JP2015053922A

JP2015053922A - 有機物質を製造する方法

Info

Publication number: JP2015053922A
Application number: JP2013190616A
Authority: JP
Inventors: 石井　徹哉; Tetsuya Ishii; 徹哉石井; 洋治藤森; Yoji Fujimori
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2013-09-13
Filing date: 2013-09-13
Publication date: 2015-03-23

Abstract

【課題】炭素源を部分酸化させて得られたガスから有機物質を製造する方法において、有機物質を製造するために必要なエネルギーを低減する方法の提供。
【解決手段】炭素源を部分酸化させて一酸化炭素を含むガスを生成させる。発酵器１３において、微生物に、ガスから有機物質を生成させる。炭素源の部分酸化に際し、空気よりも酸素濃度が高い気体を供給する。有機物質を生成させる工程を、ユーティライゼーションが０．５以上となる条件で行う有機物質の製造方法。発酵器におけるガスの圧力を絶対圧で１．１７ｂａｒ以上好ましくは絶対圧で１．６９ｂａｒ以上で発酵を行う有機物質の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機物質を製造する方法に関する。

近年、例えば鉄工所からの排気ガス等から合成された、一酸化炭素を含む合成ガスを微生物発酵させることによりエタノールなどの有機物質を製造する方法の実用化が検討されている（例えば特許文献１を参照）。

国際公開第２０１１／０８７３８０号公報

有機物質を製造するのに必要なエネルギーを低減したいという要望がある。

本発明の主な目的は、炭素源を部分酸化させて得られたガスから有機物質を製造する方法において、有機物質を製造するために必要なエネルギーを低減することにある。

本発明に係る有機物質の製造方法では、炭素源を部分酸化させて一酸化炭素を含むガスを生成させる。発酵器において、微生物に、ガスから有機物質を生成させる。炭素源の部分酸化に際し、空気よりも酸素濃度が高い気体を供給する。有機物質を生成させる工程を、ユーティライゼーションが０．５以上となる条件で行う。

炭素源として廃棄物を用いてもよい。

発酵器におけるガスの圧力を１．１７ｂａｒ−ａｂｓ以上とすることが好ましい。

空気から酸素ガスを分離し、分離した酸素ガスを用いて空気よりも酸素濃度が高い気体を得ることが好ましい。

有機物質を生成させる工程を、ユーティライゼーションが０．７以上となる条件で行う場合、炭素源の部分酸化に際し、酸素ガスを供給することが好ましい。その場合、発酵器のガスの圧力を１．６９ｂａｒ−ａｂｓ以上とすることが好ましい。

本発明によれば、炭素源を部分酸化させて得られたガスから有機物質を製造する方法において、有機物質を製造するために必要なエネルギーを低減することができる。

本発明の一実施形態に係る有機物質の製造装置の模式図である。ユーティライゼーションＵが０．１，０．２，０．３，０．４，０．５，０．６，０．７，０．８又は０．９である場合の有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギーを表すグラフである。ユーティライゼーションＵが０．４，０．５又は０．６である場合の有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギーを表す、図２に示されるグラフを一部抜粋したグラフである。ユーティライゼーションＵが０．１，０．２又は０．３である場合の有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギーをユーティライゼーションＵで除算した値（（有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギー）／（ユーティライゼーションＵ））を表すグラフである。ユーティライゼーションＵが０．４，０．５又は０．６である場合の有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギーをユーティライゼーションＵで除算した値（（有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギー）／（ユーティライゼーションＵ））を表すグラフである。ユーティライゼーションＵが０．７，０．８又は０．９である場合の有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギーをユーティライゼーションＵで除算した値（（有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギー）／（ユーティライゼーションＵ））を表すグラフである。ユーティライゼーションＵが０．１，０．２，０．３，０．４，０．５，０．６，０．７又は０．８ある場合の発酵器内平均圧力を示すグラフである。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

図１は、本実施形態に係る有機物質の製造装置の模式図である。図１に示される製造装置１は、炭素源を部分酸化させて得られるガスから有機物質を製造するための装置である。

炭素源は、例えば、プラスチックや樹脂を含む廃棄物であってもよいし、生ゴミであってもよいし、コークス等であってもよい。

製造される有機物質は、含酸素有機物であってもよい。製造される有機物質は、例えば、アルコール、有機酸、脂肪酸、油脂、ケトン、バイオマス、糖等であってもよい。アルコール、有機酸、脂肪酸、油脂、ケトン、バイオマス、糖の具体例としては、例えば、エタノール、メタノール、酢酸、ブタンジオール等が挙げられる。

製造された有機物質の用途は、特に限定されない。製造された有機物質は、例えば、プラスチックや樹脂等の原料として用いることもできるし、燃料として用いることもできる。

製造装置１は、燃焼炉１１を有する。燃焼炉１１では、炭素源（例えば廃棄物など）の部分酸化が行われる。燃焼炉１１において炭素源の部分酸化が行われることにより、一酸化炭素を含むガス（合成ガス）が生成する。合成ガスは、一酸化炭素に加え、水素ガスや、二酸化炭素、水蒸気、窒素ガス等を含んでいてもよい。さらには、合成ガスは、少量の酸化硫黄、酸化チッ素、炭化水素等を含んでいてもよい。

燃焼炉１１における炭素源の部分酸化に際し、空気よりも酸素濃度が高い気体を供給する。具体的には、本実施形態では、燃焼炉１１における炭素源の部分酸化に際し、酸素ガスと空気との混合ガス又は酸素ガスを供給する。空気よりも酸素濃度が高い気体は、空気から酸素ガスを分離し、分離した酸素ガスを用いて得ることができる。分離した酸素ガスを単独で用いてもよいし、空気と混合して用いてもよい。

なお、炭素源が廃棄物である場合は、燃焼炉１１は、例えば廃棄物のガス化用の焼却炉であってもよい。炭素源がコークスである場合は、燃焼炉１１は、例えば製鉄炉であってもよい。

燃焼炉１１は、圧縮機１２を介して発酵器１３に接続されている。発酵器１３には、圧縮された部分酸化ガスが供給される。発酵器１４は、微生物と水とを含む。すなわち、発酵器１４には、微生物を含む水が配されている。微生物は、合成ガスから、製造しようとする有機物質を生成させる。

本実施形態では、発酵器１４は、加圧されている。発酵器１４における合成ガスの圧力は、１．１７ｂａｒ−ａｂｓ以上であることが好ましく、２．７２ｂａｒ−ａｂｓ以上であることがより好ましい。

発酵器１４は、精製機１５に接続されている。発酵器１４における生成物は、精製機１５に移送される。通常、発酵器１４においては、製造しようとする有機物質に加え、他の有機物質も生成する。精製機１５は、発酵器１４における生成物を精製する。これにより、目的とする有機物質を得ることができる。

燃焼炉にチッ素含有率が高い空気を挿入した場合、得られる合成ガスにおけるチッ素濃度が高くなり、一酸化炭素等の微生物に必要なガス成分の濃度が低くなる。このため、空気よりも酸素濃度が高いガスを供給することが好ましい。また、微生物の発酵効率を高める観点からは、発酵器１４を加圧することが好ましい。

本発明者らは、一般的には、炭素源の部分酸化に際し、空気よりも酸素濃度が高いガスを供給することが好ましいと考えられるにも関わらず、空気よりも酸素濃度が高いガスを供給した場合に、有機物質を製造するために必要な総エネルギーが大きくなる場合があることを見出した。本発明者らは、さらに鋭意研究の結果、炭素源の部分酸化に際し、空気よりも酸素濃度が高いガスを供給すると共に、有機物質を生成させる工程を、ユーティライゼーションＵが０．５以上となる条件で行うことによって初めて有機物質を製造するために必要なエネルギーを低減できることを見出した。そこで、本実施形態では、有機物質を生成させる工程を、ユーティライゼーションＵが０．５以上となる条件で行い、有機物質を製造するために必要なエネルギーの低減を図っている。

なお、ユーティライゼーションＵとは、一酸化炭素のモル数と水素のモル数との合計に対する、微生物発酵に寄与した一酸化炭素のモル数と水素のモル数との合計の比（（微生物発酵に寄与した一酸化炭素のモル数と水素のモル数との合計）／（一酸化炭素のモル数と水素のモル数との合計））である。

以下、炭素源の部分酸化に際し、空気よりも酸素濃度が高いガスを供給すると共に、有機物質を生成させる工程を、ユーティライゼーションＵが０．５以上となる条件で行うことによって有機物質を製造するために必要なエネルギーを低減できることについて具体的に説明する。

図２は、ユーティライゼーションＵが０．１，０．２，０．３，０．４，０．５，０．６，０．７，０．８又は０．９である場合の有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギーを表すグラフである。図３は、ユーティライゼーションＵが０．４，０．５又は０．６である場合の有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギーを表す、図２に示されるグラフを一部抜粋したグラフである。図４は、ユーティライゼーションＵが０．１，０．２又は０．３である場合の有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギーをユーティライゼーションＵで除算した値（（有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギー）／（ユーティライゼーションＵ））を表すグラフである。図５は、ユーティライゼーションＵが０．４，０．５又は０．６である場合の有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギーをユーティライゼーションＵで除算した値（（有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギー）／（ユーティライゼーションＵ））を表すグラフである。図６は、ユーティライゼーションＵが０．７，０．８又は０．９である場合の有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギーをユーティライゼーションＵで除算した値（（有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギー）／（ユーティライゼーションＵ））を表すグラフである。

上述の通り、ユーティライゼーションＵは、（（微生物発酵に寄与した一酸化炭素のモル数と水素のモル数との合計）／（一酸化炭素のモル数と水素のモル数との合計））である。このため、一酸化炭素のモル数と水素のモル数との合計が同じであれば、ユーティライゼーションＵは、生産される有機物質の量と相関する。従って、（（有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギー）／（ユーティライゼーションＵ））は、目的物生産量当たりのエネルギー消費量といえる。

図２〜図６に示すデータは、発酵器内の平均圧力を所定のユーティライゼーションになるように調節した値であり、廃棄物を部分酸化させてエタノールを製造するときのデータである。炭素源の部分酸化に際しては、空気、空気と酸素ガスとの混合ガス、または酸素ガスを供給した。酸素ガスは、空気を深冷分離することにより製造した。図２〜図６に示すグラフの横軸は、使用した空気の総量に対する、酸素ガスの製造に使用した空気の量の比（（酸素ガスの製造に使用した空気の量）／（使用した空気の総量））である。すなわち、図２〜図６に示すグラフの横軸は、（（酸素ガスの製造に使用した空気の量）／（酸素ガスの製造に使用した空気の量）＋（直接供給した空気の量）である。例えば、横軸が０．２の場合は、空気総量の０．２の空気から深冷分離により酸素ガスを製造し、その酸素ガスと、残りの０．８の空気とを混合して得られた混合ガスを供給した。

下記の表１〜表９に、図２〜図６の元となるデータを示す。

図２〜図６に示される結果から、例えば、ユーティライゼーションＵが０．５未満である場合には、供給するガスにおける酸素ガスの比率が高くなると有機物質の製造に要するエネルギーが高くなる。ユーティライゼーションＵが０．５以上である場合は、供給するガスにおける酸素ガスの比率を高くすることにより、有機物質の製造に要するエネルギーを低くし得るようになる。従って、有機物質の製造に要するエネルギーを低くする観点から、ユーティライゼーションＵは０．５以上であることが好ましいことが分かる。

また、図６に示される結果から、ユーティライゼーションＵが０．７以上である場合には、炭素源の部分酸化に際し、酸素ガスを供給した方がユーティライゼーションＵ当たりのエネルギーを小さくできることが分かる。

図７は、ユーティライゼーションＵが０．１，０．２，０．３，０．４，０．５，０．６，０．７又は０．８ある場合の発酵器内平均圧力を示すグラフである。図７に示される結果から、ユーティライゼーションＵが０．５以上である場合には、発酵槽におけるガスの圧力を１．１７ｂａｒ−ａｂｓ以上とすることが好ましいことが分かる。また、ユーティライゼーションＵが０．５以上であり、発酵槽におけるガスの圧力を２．７２ｂａｒ−ａｂｓ以上である場合は、炭素源の部分酸化に際し、空気を供給し得ることが分かる。ユーティライゼーションＵが０．７以上であり、炭素源の部分酸化に際し、酸素ガスを供給する場合は、発酵槽におけるガスの圧力を１．６９ｂａｒ−ａｂｓ以上とすることが好ましいことが分かる。

表１０に、各ユーティライゼーションＵにおける（（有機物質を製造するために製造するために必要なエネルギー）／（ユーティライゼーションＵ））の最小値を示す。

表１０に示される結果から、単位量あたりの有機物質の製造に要するエネルギーを低くする観点からは、ユーティライゼーションＵが０．５〜０．８であることがより好ましいことが分かる。

１：製造装置
１１：合成ガス生成炉
１２：圧縮機
１３：精製機
１４：発酵器

Claims

炭素源を部分酸化させて一酸化炭素を含むガスを生成させる工程と、
発酵器において、微生物に、前記ガスから有機物質を生成させる工程と、
を備え、
前記炭素源の部分酸化に際し、空気よりも酸素濃度が高い気体を供給し、
前記有機物質を生成させる工程を、ユーティライゼーションが０．５以上となる条件で行う、有機物質の製造方法。
前記炭素源として廃棄物を用いる、請求項１に記載の有機物質の製造方法。
前記発酵器における前記ガスの圧力を１．１７ｂａｒ−ａｂｓ以上とする、請求項１又は２に記載の有機物質の製造方法。
空気から酸素ガスを分離し、分離した酸素ガスを用いて前記空気よりも酸素濃度が高い気体を得る、請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機物質の製造方法。
前記炭素源の部分酸化に際し、酸素ガスを供給し、
前記有機物質を生成させる工程を、ユーティライゼーションが０．７以上となる条件で行う、請求項１又は２に記載の有機物質の製造方法。
前記発酵器の前記ガスの圧力を１．６９ｂａｒ−ａｂｓ以上とする、請求項５に記載の有機物質の製造方法。