COD排水として排出できるので、前処理工程で再利用できる。 In the ethanol production apparatus according to claim 10, water contained in the biomass material or water added in the process of producing ethanol can be discharged as low COD wastewater, and can be reused in the pretreatment process.

請求項11記載のエタノール製造装置においては、バイオマス原料に含まれている水分やエタノールを製造する過程で添加された水を低COD排水として排出できるので、糖化工程で再利用できる。 In the ethanol production apparatus according to the eleventh aspect, water contained in the biomass material or water added in the process of producing ethanol can be discharged as low COD wastewater, and can be reused in the saccharification process.

請求項12記載のエタノール製造装置においては、バイオマス原料に含まれている水分やエタノールを製造する過程で添加された水を低COD排水として排出できるので、固液分離工程で用いるリンス液として再利用できる。 In the ethanol production apparatus according to claim 12, since water contained in the biomass material or water added in the process of producing ethanol can be discharged as low COD wastewater, it can be reused as a rinsing liquid used in the solid-liquid separation process. it can.

請求項13記載のエタノール製造装置においては、低COD排水の排水処理が容易なので、従来よりも廃液処理の負担を軽減できる。 In the ethanol manufacturing apparatus according to the thirteenth aspect, since the wastewater treatment of the low COD wastewater is easy, the burden of the waste liquid treatment can be reduced as compared with the conventional case.

請求項14記載のエタノール製造装置においては、精留塔から缶出する低COD排水が、第2の予熱器の熱源として利用されることにより、蒸留工程で必要な消費エネルギーを従来よりも低減できる。 In the ethanol production apparatus according to claim 14, the low COD drainage discharged from the rectification column is used as a heat source for the second preheater, so that the energy consumption required in the distillation step can be reduced as compared with the conventional one. .

請求項15記載のエタノール製造装置においては、蒸留塔から缶出した酵素含有濃縮廃液が、第3の予熱器の熱源として利用されることにより、蒸留工程で必要な消費エネルギーを従来よりも低減できる。 In the ethanol production apparatus according to claim 15, the enzyme-containing concentrated waste liquid taken out from the distillation tower is used as a heat source of the third preheater, so that the energy consumption required in the distillation step can be reduced as compared with the conventional case. .

請求項16記載のエタノール製造装置においては、圧縮機に代えてブロワ又は真空ポンプを適用できる。 In the ethanol production apparatus according to the sixteenth aspect, a blower or a vacuum pump can be applied instead of the compressor.

請求項17〜19記載のエタノール製造方法においては、蒸留塔から留出したエタノールベーパーが精留塔に直接導入される。従って、エタノールベーパーを冷却器で凝縮させることがないため、蒸留工程及び精留工程で必要な消費エネルギーを従来よりも低減することができる。また、蒸留塔と精留塔が直結され、一体となるので、設備コストを低減できる。 In the ethanol production method according to claims 17 to 19, ethanol vapor distilled from the distillation tower is directly introduced into the rectification tower. Therefore, since ethanol vapor is not condensed by the cooler, the energy consumption required in the distillation process and the rectification process can be reduced as compared with the prior art. In addition, since the distillation column and the rectification column are directly connected and integrated, the equipment cost can be reduced.

特に、請求項18記載のエタノール製造方法においては、断熱圧縮されたエタノールベーパーが蒸留塔及び精留塔の塔底循環液を加熱する。従って、蒸留工程及び精留工程で必要な消費エネルギーを従来よりも低減できる。 In particular, in the ethanol production method according to claim 18, the adiabatically compressed ethanol vapor heats the bottom circulating liquid of the distillation column and rectification column. Therefore, the energy consumption required in the distillation process and the rectification process can be reduced as compared with the prior art.

請求項19記載のエタノール製造方法においては、蒸留塔の塔底温度が40℃〜60℃の範囲に維持される。そのため酵素の失活が抑制されるので、酵素を再利用できる。 In the ethanol production method according to claim 19, the bottom temperature of the distillation column is maintained in the range of 40 ° C to 60 ° C. Therefore, the enzyme can be reused because the inactivation of the enzyme is suppressed.

本発明の一実施の形態に係るエタノール製造装置における製造工程のフロー図である。It is a flowchart of the manufacturing process in the ethanol manufacturing apparatus which concerns on one embodiment of this invention. 同エタノール製造装置の構成図である。It is a block diagram of the ethanol manufacturing apparatus.

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。なお、各図において、説明に関連しない部分は図示を省略する場合がある。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings for understanding of the present invention. In each drawing, portions not related to the description may be omitted.

本発明の一実施の形態に係るエタノール製造装置は、セルロースを含んだ木質系、草本系、紙系のバイオマス原料からエタノールを生成するものである。図1に示すように、エタノール製造工程は、前処理工程P1、糖化工程P2、C6糖発酵工程P3、蒸留工程P4、精留工程P5、無水化工程P6を含んでいる。この製造工程は、更に固液分離工程P7及びC5糖発酵工程P8を含んでいる。 An ethanol production apparatus according to an embodiment of the present invention generates ethanol from woody, herbaceous, and paper-based biomass raw materials containing cellulose. As shown in FIG. 1, the ethanol production process includes a pretreatment process P1, a saccharification process P2, a C6 sugar fermentation process P3, a distillation process P4, a rectification process P5, and a dehydration process P6. This manufacturing process further includes a solid-liquid separation process P7 and a C5 sugar fermentation process P8.

前処理工程P1では、バイオマス原料の酵素反応性を高めるためバイオマス原料に熱処理、化学処理、機械処理等の前処理を行う。
糖化工程P2では、前処理されたバイオマス原料に、セルラーゼ、ヘミセルラーゼ等の糖化酵素を添加し、セルロース等を加水分解して単糖を得る。
In the pretreatment process P1, in order to increase the enzyme reactivity of the biomass material, pretreatment such as heat treatment, chemical treatment, and mechanical treatment is performed on the biomass material.
In the saccharification process P2, saccharification enzymes such as cellulase and hemicellulase are added to the pretreated biomass raw material, and cellulose and the like are hydrolyzed to obtain monosaccharides.

C6糖発酵工程P3では、糖化工程P2で得られた単糖を含む糖化液に酵母を添加し、発酵によりエタノール発酵液を得る。このエタノール発酵液は、1〜10%のエタノールを含んでいる。本工程は同時糖化発酵工程(糖化工程P2と一緒に行う工程)としても良い。 In the C6 sugar fermentation step P3, yeast is added to the saccharified solution containing the monosaccharide obtained in the saccharification step P2, and an ethanol fermentation solution is obtained by fermentation. This ethanol fermentation liquid contains 1 to 10% ethanol. This step may be a simultaneous saccharification and fermentation step (step performed together with the saccharification step P2).

蒸留工程P4では、C6糖発酵工程P3で得られたエタノール発酵液を蒸留してエタノールを分離する。具体的には、エタノール発酵液を蒸留塔11(図2参照)に導入して蒸留し、塔頂からエタノールベーパーを留出させる。導入されるエタノール発酵液は、セルラーゼ、ヘミセルラーゼ等の糖化酵素及びC6糖発酵工程P3で発酵しなかったC5糖を含んでいる。セルラーゼ、ヘミセルラーゼは60℃以上で失活するので、蒸留塔11の塔底温度は、60℃未満に調整される。酵素は60℃未満でも経時的に失活するので、蒸留塔11の塔底温度はできる限り低いほうが好ましい。 In the distillation process P4, the ethanol fermentation liquid obtained in the C6 sugar fermentation process P3 is distilled to separate ethanol. Specifically, the ethanol fermentation liquor is introduced into the distillation column 11 (see FIG. 2) and distilled, and ethanol vapor is distilled from the top of the column. The ethanol fermentation liquid to be introduced contains saccharifying enzymes such as cellulase and hemicellulase and C5 sugar that has not been fermented in the C6 sugar fermentation process P3. Since cellulase and hemicellulase are deactivated at 60 ° C. or higher, the bottom temperature of the distillation column 11 is adjusted to less than 60 ° C. Since the enzyme deactivates with time even below 60 ° C., the bottom temperature of the distillation column 11 is preferably as low as possible.

精留工程P5では、蒸留塔11から留出した低濃度エタノール水(エタノールベーパー)を約90%まで濃縮する。無水化工程P6では、精留工程P5で濃縮されたエタノール(90%エタノール液)から、膜分離や共沸等により、水分を分離する。 In the rectification step P5, the low-concentration ethanol water (ethanol vapor) distilled from the distillation column 11 is concentrated to about 90%. In the dehydration step P6, water is separated from the ethanol (90% ethanol solution) concentrated in the rectification step P5 by membrane separation, azeotropy, or the like.

固液分離工程P7では、蒸留工程P4の蒸留塔11から缶出した酵素含有濃縮廃液から固形物を分離する。
C5糖発酵工程P8では、固形物が分離された酵素含有濃縮廃液に含まれるC5糖を発酵させる。発酵液は糖化工程P2へと循環される。
In the solid-liquid separation process P7, the solid is separated from the enzyme-containing concentrated waste liquid taken out from the distillation column 11 of the distillation process P4.
In the C5 sugar fermentation step P8, the C5 sugar contained in the enzyme-containing concentrated waste liquid from which the solid matter is separated is fermented. The fermentation liquor is circulated to the saccharification process P2.

次に、図1の点線で示した蒸留工程P4及び精留工程P5について詳述する。
この工程では、図2に示す蒸留塔11及び留出ラインL1を介して蒸留塔11と直結された精留塔12によって、それぞれ蒸留及び精留が行われる。なお、蒸留塔11は、例えば4つの棚段を有する棚段塔である。
蒸留塔11の塔底温度は、酵素が失活しないように、40℃以上60℃未満(望ましくは30℃以上51℃以下)になるよう、精留塔12の留出ラインL2に設けられた圧縮機20によって内部圧力が減圧制御されている。なお、前述の通り、精留塔12は、蒸留塔11に直結されているので、精留塔12の塔底温度は、蒸留塔11の塔底温度と実質的に等しくなる。
Next, the distillation process P4 and the rectification process P5 indicated by dotted lines in FIG. 1 will be described in detail.
In this step, distillation and rectification are respectively performed by the rectification column 12 directly connected to the distillation column 11 via the distillation column 11 and the distillation line L1 shown in FIG. The distillation column 11 is a plate column having, for example, four plates.
The bottom temperature of the distillation column 11 is provided in the distillation line L2 of the rectifying column 12 so that the temperature of the distillation column 11 is 40 ° C. or higher and lower than 60 ° C. (preferably 30 ° C. or higher and 51 ° C. or lower) so that the enzyme is not deactivated. The internal pressure is controlled to be reduced by the compressor 20. As described above, since the rectifying column 12 is directly connected to the distillation column 11, the column bottom temperature of the rectifying column 12 is substantially equal to the column bottom temperature of the distillation column 11.

蒸留塔11には、C6糖発酵工程P3にて生成されたエタノール発酵液が導入される。
蒸留塔11の塔底からは、酵素含有濃縮廃液が缶出する。この缶出した酵素含有濃縮廃液は、塔底循環ポンプ22によって送出され、その一部は固液分離工程P7を経てC5糖発酵工程P8の発酵槽(不図示)で再利用される。
酵素含有濃縮廃液の一部(例えば、0.3wt%、354kg/h)は、予熱器23(第3の予熱器の一例)を介して、エタノール発酵液を予熱する。
酵素含有濃縮廃液の残りは、熱交換器(リボイラ)24a、24bによって昇温され、塔底循環液として蒸留塔11の塔底へと循環される。
なお、熱交換器24b(第3の熱交換器の一例)は、図示しない蒸気ラインから供給される、例えば45〜100℃の減圧蒸気(外部蒸気)を熱源としている。このように、外部蒸気を熱源とした熱交換器24bが設けられているので、エタノール製造装置を立ち上げる際の過渡状態及び定常状態において運転が安定する。また、熱交換器24bの熱源が45〜100℃の減圧蒸気であるので、酵素含有濃縮廃液中の酵素の失活が抑えられる。
The ethanol fermentation liquid produced in the C6 sugar fermentation process P3 is introduced into the distillation column 11.
The enzyme-containing concentrated waste liquid is discharged from the bottom of the distillation column 11. The extracted enzyme-containing concentrated waste liquid is sent out by the tower bottom circulation pump 22, and a part thereof is reused in the fermenter (not shown) of the C5 sugar fermentation process P8 through the solid-liquid separation process P7.
Part of the enzyme-containing concentrated waste liquid (for example, 0.3 wt%, 354 kg / h) preheats the ethanol fermentation broth via the preheater 23 (an example of a third preheater).
The remainder of the enzyme-containing concentrated waste liquid is heated by heat exchangers (reboilers) 24a and 24b, and circulated to the bottom of the distillation column 11 as a tower bottom circulating liquid.
Note that the heat exchanger 24b (an example of a third heat exchanger) uses, for example, reduced pressure steam (external steam) at 45 to 100 ° C. supplied from a steam line (not shown) as a heat source. Thus, since the heat exchanger 24b using the external steam as a heat source is provided, the operation is stabilized in a transient state and a steady state when starting up the ethanol production apparatus. Moreover, since the heat source of the heat exchanger 24b is 45 to 100 ° C. reduced-pressure steam, inactivation of the enzyme in the enzyme-containing concentrated waste liquid can be suppressed.

蒸留塔11の塔頂からは、エタノールベーパーが留出する。なお、蒸留塔11に導入されるエタノール発酵液の量及び蒸留塔11から缶出する酵素含有濃縮廃液の量は予め設定されているので、その差分が留出するエタノール及び水分となる。この酵素含有濃縮廃液量は、前処理工程P1にて生成されたパルプ重量の例えば9倍に設定する。留出したエタノールベーパーは、留出ラインL1を介して精留塔12の中段に直接導入される。
従って、従来のようにエタノールベーパーをチラー等で冷却して凝縮することなく、ベーパーのまま精留塔12に直接導入するため、冷却に必要なエネルギー及び精留塔12に必要な熱エネルギーを低減できる。
Ethanol vapor distills from the top of the distillation column 11. In addition, since the quantity of the ethanol fermentation liquid introduce | transduced into the distillation column 11 and the quantity of the enzyme containing concentrated waste liquid taken out from the distillation tower 11 are preset, the difference becomes ethanol and water to distill. This enzyme-containing concentrated waste liquid amount is set to, for example, 9 times the weight of the pulp produced in the pretreatment step P1. The distilled ethanol vapor is directly introduced into the middle stage of the rectifying column 12 via the distillation line L1.
Accordingly, the ethanol vapor is not directly cooled and condensed by a chiller or the like, but is directly introduced into the rectifying column 12 as it is, so that the energy required for cooling and the thermal energy required for the rectifying column 12 are reduced. it can.

精留塔12には、前述の通り、エタノールベーパーが導入される。
精留塔12の塔頂からは、エタノール濃度が約90%のエタノール液がエタノールベーパーとして留出する。このエタノールベーパーの温度は、例えば19〜39℃であり、圧力は10kPaAである。
留出したエタノール液は、圧縮機20内で凝縮しないように、過熱器26によって加熱される。ここで、一般に、精留塔12の塔頂から留出したエタノールベーパーが凝縮すると、圧縮機20内のインペラー(羽根部)等回転部に過大な負荷が加わったり、凝縮液がシール部からリークしたりする等、機械的な問題が生じる場合がある。本実施の形態においては、精留塔12の塔頂から留出したエタノールベーパーが過熱器26によって加熱されるので、このような凝縮に起因する問題の発生を防止できる。
加熱されたエタノールベーパーは、更に圧縮機20によって、断熱圧縮され、昇温昇圧される。圧縮機20の吐出側でのエタノールベーパーの温度は、45℃〜100℃の範囲に維持される。圧縮機20で断熱圧縮されたエタノールベーパーは過熱器26の熱源となる。
本実施の形態においては、圧縮機20が1台のみ設けられている。従って、圧縮機が複数設けられている場合と比べて、エタノール製造装置の信頼性が向上する。また、圧縮機が複数設けられている場合と比べて、イニシャルコストが低減される。
As described above, ethanol vapor is introduced into the rectifying column 12.
From the top of the rectifying column 12, an ethanol solution having an ethanol concentration of about 90% is distilled as ethanol vapor. The temperature of this ethanol vapor is, for example, 19 to 39 ° C., and the pressure is 10 kPaA.
The distilled ethanol liquid is heated by the superheater 26 so as not to condense in the compressor 20. Here, generally, when the ethanol vapor distilled from the top of the rectifying column 12 is condensed, an excessive load is applied to the rotating part such as the impeller (blade part) in the compressor 20, or the condensate leaks from the seal part. Mechanical problems may occur. In the present embodiment, since the ethanol vapor distilled from the top of the rectifying column 12 is heated by the superheater 26, the occurrence of problems due to such condensation can be prevented.
The heated ethanol vapor is further adiabatically compressed by the compressor 20 and the temperature is increased. The temperature of the ethanol vapor on the discharge side of the compressor 20 is maintained in the range of 45 ° C to 100 ° C. The ethanol vapor adiabatically compressed by the compressor 20 serves as a heat source for the superheater 26.
In the present embodiment, only one compressor 20 is provided. Therefore, the reliability of the ethanol production apparatus is improved as compared with the case where a plurality of compressors are provided. Further, the initial cost is reduced as compared with the case where a plurality of compressors are provided.

昇温昇圧されたエタノールベーパーは留出ラインL3と還流ラインL4に分岐する。
留出ラインL3に送られたエタノールベーパーは、予熱器(第1の予熱器の一例)28、30を介して蒸留塔11に導入されるエタノール発酵液を予熱し、90%エタノール液として無水化工程P6に送られる。なお、真空ポンプ31によって、圧縮機20によって昇圧される留出ラインL3が減圧される。
なお、前述の通り、圧縮機20の吐出側でのエタノールベーパーの温度は、45℃〜100℃の範囲に維持される。従って、このエタノールベーパーを熱源とする予熱器28によって加熱されるエタノール発酵液中の酵素の失活が抑えられる。
The ethanol vapor whose temperature has been increased is branched into a distillation line L3 and a reflux line L4.
The ethanol vapor sent to the distillation line L3 preheats the ethanol fermentation liquid introduced into the distillation column 11 through the preheaters (an example of the first preheater) 28, 30 and is dehydrated as a 90% ethanol liquid. It is sent to process P6. In addition, the distillation line L3 pressurized by the compressor 20 is decompressed by the vacuum pump 31.
As described above, the temperature of the ethanol vapor on the discharge side of the compressor 20 is maintained in the range of 45 ° C to 100 ° C. Therefore, inactivation of the enzyme in the ethanol fermentation liquid heated by the preheater 28 using this ethanol vapor as a heat source can be suppressed.

一方、還流ラインL4に送られたエタノールベーバーは、更に、分岐点Aにて、ラインL5とラインL6とに分岐する。
ラインL5に送出されたエタノールベーパーは、絞り弁32を通る。この絞り弁32は、精留塔12の塔底温度に基づいて、その絞り量を制御することができる。エタノールベーパーは、絞り弁32を通過した後、熱交換器54a(第2の熱交換器の一例)で精留塔12の塔底の低COD排水(塔底循環液)と熱交換されて凝縮し、エタノール液となる。
ラインL6を通るエタノールベーパーは、熱交換器24a(第1の熱交換器の一例)の熱源となった後、凝縮する。
On the other hand, the ethanol baver sent to the reflux line L4 further branches at a branch point A into a line L5 and a line L6.
The ethanol vapor sent to the line L5 passes through the throttle valve 32. The throttle valve 32 can control the throttle amount based on the bottom temperature of the rectifying column 12. After passing through the throttle valve 32, the ethanol vapor is heat-exchanged with the low COD drainage (column bottom circulating liquid) at the bottom of the rectifying column 12 by the heat exchanger 54a (an example of the second heat exchanger) and condensed. And becomes an ethanol solution.
The ethanol vapor passing through the line L6 condenses after becoming a heat source of the heat exchanger 24a (an example of the first heat exchanger).

ラインL5及びラインL6は、合流点Bにて合流する。合流したエタノール液は、更に絞り弁34を通る。この絞り弁34は、エタノール液の圧力に基づいてその絞り量を制御することができる。絞り弁34を通過した後のエタノール液の温度は、例えば57〜70℃、圧力は40kPaAとなる。このエタノール液は精留塔12の塔頂に戻される。 The line L5 and the line L6 merge at the merge point B. The joined ethanol solution further passes through the throttle valve 34. The throttle valve 34 can control the throttle amount based on the pressure of the ethanol solution. The temperature of the ethanol solution after passing through the throttle valve 34 is, for example, 57 to 70 ° C., and the pressure is 40 kPaA. This ethanol solution is returned to the top of the rectifying column 12.

精留塔12の塔底からは、低COD(Chemical Oxygen Demand)排水が缶出する。この低COD排水の温度は、例えば40〜60℃である。なお、図2中、括弧内の温度は、一例を示している。
低COD排水は精留塔12の留出物であるので、高沸成分が存在せず、微量の有機酸や油分等が含まれているだけである。従って、低COD排水のCODは約1000(mg/L)であるが、無色透明のきれいな水といえる。よって、低COD排水は、図1に示すように、前処理工程P1、糖化工程P2、又は固液分離工程P7で循環利用することができる。特に、固液分離工程P7においては、低COD排水はリンス液として用いられる。また、この低COD排水を図示しない排水処理装置で処理することもできる。
低COD排水は、塔底循環ポンプ51によって送出される。
低COD排水の一部(例えば、0.01wt%、201kg/h)は、予熱器52(第2の予熱器の一例)を介して、エタノール発酵液を予熱する。
低COD排水の残りは、熱交換器54a、54bによって昇温され、精留塔12の塔底へと塔底循環液として循環される。
なお、熱交換器54b(第4の熱交換器の一例)は、図示しない蒸気ラインから供給される、例えば45〜100℃の減圧蒸気(外部蒸気)を熱源としている。このように、外部蒸気を熱源とした熱交換器が設けられているので、エタノール製造装置を立ち上げる際の過渡状態及び定常状態において運転が安定する。
Low COD (Chemical Oxygen Demand) waste water is discharged from the bottom of the rectifying column 12. The temperature of this low COD waste water is 40-60 degreeC, for example. In FIG. 2, the temperature in parentheses is an example.
Since the low COD wastewater is a distillate from the rectification tower 12, there is no high boiling component, and only a small amount of organic acid, oil, etc. are contained. Therefore, although the COD of the low COD wastewater is about 1000 (mg / L), it can be said that the water is clear and clear. Therefore, as shown in FIG. 1, the low COD wastewater can be recycled in the pretreatment process P1, the saccharification process P2, or the solid-liquid separation process P7. In particular, in the solid-liquid separation process P7, the low COD waste water is used as a rinse liquid. Further, the low COD waste water can be treated by a waste water treatment device (not shown).
The low COD waste water is sent out by the tower bottom circulation pump 51.
Part of the low COD wastewater (for example, 0.01 wt%, 201 kg / h) preheats the ethanol fermentation broth via the preheater 52 (an example of a second preheater).
The remainder of the low COD wastewater is heated by the heat exchangers 54 a and 54 b and circulated to the bottom of the rectifying column 12 as a bottom circulating liquid.
The heat exchanger 54b (an example of a fourth heat exchanger) uses, for example, reduced pressure steam (external steam) at 45 to 100 ° C. supplied from a steam line (not shown) as a heat source. As described above, since the heat exchanger using the external steam as a heat source is provided, the operation is stabilized in a transient state and a steady state when the ethanol production apparatus is started up.

発明者は、前述の実施の形態に係るエタノール製造装置のエネルギー低減効果について試算した。その結果を表1に示す。 The inventor estimated the energy reduction effect of the ethanol production apparatus according to the above-described embodiment. The results are shown in Table 1.

Figure 2013078294
Figure 2013078294

なお、原料は木質チップである。計算条件は以下の通りである。
<計算条件>
1.エタノール発酵液:10,484kg(エタノール濃度3%)
2.酵素含有濃縮廃液:8,737kg
3.蒸留塔留出エタノール:1,747kg(エタノール濃度14%)(=エタノール発酵液10,484kg−酵素含有濃縮廃液8,737kg)
4.低COD排水:1,476kg(=蒸留塔留出エタノール1,747kg−90%エタノール液271kg)
5.90%エタノール液:271kg(244kg/90wt%)
6.精留に関する還流比:3
The raw material is wood chips. The calculation conditions are as follows.
<Calculation conditions>
1. Ethanol fermentation broth: 10,484 kg (ethanol concentration 3%)
2. Enzyme-containing concentrated waste liquid: 8,737 kg
3. Distillation column distilled ethanol: 1,747 kg (ethanol concentration 14%) (= ethanol fermentation liquid 10,484 kg-enzyme-containing concentrated waste liquid 8,737 kg)
4). Low COD wastewater: 1,476 kg (= distillation column distilled ethanol 1,747 kg-90% ethanol solution 271 kg)
5. 90% ethanol solution: 271 kg (244 kg / 90 wt%)
6). Reflux ratio for rectification: 3

試算にあたり、電力エネルギーは蒸気エネルギーの1/3として換算した。また、多重効用にかかる蒸気使用量は3重効用として、通常の蒸留の1/3とした。また、チラーのCOP(Coefficient Of Performance)は1.8とした。また、圧縮機の断熱圧縮効率は50%とした。 In the estimation, electric power energy was converted as 1/3 of steam energy. In addition, the amount of steam used for multiple effects was set to 1/3 of ordinary distillation for triple effects. The chiller COP (Coefficient of Performance) was 1.8. The adiabatic compression efficiency of the compressor was 50%.

表1中、比較例1は、多重効用缶などを設けず単純に蒸気のみで蒸留を行った場合の試算結果である。この結果を基準である100としている。
比較例2は、多重効用及びチラーを組み合わせて蒸留を行った場合の試算結果である。比較例2については、塔頂温度が35℃以下になるためチラーが必要となり、必要な外部エネルギーは蒸気換算で92となる。
In Table 1, Comparative Example 1 is a trial calculation result when distillation is performed simply by steam without providing a multi-effect can. This result is set to 100 which is a reference.
The comparative example 2 is a trial calculation result at the time of distilling combining multiple effects and a chiller. About the comparative example 2, since a tower top temperature will be 35 degrees C or less, a chiller is required and required external energy will be 92 in conversion of a vapor | steam.

本実施の形態においては、図2に示すように、蒸留塔11の熱源は、圧縮機20により圧縮されたエタノールベーパーで賄われる。その際、精留塔12の熱源は蒸留塔11から流出するエタノールベーパーによって賄われるので、実質的に0となる。
ただし、精留塔12から流出するエタノールベーパーを圧縮機20にて圧縮するため、断熱圧縮の温度上昇の制約から、省エネルギー効果は31/100となる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the heat source of the distillation column 11 is covered with ethanol vapor compressed by the compressor 20. At that time, since the heat source of the rectifying column 12 is covered by ethanol vapor flowing out from the distillation column 11, it becomes substantially zero.
However, since the ethanol vapor flowing out from the rectifying column 12 is compressed by the compressor 20, the energy saving effect is 31/100 due to the restriction of the temperature increase of the adiabatic compression.

なお、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能である。例えば、前述のそれぞれ実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明を構成する場合も本発明の技術的範囲に含まれる。
前述の実施の形態における圧縮機20に代えて、ブロワ又は真空ポンプとすることも可能である。
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, The change in the range which does not change the summary of this invention is possible. For example, a case where the present invention is configured by combining some or all of the above-described embodiments and modifications is also included in the technical scope of the present invention.
Instead of the compressor 20 in the above-described embodiment, a blower or a vacuum pump may be used.

エタノール発酵液は並列に設けられた予熱器30、予熱器23、及び予熱器52によって熱交換がされているが、例えばエタノール発酵液の分岐に係るコストが過大になる場合には、これら予熱器30、予熱器23、及び予熱器52を直列に設けてもよい。又は、これら予熱器30、予熱器23、及び予熱器52の一部又は全部を省略することも可能である。 The ethanol fermentation liquor is heat-exchanged by the preheater 30, the preheater 23, and the preheater 52 provided in parallel. For example, when the cost related to the branching of the ethanol fermentation liquor becomes excessive, these preheaters 30, the preheater 23, and the preheater 52 may be provided in series. Alternatively, some or all of the preheater 30, the preheater 23, and the preheater 52 may be omitted.

11:蒸留塔、12:精留塔、20:圧縮機、22:塔底循環ポンプ、23:予熱器、24a、24b:熱交換器、26:過熱器、28:予熱器、30:予熱器、31:真空ポンプ、32:絞り弁、34:絞り弁、51:塔底循環ポンプ、52:予熱器、54a、54b:熱交換器 11: distillation column, 12: rectification column, 20: compressor, 22: bottom circulation pump, 23: preheater, 24a, 24b: heat exchanger, 26: superheater, 28: preheater, 30: preheater 31: Vacuum pump, 32: Throttle valve, 34: Throttle valve, 51: Tower bottom circulation pump, 52: Preheater, 54a, 54b: Heat exchanger

Claims (19)

バイオマス原料を発酵させて生成されるエタノール発酵液が導入され、前記エタノール発酵液を蒸留してエタノールベーパーを留出させる蒸留塔と、前記エタノールベーパーを精留するための精留塔とを備え、前記バイオマス原料からエタノールを製造するエタノール製造装置において、
前記蒸留塔から留出したエタノールベーパーが前記精留塔に直接導入されることを特徴とするエタノール製造装置。
An ethanol fermentation liquid produced by fermenting a biomass raw material is introduced, and includes a distillation tower for distilling the ethanol fermentation liquid to distill ethanol vapor, and a rectification tower for rectifying the ethanol vapor, In the ethanol production apparatus for producing ethanol from the biomass raw material,
An ethanol production apparatus, wherein ethanol vapor distilled from the distillation column is directly introduced into the rectification column.
請求項1記載のエタノール製造装置において、前記精留塔から留出したエタノールベーパーを断熱圧縮する圧縮機と、
前記蒸留塔の塔底を循環する塔底循環液を加熱する第1の熱交換器と、
前記精留塔の塔底を循環する塔底循環液を加熱する第2の熱交換器とを更に備え、
前記圧縮機によって断熱圧縮されたエタノールベーパーが前記第1及び第2の熱交換器の熱源となることを特徴とするエタノール製造装置。
The ethanol production apparatus according to claim 1, wherein the compressor adiabatically compresses the ethanol vapor distilled from the rectifying column;
A first heat exchanger for heating the bottom circulating liquid circulating through the bottom of the distillation tower;
A second heat exchanger for heating the bottom circulating liquid circulating through the bottom of the rectifying tower,
An ethanol production apparatus, wherein ethanol vapor adiabatically compressed by the compressor serves as a heat source for the first and second heat exchangers.
請求項2記載のエタノール製造装置において、前記圧縮機によって前記蒸留塔及び前記精留塔が減圧され、該蒸留塔の塔底温度が40℃〜60℃の範囲に維持されることを特徴とするエタノール製造装置。 The ethanol production apparatus according to claim 2, wherein the distillation column and the rectification column are depressurized by the compressor, and a bottom temperature of the distillation column is maintained in a range of 40 ° C. to 60 ° C. Ethanol production equipment. 請求項3記載のエタノール製造装置において、前記圧縮機の前段に、前記精留塔によって精留されたエタノールベーパーを加熱する過熱器を更に備え、
前記過熱器により加熱された前記エタノールベーパーが前記圧縮機に送られ、該圧縮機によって断熱圧縮されたエタノールベーパーが前記過熱器の熱源となることを特徴とするエタノール製造装置。
The ethanol production apparatus according to claim 3, further comprising a superheater that heats ethanol vapor rectified by the rectification tower in a stage preceding the compressor,
The ethanol manufacturing apparatus, wherein the ethanol vapor heated by the superheater is sent to the compressor, and the ethanol vapor adiabatically compressed by the compressor serves as a heat source for the superheater.
請求項2〜4のいずれか1項に記載のエタノール製造装置において、前記蒸留塔に導入される前記エタノール発酵液を予熱する第1の予熱器を更に備え、
前記圧縮機によって断熱圧縮されたエタノールベーパーが、前記第1の予熱器の熱源となることを特徴とするエタノール製造装置。
The ethanol production apparatus according to any one of claims 2 to 4, further comprising a first preheater for preheating the ethanol fermentation broth introduced into the distillation column,
An ethanol production apparatus, wherein the ethanol vapor adiabatically compressed by the compressor serves as a heat source for the first preheater.
請求項5記載のエタノール製造装置において、前記第1の予熱器の熱源となる前記エタノールベーパーの温度が45〜100℃であることを特徴とするエタノール製造装置。 The ethanol production apparatus according to claim 5, wherein the temperature of the ethanol vapor serving as a heat source of the first preheater is 45 to 100 ° C. 請求項2〜6のいずれか1項に記載のエタノール製造装置において、前記蒸留塔の塔底を循環する塔底循環液を加熱する第3の熱交換器と、
前記精留塔の塔底を循環する塔底循環液を加熱する第4の熱交換器とを更に備え、
前記第3及び第4の熱交換器の熱源は、それぞれ外部蒸気であることを特徴とするエタノール製造装置。
In the ethanol production apparatus according to any one of claims 2 to 6, a third heat exchanger that heats a bottom circulating liquid circulating through the bottom of the distillation tower;
A fourth heat exchanger for heating the bottom circulating liquid circulating through the bottom of the rectifying tower,
The ethanol production apparatus, wherein heat sources of the third and fourth heat exchangers are external steams, respectively.
請求項7記載のエタノール製造装置において、前記外部蒸気は、減圧蒸気であることを特徴とするエタノール製造装置。 8. The ethanol production apparatus according to claim 7, wherein the external steam is a reduced pressure steam. 請求項8記載のエタノール製造装置において、前記減圧蒸気の温度は45〜100℃であることを特徴とするエタノール製造装置。 The ethanol production apparatus according to claim 8, wherein the temperature of the reduced-pressure steam is 45 to 100 ° C. 請求項2〜9のいずれか1項に記載のエタノール製造装置において、前記精留塔から缶出する低COD排水を、前記バイオマス原料の酵素反応性を高めるための前処理を行う前処理工程に循環させることを特徴とするエタノール製造装置。 The ethanol production apparatus according to any one of claims 2 to 9, wherein the low COD waste water discharged from the rectification tower is subjected to a pretreatment step for performing a pretreatment for enhancing the enzyme reactivity of the biomass raw material. An ethanol production apparatus characterized by being circulated. 請求項2〜10のいずれか1項に記載のエタノール製造装置において、前記精留塔から缶出する低COD排水を、前記バイオマス原料に糖化酵素を添加して単糖を得るための糖化工程に循環させることを特徴とするエタノール製造装置。 The ethanol production apparatus according to any one of claims 2 to 10, wherein the low COD wastewater discharged from the rectification tower is subjected to a saccharification step for obtaining a monosaccharide by adding a saccharifying enzyme to the biomass raw material. An ethanol production apparatus characterized by being circulated. 請求項2〜11のいずれか1項に記載のエタノール製造装置において、前記精留塔から缶出する低COD排水を、前記蒸留塔から缶出した酵素含有濃縮廃液から固形物を分離する固液分離工程で用いるリンス液として循環させることを特徴とするエタノール製造装置。 The ethanol-producing apparatus according to any one of claims 2 to 11, wherein the low-COD waste water discharged from the rectification column is separated from the enzyme-containing concentrated waste liquid discharged from the distillation column. An ethanol production apparatus characterized by being circulated as a rinsing liquid used in a separation step. 請求項2〜12のいずれか1項に記載のエタノール製造装置において、前記精留塔から缶出する低COD排水が、排水処理装置で処理されることを特徴とするエタノール製造装置。 The ethanol production apparatus according to any one of claims 2 to 12, wherein the low COD wastewater discharged from the rectification tower is treated by a wastewater treatment apparatus. 請求項2〜13のいずれか1項に記載のエタノール製造装置において、前記蒸留塔に導入される前記エタノール発酵液を予熱する第2の予熱器を更に備え、
前記精留塔から缶出する低COD排水が、前記第2の予熱器の熱源となることを特徴とするエタノール製造装置。
The ethanol production apparatus according to any one of claims 2 to 13, further comprising a second preheater for preheating the ethanol fermentation broth introduced into the distillation column.
An ethanol production apparatus characterized in that low COD waste water discharged from the rectification tower serves as a heat source for the second preheater.
請求項14記載のエタノール製造装置において、前記蒸留塔に導入される前記エタノール発酵液を予熱する第3の予熱器を更に備え、
前記蒸留塔から缶出した酵素含有濃縮廃液が、前記第3の予熱器の熱源となることを特徴とするエタノール製造装置。
The ethanol production apparatus according to claim 14, further comprising a third preheater for preheating the ethanol fermentation broth introduced into the distillation column.
The ethanol production apparatus, wherein the enzyme-containing concentrated waste liquid removed from the distillation tower serves as a heat source for the third preheater.
請求項2〜15のいずれか1項に記載のエタノール製造装置において、前記圧縮機に代えて、ブロワ又は真空ポンプとしたことを特徴とするエタノール製造装置。 The ethanol production apparatus according to any one of claims 2 to 15, wherein a blower or a vacuum pump is used instead of the compressor. バイオマス原料を発酵させて生成されるエタノール発酵液からエタノールを生成するエタノール製造方法において、
前記エタノール発酵液を蒸留塔に導入する工程と、
前記蒸留塔から流出したエタノールベーパーを直接精留塔に導入する工程とを含むことを特徴とするエタノール製造方法。
In an ethanol production method for producing ethanol from an ethanol fermentation liquid produced by fermenting biomass raw materials,
Introducing the ethanol fermentation liquor into a distillation column;
And a step of directly introducing ethanol vapor flowing out of the distillation column into the rectification column.
請求項17記載のエタノール製造方法において、前記精留塔から留出したエタノールベーパーを断熱圧縮する工程と、
前記断熱圧縮されたエタノールベーパーを熱源とし、前記蒸留塔の塔底を循環する塔底循環液を加熱する工程と、
前記断熱圧縮されたエタノールベーパーを熱源とし、前記精留塔の塔底を循環する塔底循環液を加熱する工程とを更に含むことを特徴とするエタノール製造方法。
The method for producing ethanol according to claim 17, wherein the step of adiabatically compressing ethanol vapor distilled from the rectifying column;
Using the adiabatic-compressed ethanol vapor as a heat source, and heating the bottom circulating liquid circulating through the bottom of the distillation tower;
And a step of heating the circulating liquid at the bottom of the rectification tower using the adiabatically compressed ethanol vapor as a heat source.
請求項18記載のエタノール製造方法において、前記蒸留塔の塔底温度が、40℃〜60℃の範囲に維持されることを特徴とするエタノール製造方法。 The ethanol production method according to claim 18, wherein the bottom temperature of the distillation column is maintained in a range of 40 ° C to 60 ° C.
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