JP2016131549A - Method and apparatus for synthesizing ethanol - Google Patents

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和己 岡田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To remove a hydrocarbon compound such as benzene, toluene and xylene efficiently from raw material gas such as syngas, and efficiently produce ethanol.SOLUTION: Raw material gas 2a is brought into contact with absorbent 3a containing ethanol in an absorption part 23 in the previous step of ethanol synthetic part 10 to make a hydrocarbon compound in raw material gas 2a be absorbed into absorbent 3a. Raw material gas 2b after absorption is introduced into a culture tank 11 of the ethanol synthetic part 10 to synthesize ethanol. In a separation and regeneration part 42, hydrocarbon compound is isolated from absorbent 3c after absorption.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、シンガス等の原料ガスからエタノールを合成する方法及び装置に関し、特に、原料ガス中のベンゼン等の炭化水素化合物を除去したうえでエタノール合成を行うのに適したエタノール合成方法及び装置に関する。   The present invention relates to a method and apparatus for synthesizing ethanol from a source gas such as syngas, and more particularly to an ethanol synthesis method and apparatus suitable for performing ethanol synthesis after removing a hydrocarbon compound such as benzene in the source gas. .

シンガス(syngas)等の原料ガスからエタノールを製造するプラントは公知である(特許文献1、2等参照)。この種プラントでは、シンガス中のBETX(ベンゼン、エチルベンゼン、トルエン、キシレン)等の芳香族化合物、その他の炭化水素化合物を除去する工程が必要になる場合が多い。例えば、嫌気性微生物の発酵作用によってエタノールを精製する場合には、BETX等が嫌気性微生物の活動に悪影響を及ぼすことが考えられる(特許文献3等参照)。   Plants for producing ethanol from a raw material gas such as syngas are known (see Patent Documents 1 and 2, etc.). This kind of plant often requires a process for removing aromatic compounds such as BETX (benzene, ethylbenzene, toluene, xylene) and other hydrocarbon compounds in the syngas. For example, when ethanol is purified by the fermenting action of anaerobic microorganisms, it is considered that BETX or the like adversely affects the activity of the anaerobic microorganisms (see Patent Document 3, etc.).

シンガスからBETXを除去する方法としては、PSA(圧力変動吸収法;pressure-swing adsorption)方式や水吸収方式が考えられる。
PSA方式は、ゼオライトなどの固体吸収剤にシンガス中のBETXを吸収させるものである。その後、真空引きによって固体吸収剤からBETXを脱離させることによって、固体吸収剤を再生させる。
水吸収方式は、水にBETXを吸収させるものである。吸収後の水は大気中に放散することで、BETXを蒸発させる。
As a method for removing BETX from the syngas, a PSA (pressure-swing adsorption) method or a water absorption method can be considered.
In the PSA system, BETX in a syngas is absorbed by a solid absorbent such as zeolite. Thereafter, the solid absorbent is regenerated by desorbing BETX from the solid absorbent by evacuation.
In the water absorption method, water is absorbed by BETX. The absorbed water is diffused into the atmosphere to evaporate BETX.

特開2004−504058号公報JP 2004-504058 A 特開2012−217886号公報JP 2012-217886 A 特開2014−050406号公報([0096]、[0102])JP 2014-050406 A ([0096], [0102])

PSA方式には以下の課題がある。
(1)固体吸収剤がシンガス中の硫黄によってダメージを受けやすいために、固体吸収剤を定期的に交換する必要がある。
(2)固体吸収剤はBETXだけでなく水をも吸収するために、シンガス中の水分除去が不可欠である。
(3)固体吸収剤を再生するために真空ポンプ等を駆動したり、水分除去のため加熱したりするための電力消費が大きい。
(4)固体吸収剤がCOやHなどの原料成分をも吸収するために、エタノールの生産効率が低下する。
The PSA method has the following problems.
(1) Since the solid absorbent is easily damaged by sulfur in the syngas, it is necessary to replace the solid absorbent regularly.
(2) Since the solid absorbent absorbs not only BETX but also water, it is essential to remove moisture from the syngas.
(3) Power consumption for driving a vacuum pump or the like to regenerate the solid absorbent or heating for removing moisture is large.
(4) Since the solid absorbent also absorbs raw material components such as CO and H 2 , ethanol production efficiency decreases.

水方式には以下の課題がある。
(1)水のBETXに対する溶解度が低いために大量の水が必要である。
(2)水の再生のために大気放散する際、BETXが環境へ放出されて大量の空気と混合される。このBETXを回収して処理するのはほぼ不可能である。
The water system has the following problems.
(1) Since the solubility of water in BETX is low, a large amount of water is required.
(2) When releasing into the atmosphere for water regeneration, BETX is released into the environment and mixed with a large amount of air. It is almost impossible to collect and process this BETX.

本発明は、上記事情に鑑み、シンガス等の原料ガスからBEXT(ベンゼン、エチルベンゼン、トルエン、キシレン)等の芳香族化合物、その他の炭化水素化合物を効率的に除去し、かつエタノールを効率的に生産することを目的とする。   In view of the above circumstances, the present invention efficiently removes aromatic compounds such as BEXT (benzene, ethylbenzene, toluene, xylene) and other hydrocarbon compounds from a raw material gas such as syngas, and efficiently produces ethanol. The purpose is to do.

上記課題を解決するため、本発明方法は、シンガス等の原料ガスからエタノールを合成するエタノール合成方法において、
前記エタノールの合成工程前の原料ガスと、エタノールを含有する吸収液とを接触させて、前記原料ガスに含まれる炭化水素化合物を前記吸収液に吸収させる吸収工程と、
前記吸収工程後の吸収液から前記炭化水素化合物を分離して前記吸収液を再使用可能にする分離再生工程と、
を備えたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the method of the present invention is an ethanol synthesis method for synthesizing ethanol from a raw material gas such as syngas.
An absorption step in which the raw material gas before the ethanol synthesis step is brought into contact with an absorption liquid containing ethanol to absorb the hydrocarbon compound contained in the raw material gas into the absorption liquid;
A separation and regeneration step for separating the hydrocarbon compound from the absorption liquid after the absorption step and reusing the absorption liquid;
It is provided with.

前記炭化水素化合物としては、BETXすなわちベンゼン、エチルベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族化合物が挙げられる。エタノールは、水よりもこれら炭化水素化合物に対する吸収能力が高い。したがって、エタノールを含む吸収液を用いることにより、原料ガスから炭化水素化合物を効率的に除去することができる。ひいては、原料ガスの品質を向上でき、合成目的のエタノールを効率的に生産することができる。また、吸収液の所要流量を減らすことができ、設備の大型化を避けることができる。さらに、分離再生工程によって、吸収液の炭化水素化合物に対する吸収能力を回復(再生)でき、吸収液を循環再使用することができる。   Examples of the hydrocarbon compound include BETX, that is, aromatic compounds such as benzene, ethylbenzene, toluene, and xylene. Ethanol has a higher absorption capacity for these hydrocarbon compounds than water. Therefore, the hydrocarbon compound can be efficiently removed from the raw material gas by using the absorption liquid containing ethanol. As a result, the quality of the raw material gas can be improved, and ethanol for synthesis can be efficiently produced. Further, the required flow rate of the absorbing liquid can be reduced, and the enlargement of the equipment can be avoided. Furthermore, the separation and regeneration step can recover (regenerate) the absorption capacity of the absorption liquid with respect to the hydrocarbon compound, and the absorption liquid can be circulated and reused.

前記エタノール合成工程では、前記吸収工程後の原料ガスを培養液に導入し、前記培養液中の嫌気性微生物の発酵によって前記原料ガスからエタノールを合成し、
更に、前記エタノール合成工程後の培養液からエタノールを精製する精製工程を備え、
前記吸収工程後の吸収液を前記精製工程に送ることで、前記精製工程の少なくとも一部が、前記分離再生工程を兼ねることが好ましい。
これによって、吸収工程後の吸収液専用の分離再生工程を省略することができ、処理プロセスを簡易化できる。炭化水素化合物を吸収する吸収物質と、合成の目的物質とを、互いに同一物質(エタノール)とすることで、別物質とするよりも工数及び設備コスト等の点で有利になる。
これに対して、エタノールを用いた吸収部を、エタノール以外の物質(例えばブタノール等)を合成するプラントに用いた場合には、吸収工程後、エタノールを加熱や冷却等によって系から除外したり回収したりする必要があり、付加設備が多くなり、コストが嵩む。また、エタノールを合成するプラントにおいて、エタノール以外の物質(例えばブタノール等)で炭化水素化合物を吸収した場合には、吸収工程後、当該エタノール以外の物質を加熱や冷却等によって系から除外したり回収したりする必要があり、付加設備が多くなり、コストが嵩む。
In the ethanol synthesis step, the raw material gas after the absorption step is introduced into the culture solution, ethanol is synthesized from the raw material gas by fermentation of anaerobic microorganisms in the culture solution,
Furthermore, a purification step for purifying ethanol from the culture solution after the ethanol synthesis step is provided,
It is preferable that at least a part of the purification step also serves as the separation and regeneration step by sending the absorption liquid after the absorption step to the purification step.
Thereby, the separation / regeneration step dedicated to the absorbent after the absorption step can be omitted, and the treatment process can be simplified. By making the absorbing substance that absorbs the hydrocarbon compound and the target substance to be synthesized the same substance (ethanol), it becomes more advantageous in terms of man-hours and equipment costs than using different substances.
On the other hand, when an absorption part using ethanol is used in a plant that synthesizes a substance other than ethanol (for example, butanol), the ethanol is removed from the system or recovered by heating or cooling after the absorption process. It is necessary to do so, and additional equipment is increased, resulting in an increase in cost. In addition, if a hydrocarbon compound is absorbed by a substance other than ethanol (for example, butanol) in a plant that synthesizes ethanol, the substance other than ethanol is removed from the system or recovered by heating or cooling after the absorption step. It is necessary to do so, and additional equipment is increased, resulting in an increase in cost.

更に、前記吸収工程後の吸収液を吸収後液タンクに貯留する貯留工程を備え、
前記吸収後液タンク内の吸収液を前記分離再生工程に供することが好ましい。
原料ガス中の炭化水素化合物の分圧が変動することによって、吸収工程後の吸収液の炭化水素化合物濃度が変動したとしても、この吸収工程後の吸収液を吸収後液タンクに貯留することによって、炭化水素化合物濃度を平均化して、ピーク時の濃度よりも十分に低い濃度で安定させることができる。この安定的に低い炭化水素化合物濃度の吸収液を分離再生工程に供することによって、分離再生の処理能力を超過するのを避けることができ、炭化水素化合物濃度のピーク時に対応するために設備を大型化する必要はない。
Furthermore, the storage step of storing the absorption liquid after the absorption step in the post-absorption liquid tank,
It is preferable that the absorption liquid in the post-absorption liquid tank is subjected to the separation and regeneration step.
Even if the hydrocarbon compound concentration in the absorption liquid after the absorption process fluctuates due to fluctuations in the partial pressure of the hydrocarbon compound in the raw material gas, the absorption liquid after this absorption process is stored in the liquid tank after absorption. The hydrocarbon compound concentration can be averaged and stabilized at a concentration sufficiently lower than the peak concentration. By supplying the absorption liquid of this low hydrocarbon compound concentration to the separation and regeneration process, it is possible to avoid exceeding the processing capacity of the separation and regeneration, and the equipment is enlarged to cope with the peak of the hydrocarbon compound concentration. There is no need to

本発明に係るエタノール合成装置は、シンガス等の原料ガスからエタノールを合成するエタノール合成部を有するエタノール合成装置において、
前記エタノール合成部への導入前の原料ガスと、エタノールを含有する吸収液とを接触させて、前記原料ガスに含まれる炭化水素化合物を前記吸収液に吸収させる吸収部と、
前記吸収後の吸収液から前記炭化水素化合物を分離して前記吸収液を再使用可能にする分離再生部と、
を備えたことを特徴とする。
これによって、原料ガスから炭化水素化合物を効率的に除去することができ、原料ガスの品質を向上させて、合成目的のエタノールを効率的に生産することができる。また、吸収液の所要流量を減らすことができ、設備の大型化を避けることができる。さらに、分離再生部において、吸収液の炭化水素化合物に対する吸収能力を回復(再生)させることができ、この吸収液を吸収部に戻すことによって循環再使用することができる。
The ethanol synthesizer according to the present invention is an ethanol synthesizer having an ethanol synthesizer that synthesizes ethanol from a raw material gas such as syngas.
An absorption part for bringing the raw material gas before introduction into the ethanol synthesis part into contact with an absorption liquid containing ethanol and absorbing the hydrocarbon compound contained in the raw material gas into the absorption liquid;
A separation / regeneration unit that separates the hydrocarbon compound from the absorbed liquid after the absorption so that the absorbent can be reused;
It is provided with.
Thereby, the hydrocarbon compound can be efficiently removed from the raw material gas, the quality of the raw material gas can be improved, and ethanol for synthesis can be efficiently produced. Further, the required flow rate of the absorbing liquid can be reduced, and the enlargement of the equipment can be avoided. Further, in the separation / regeneration unit, the absorption capacity of the absorption liquid with respect to the hydrocarbon compound can be recovered (regeneration), and the absorption liquid can be recycled and reused by returning it to the absorption section.

前記エタノール合成部が、発酵によって前記原料ガスからエタノールを合成する嫌気性微生物を培養液中で培養する培養槽を有し、
更に、前記吸収後の原料ガスを前記培養槽に送る吸収後ガス路と、
前記エタノール合成後の培養液からエタノールを精製する精製部と、
前記吸収後の吸収液を前記精製部に送る再生往路と、を備え、
前記精製部の少なくとも一部が、前記分離再生部として提供されていることが好ましい。
これによって、吸収後の吸収液専用の分離再生部を省略することができる。この種嫌気性微生物によるエタノール合成システムでは、通常、エタノール合成後の培養液からエタノールを精製する精製部が設備されているから(特許文献1等参照)、この既存の精製部を利用して、吸収液の再生を行うことができる。したがって、設備が大掛かりになるのを防止でき、設備コストの増大を回避できる。
The ethanol synthesis unit has a culture tank for culturing anaerobic microorganisms that synthesize ethanol from the source gas by fermentation in a culture solution,
Furthermore, a gas path after absorption for sending the raw material gas after absorption to the culture tank;
A purification unit for purifying ethanol from the culture solution after the ethanol synthesis;
A regeneration outbound path for sending the absorbed liquid after the absorption to the purification section,
It is preferable that at least a part of the purification unit is provided as the separation / regeneration unit.
As a result, it is possible to omit a separation / regeneration unit dedicated to the absorbent after absorption. In the ethanol synthesis system using this kind of anaerobic microorganism, since a purification unit for purifying ethanol from a culture solution after ethanol synthesis is usually installed (see Patent Document 1, etc.), using this existing purification unit, The absorption liquid can be regenerated. Therefore, it is possible to prevent the facility from becoming large and to avoid an increase in facility cost.

前記精製部が、順次接続された複数段の蒸留塔を備え、
前記培養槽が、1段目の第1蒸留塔に接続され、
前記再生往路が、前記第1蒸留塔の後段に連なる第2蒸留塔に接続されており、
さらに、前記第2蒸留塔の缶出液の一部を前記吸収液として前記吸収部へ戻す再生復路を設けることが好ましい。
前記エタノール合成後の培養液を第1蒸留塔で蒸留することによって、比較的高濃度のエタノール蒸留液を得ることができる。このエタノール蒸留液を第2蒸留塔に導入するとともに、前記吸収後の吸収液を第2蒸留塔に導入する。これら2つの液は、互いに混合したうえで第2蒸留塔に導入するのが好ましいが、互いに別々に第2蒸留塔に導入し、第2蒸留塔内で混合してもよい。この混合液を第2蒸留塔において蒸留することで、前記吸収後の吸収液由来の炭化水素化合物を分離して除去する。
再生往路を第1蒸留塔にではなく第2蒸留塔に接続することで、前記吸収後の吸収液のエタノール濃度が、第1蒸留塔での蒸留前の培養液との混合によって低下するのを防止できる。したがって、第2蒸留塔での蒸留ないしは分離再生の負担を軽減でき、精製効率ないしは分離効率を確保できる。そして、第2蒸留塔の缶出液の一部を再生復路から吸収部へ戻すことによって、前記一部の缶出液を吸収液として再使用することができる。
The purification unit comprises a plurality of distillation columns connected in sequence,
The culture tank is connected to the first distillation column in the first stage;
The regeneration forward path is connected to a second distillation column connected to a subsequent stage of the first distillation column;
Furthermore, it is preferable to provide a regeneration return path for returning a part of the bottoms of the second distillation column to the absorption part as the absorption liquid.
By distilling the culture solution after the ethanol synthesis in the first distillation column, a relatively high concentration ethanol distillate can be obtained. The ethanol distillate is introduced into the second distillation column, and the absorbed liquid after the absorption is introduced into the second distillation column. These two liquids are preferably mixed with each other and then introduced into the second distillation column, but may be separately introduced into the second distillation column and mixed in the second distillation column. By distilling this mixed liquid in the second distillation column, the hydrocarbon compound derived from the absorbing liquid after the absorption is separated and removed.
By connecting the regeneration path to the second distillation column instead of the first distillation column, the ethanol concentration of the absorption solution after absorption is reduced by mixing with the culture solution before distillation in the first distillation column. Can be prevented. Therefore, the burden of distillation or separation / regeneration in the second distillation column can be reduced, and purification efficiency or separation efficiency can be ensured. Then, by returning a part of the bottomed liquid of the second distillation column from the regeneration return path to the absorbing part, the part of the bottomed liquid can be reused as the absorbing liquid.

更に、前記吸収後の吸収液を貯留する吸収後液タンクを備え、
前記再生往路が、前記吸収後液タンクから前記精製部へ延びていることが好ましい。
原料ガス中の炭化水素化合物の分圧が変動することによって、吸収後の吸収液の炭化水素化合物濃度が変動したとしても、この吸収後の吸収液を吸収後液タンクに貯留することによって、炭化水素化合物濃度を平均化して、ピーク時の濃度よりも十分に低い濃度で安定させることができる。したがって、精製部すなわち分離再生部の処理能力をピーク時に合わせる必要がなく、設備の大型化を避けることができる。
Furthermore, it comprises a post-absorption liquid tank that stores the absorption liquid after absorption,
It is preferable that the regeneration outward path extends from the post-absorption liquid tank to the purification unit.
Even if the hydrocarbon compound concentration in the absorption liquid after absorption changes due to fluctuations in the partial pressure of the hydrocarbon compound in the raw material gas, the absorption liquid after absorption is stored in the post-absorption liquid tank, thereby carbonizing. The hydrogen compound concentration can be averaged and stabilized at a concentration sufficiently lower than the peak concentration. Therefore, it is not necessary to match the processing capacity of the purification section, that is, the separation / regeneration section, at the peak time, and an increase in the size of the equipment can be avoided.

前記吸収液が、エタノールと水の混合物であることが好ましい。
エタノールと水の混合物にベンゼン等の炭化水素化合物を吸収させた液のほうが、エタノール100%にベンゼン等の炭化水素化合物を吸収させた液よりも、共沸点でのエタノールと炭化水素化合物の分離率を高くできる。したがって、分離再生工程(分離再生部)における炭化水素化合物の分離効率を高くできる。前記混合物におけるエタノールと水の比率は、所望の吸収効率を確保でき、かつ所望の分離効率を確保できるように設定することが望ましい。前記混合物のエタノール含有率が低過ぎると(水分量が多過ぎると)、収部における炭化水素化合物の吸収効率が低下する。前記混合物のエタノール含有率が高過ぎると(水分量が少な過ぎると)、分離再生部における炭化水素化合物の分離効率が低下する。
It is preferable that the absorption liquid is a mixture of ethanol and water.
Separation rate of ethanol and hydrocarbon compounds at the azeotropic point with a solution in which a hydrocarbon compound such as benzene is absorbed in a mixture of ethanol and water, rather than a solution in which a hydrocarbon compound such as benzene is absorbed in 100% ethanol Can be high. Therefore, the separation efficiency of the hydrocarbon compound in the separation / regeneration step (separation / regeneration unit) can be increased. The ratio of ethanol and water in the mixture is desirably set so that a desired absorption efficiency can be secured and a desired separation efficiency can be secured. If the ethanol content of the mixture is too low (the water content is too high), the absorption efficiency of the hydrocarbon compound in the collecting part is lowered. When the ethanol content of the mixture is too high (when the water content is too small), the separation efficiency of the hydrocarbon compound in the separation and regeneration section is lowered.

本発明によれば、原料ガスから炭化水素化合物を効率的に除去でき、エタノールを効率的に生産することができる。   According to the present invention, a hydrocarbon compound can be efficiently removed from a raw material gas, and ethanol can be produced efficiently.

図1は、本発明の一実施形態に係るエタノール合成装置を示す回路構成図である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram showing an ethanol synthesizer according to an embodiment of the present invention.

以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図1に示すように、エタノール合成装置1は、シンガス生成部2(原料ガス生成部)と、エタノール合成部10と、前処理部20と、エタノール精製部40を備えている。詳細な図示は省略するが、シンガス生成部2は、産業廃棄物等を処理する廃棄物処理施設にて構成されている。言い換えると、エタノール合成装置1は、廃棄物処理システムに組み込まれている。シンガス生成部2にはガス化炉が設備されており、このガス化炉において、廃棄物が高濃度の酸素ガスによって燃焼されて低分子レベルまで分解され、最終的にシンガス2a(原料ガス)となる。シンガス2aは、一酸化炭素(CO)及び水素(H)に加えて、二酸化炭素(CO)や窒素(N)を主要成分として含有している。更に、生成時(吸収工程前)のシンガス2aは、微量ないしは少量(mol-ppmオーダー〜数mol%オーダー)の硫化水素(HS)、酸素(O)の他、BETX(ベンゼン、エチルベンゼン、トルエン、キシレン)等の芳香族化合物をはじめとする炭化水素化合物を含有していることがある。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, the ethanol synthesis apparatus 1 includes a syngas generation unit 2 (raw material gas generation unit), an ethanol synthesis unit 10, a pretreatment unit 20, and an ethanol purification unit 40. Although detailed illustration is omitted, the syngas generation unit 2 is configured in a waste treatment facility for treating industrial waste and the like. In other words, the ethanol synthesizer 1 is incorporated in a waste treatment system. The syngas generation unit 2 is equipped with a gasification furnace, in which the waste is burned with high-concentration oxygen gas and decomposed to a low molecular level, and finally the syngas 2a (raw material gas) and Become. The syngas 2a contains carbon dioxide (CO 2 ) and nitrogen (N 2 ) as main components in addition to carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ). Furthermore, the syngas 2a at the time of production (before the absorption step) is a trace amount or a small amount (mol-ppm order to several mol% order) of hydrogen sulfide (H 2 S), oxygen (O 2 ), and BETX (benzene, ethylbenzene). , Toluene, xylene) and other hydrocarbon compounds.

エタノール合成部10は、培養槽11と、培養原液供給部12を含む。培養槽11には培養液8が蓄えられている。培養液8中で嫌気性微生物19が培養されている。嫌気性微生物19としては、例えば上掲特許文献1、3(特開2004−504058号公報、特開2014−050406号公報)等に開示された嫌気性細菌を用いることができる。嫌気性微生物19は、その発酵作用によって、一酸化炭素(CO)、水素(H)等からエタノール(COH)等を合成する。 The ethanol synthesis unit 10 includes a culture tank 11 and a culture stock solution supply unit 12. A culture solution 8 is stored in the culture tank 11. An anaerobic microorganism 19 is cultured in the culture solution 8. As the anaerobic microorganism 19, anaerobic bacteria disclosed in, for example, the above-mentioned Patent Documents 1 and 3 (Japanese Patent Laid-Open Nos. 2004-504058 and 2014-050406) can be used. The anaerobic microorganism 19 synthesizes ethanol (C 2 H 5 OH) or the like from carbon monoxide (CO), hydrogen (H 2 ), or the like by its fermentation action.

培養原液供給部12が培養槽11に接続されている。培養原液供給部12は、嫌気性微生物19を入れる前の培養液8の原液を培養槽11に供給する。培養液8の原液は、水を主成分とし、この水に嫌気性微生物19のための各種栄養成分が溶解されている。   A culture stock supply unit 12 is connected to the culture tank 11. The culture stock supply unit 12 supplies the stock solution of the culture solution 8 before the anaerobic microorganism 19 is added to the culture tank 11. The stock solution of the culture solution 8 contains water as a main component, and various nutrient components for the anaerobic microorganism 19 are dissolved in the water.

シンガス生成部2とエタノール合成部10との間に前処理部20が設けられている。前処理部20は、脱硫部21と、脱酸素部22と、BETX吸収部23とを含む。シンガス生成部2の側(上流側)から脱硫部21、脱酸素部22、BETX吸収部23の順に直列に接続されている。脱硫部21は、Fe等の脱硫剤を含む。脱酸素部22は、Cu等の遷移金属触媒を含む。 A pretreatment unit 20 is provided between the syngas generation unit 2 and the ethanol synthesis unit 10. The pretreatment unit 20 includes a desulfurization unit 21, a deoxygenation unit 22, and a BETX absorption unit 23. The desulfurization unit 21, the deoxygenation unit 22, and the BETX absorption unit 23 are connected in series from the syngas generation unit 2 side (upstream side). Desulfurization unit 21 includes a desulfurizing agent such as Fe 2 O 3. The deoxidation part 22 contains a transition metal catalyst such as Cu.

BETX吸収部23は、吸収器30と、吸収前液タンク31と、吸収後液タンク32を含む。吸収前液タンク31には、後記吸収工程前の吸収液3aが貯留されている。   The BETX absorption unit 23 includes an absorber 30, a pre-absorption liquid tank 31, and a post-absorption liquid tank 32. The pre-absorption liquid tank 31 stores an absorption liquid 3a before the absorption process described later.

吸収器30は、鉛直(上下)に延びる筒型の容器になっている。吸収器30内の上端部には散液器33が配置されている。吸収前液タンク31から吸収前液路34が延びて散液器33に接続されている。吸収器30内の底部には、吸収工程後の一時貯留吸収液3bが貯められている。   The absorber 30 is a cylindrical container extending vertically (up and down). A sprayer 33 is disposed at the upper end in the absorber 30. A pre-absorption liquid path 34 extends from the pre-absorption liquid tank 31 and is connected to the sprayer 33. A temporarily stored absorbent 3b after the absorption step is stored at the bottom of the absorber 30.

脱酸素部22から吸収前ガス路24が延びて吸収器3の底部に接続されている。吸収器30における吸収前ガス路24との接続部は、好ましくは一時貯留吸収液3bの液面よりも上方に配置されている。また、吸収器30の上側部から吸収後ガス路25が延びて培養槽11の底部に接続されている。   A pre-absorption gas path 24 extends from the deoxygenation unit 22 and is connected to the bottom of the absorber 3. The connection portion of the absorber 30 with the pre-absorption gas path 24 is preferably disposed above the liquid level of the temporarily stored absorbent 3b. Further, a gas passage 25 after absorption extends from the upper side of the absorber 30 and is connected to the bottom of the culture tank 11.

吸収器30内の温度は、好ましくは常温(例えば10℃〜40℃程度)である。温度が低いほど、BEXTが吸収されやすい。
吸収器30の内圧は、好ましくは大気圧より高圧であり、より好ましくは5気圧(ゲージ圧)以上、一層好ましくは10気圧以上であるが、これに限られず、大気圧ないしは大気圧以下でもよい。
The temperature in the absorber 30 is preferably normal temperature (for example, about 10 ° C. to 40 ° C.). The lower the temperature, the more easily BEXT is absorbed.
The internal pressure of the absorber 30 is preferably higher than atmospheric pressure, more preferably 5 atmospheres (gauge pressure) or more, more preferably 10 atmospheres or more, but is not limited thereto, and may be atmospheric pressure or less than atmospheric pressure. .

吸収器30の底部から吸収後液路35が延びて吸収後液タンク32に接続されている。吸収後液タンク32には、吸収後貯留液3c(吸収工程後の吸収液)が貯留されている。吸収後液タンク32の内容積は、エタノール合成装置1の処理容量にもよるが、例えば1m〜10m程度、好ましくは2m程度である。 A post-absorption liquid passage 35 extends from the bottom of the absorber 30 and is connected to the post-absorption liquid tank 32. The post-absorption liquid tank 32 stores post-absorption storage liquid 3c (absorption liquid after the absorption process). The internal volume of the absorbing solution after tank 32 depends on the processing capacity of ethanol synthesizer 1, for example 1 m 3 through 10m 3 mm, preferably 2m 3 approximately.

吸収液3a,3b,3cは、エタノール(COH)と水(HO)を含む混合液である。吸収液3a,3b,3cのエタノール濃度は、例えば50wt%〜95wt%程度である。吸収液3a,3b,3cにおけるエタノール以外の成分の殆どは、水で占められている。吸収液3aのエタノール含有率が低過ぎると(水分量が多過ぎると)、BETXの吸収効率が低下する。吸収液3cのエタノール含有率が高過ぎると(水分量が少な過ぎると)、後述する分離再生工程におけるBETXの分離効率が低下する。 The absorbing liquids 3a, 3b, 3c are mixed liquids containing ethanol (C 2 H 5 OH) and water (H 2 O). The ethanol concentration of the absorbing liquids 3a, 3b, 3c is, for example, about 50 wt% to 95 wt%. Most of the components other than ethanol in the absorbing liquids 3a, 3b, and 3c are occupied by water. If the ethanol content of the absorbent 3a is too low (too much water), the absorption efficiency of BETX will decrease. If the ethanol content of the absorption liquid 3c is too high (the amount of water is too small), the BETX separation efficiency in the separation and regeneration step described later is lowered.

さらに、吸収液3b,3cは、BETXを含む。一時貯留吸収液3bのBETX濃度は例えばppmオーダー〜数%オーダーの範囲で大きく変動する。吸収後貯留液3cのBETX濃度は、一時貯留吸収液3bのBETX濃度のピーク値よりも十分に低い濃度で安定している。
なお、吸収前の吸収液3aは、極めて微量のBETXを含み得る。吸収液3aのBETX許容濃度は、吸収後貯留液3cのBETX濃度よりも十分に小さく、例えば数十mol-ppm以下が望ましい。
Further, the absorbing liquids 3b and 3c contain BETX. The BETX concentration of the temporarily stored absorbent 3b varies greatly, for example, in the order of ppm order to several percent order. The BETX concentration of the post-absorption storage liquid 3c is stable at a concentration sufficiently lower than the peak value of the BETX concentration of the temporary storage absorption liquid 3b.
In addition, the absorption liquid 3a before absorption can contain a very small amount of BETX. The allowable BETX concentration of the absorption liquid 3a is sufficiently smaller than the BETX concentration of the post-absorption storage liquid 3c, for example, several tens mol-ppm or less is desirable.

エタノール合成部10の後段にエタノール精製部40が配置されている。
エタノール精製部40は、複数段(図1では2段のみ図示)の蒸留塔41,42…を備えている。これら蒸留塔41,42…が順次直列に連なっている。各蒸留塔41,42…は、鉛直に延びている。
An ethanol purification unit 40 is disposed after the ethanol synthesis unit 10.
The ethanol purification section 40 includes a plurality of distillation columns 41, 42... (Only two stages are shown in FIG. 1). These distillation columns 41, 42, ... are successively connected in series. Each distillation column 41, 42 ... extends vertically.

培養槽11の培養液8内から培養後液路14が引き出されており、この培養後液路14が、1段目の第1蒸留塔41の中間部に接続されている。第1蒸留塔41の下端部には、第1リボイラー44が設けられるとともに、水処理部4(waste water treatment)が接続されている。   A post-culture liquid channel 14 is drawn out from the culture solution 8 in the culture tank 11, and the post-culture liquid channel 14 is connected to the middle part of the first distillation column 41 in the first stage. A first reboiler 44 is provided at the lower end of the first distillation column 41, and a water treatment unit 4 (waste water treatment) is connected thereto.

第1蒸留塔41の上端部には、第1コンデンサー43が設けられている。第1コンデンサー43から一次凝縮液路47が延び、2段目(後段)の第2蒸留塔42の中間部に接続されている。   A first condenser 43 is provided at the upper end of the first distillation column 41. A primary condensate channel 47 extends from the first condenser 43 and is connected to an intermediate portion of the second distillation column 42 in the second stage (the latter stage).

一方、前記吸収後液タンク32から再生往路36が引き出されて精製部40へ延びている。この再生往路36が、合流部47cにおいて一次凝縮液路47と合流している。したがって、再生往路36は、合流部47cより下流側の一次凝縮液路47を介して、第2蒸留塔42に接続されている。   On the other hand, the regeneration outward path 36 is drawn from the post-absorption liquid tank 32 and extends to the purification unit 40. The regeneration outward path 36 joins the primary condensate path 47 at the junction 47c. Therefore, the regeneration forward path 36 is connected to the second distillation column 42 via the primary condensate path 47 downstream from the junction 47c.

第2蒸留塔42の上端部には、第2コンデンサー45が設けられている。第2コンデンサー45から二次凝縮液路49が延びている。   A second condenser 45 is provided at the upper end of the second distillation column 42. A secondary condensate passage 49 extends from the second condenser 45.

第2蒸留塔42の下端部には、第2リボイラー46が設けられている。また、第2蒸留塔42の下端部から二次缶出液路48が延びて、第3段目の蒸留塔(図示省略)に接続されている。二次缶出液路48から再生復路37が分岐している。この再生復路37が、吸収部23へ延び、吸収前液タンク31に接続されている。   A second reboiler 46 is provided at the lower end of the second distillation column 42. In addition, a secondary bottom discharge channel 48 extends from the lower end of the second distillation column 42 and is connected to a third-stage distillation column (not shown). A regeneration return path 37 branches from the secondary can discharge liquid path 48. The regeneration return path 37 extends to the absorption unit 23 and is connected to the pre-absorption liquid tank 31.

上記のエタノール合成装置1によってエタノールを合成する方法を説明する。
<原料ガス生成工程>
シンガス生成部2において廃棄物を燃焼させてシンガス2aを生成する。生成時(吸収工程前)のシンガス2a中のBETX濃度は、原料の廃棄物成分に応じて大きく変動する。
A method for synthesizing ethanol by the ethanol synthesizer 1 will be described.
<Raw gas generation process>
In the syngas generator 2, the waste is burned to generate the syngas 2a. The BETX concentration in the syngas 2a at the time of generation (before the absorption process) varies greatly depending on the waste component of the raw material.

<前処理工程>
シンガス2aを培養槽11に導入するのに先立ち、前処理部20による前処理工程に供する。前処理工程として、脱硫工程、脱酸素工程、BETX吸収工程が含まれる。
<脱硫工程>
詳しくは、先ず、脱硫部21において、シンガス2a中のHSをFe等の脱硫剤に吸収させて除去する。
<脱酸素工程>
次に、脱酸素部22において、Cu等の遷移金属触媒を用いて、シンガス2a中のOを、シンガス2a中の他のガス(CO、H等)と反応させて除去する。予め脱硫部21でHSを除去しておくことで、脱酸素部22のCu触媒がダメージを受けるのを防止できる。
<Pretreatment process>
Prior to introducing the syngas 2 a into the culture tank 11, it is subjected to a pretreatment process by the pretreatment unit 20. The pretreatment process includes a desulfurization process, a deoxygenation process, and a BETX absorption process.
<Desulfurization process>
Specifically, first, in the desulfurization section 21, H 2 S in the syngas 2a is absorbed by a desulfurization agent such as Fe 2 O 3 and removed.
<Deoxygenation process>
Next, in the deoxygenation unit 22, using a transition metal catalyst such as Cu, O 2 in the syngas 2a is removed by reacting with other gases (CO, H 2, etc.) in the syngas 2a. By removing H 2 S in advance in the desulfurization section 21, it is possible to prevent the Cu catalyst in the deoxygenation section 22 from being damaged.

<吸収工程>
次に、BETX吸収部23において、シンガス2a中のBETXをエタノールに吸収させて除去する。
詳しくは、脱酸素部22からのシンガス2aが、吸収前ガス路24を経て、吸収器30に導入されて、吸収器30内を上昇する。
また、吸収前液タンク31の吸収液3aが、吸収前液路34を経て、散液器33に導入され、散液器33から吸収器30内に散液されて落下する。
これによって、吸収器30内において、シンガス2aと吸収液3aとが互いに対向流を構成しながら接触し、シンガス2a中のBETXが吸収液3aに吸収される。
エタノールのBETXに対する吸収能力は、水の千倍以上であるため、BETXの吸収液として水100%を用いた場合と比べて吸収液3aの所要流量を大幅に低減できる。吸収器30内を高圧にすることによって、シンガス2aのBETX分圧を高くでき、吸収液3aのBETX吸収率を高くできる。
この吸収工程に先立ち、脱酸素部22においてOを予め除去しておくことで、吸収液3aのエタノールがOと反応して蟻酸等の不要成分が生成されるのを防止できる。
<Absorption process>
Next, in the BETX absorption part 23, BETX in the syngas 2a is absorbed by ethanol and removed.
Specifically, the syngas 2 a from the deoxygenation unit 22 is introduced into the absorber 30 through the pre-absorption gas path 24 and rises in the absorber 30.
In addition, the absorbent 3 a in the pre-absorption liquid tank 31 is introduced into the sprayer 33 via the pre-absorption liquid path 34, and is sprayed into the absorber 30 from the sprayer 33 and falls.
Thereby, in the absorber 30, the syngas 2a and the absorbing liquid 3a come into contact with each other while constituting a counter flow, and BETX in the syngas 2a is absorbed by the absorbing liquid 3a.
Since the absorption capacity of ethanol with respect to BETX is more than 1,000 times that of water, the required flow rate of the absorbent 3a can be significantly reduced as compared with the case where 100% of water is used as the absorbent of BETX. By making the inside of the absorber 30 high, the BETX partial pressure of the syngas 2a can be increased, and the BETX absorption rate of the absorbent 3a can be increased.
Prior to this absorption step, O 2 is removed in advance in the deoxygenation unit 22 to prevent the ethanol in the absorption liquid 3a from reacting with O 2 and generating unnecessary components such as formic acid.

吸収器30の上部における吸収後シンガス2bのBETX濃度は、吸収前シンガス2aのBETX濃度よりも低くなる。また、吸収器30内において、吸収液3a中のエタノールの一部が気化する。このため、吸収後シンガス2bは、エタノールを含む。
シンガス2aの初期温度(吸収器30に導入時の温度)は、常温よりも高温で、例えば30℃〜50℃程度であり、好ましくは40℃程度である。このシンガス2aからエタノールの気化熱が奪われることで、吸収器30内の温度がほぼ常温(例えば25℃程度)に保たれる。
The BETX concentration of the post-absorption syngas 2b in the upper part of the absorber 30 is lower than the BETX concentration of the pre-absorption syngas 2a. Moreover, in the absorber 30, a part of ethanol in the absorption liquid 3a is vaporized. For this reason, the absorbed syngas 2b contains ethanol.
The initial temperature of the syngas 2a (temperature at the time of introduction into the absorber 30) is higher than room temperature, for example, about 30 ° C. to 50 ° C., and preferably about 40 ° C. By depriving the heat of vaporization of ethanol from the syngas 2a, the temperature in the absorber 30 is maintained at substantially normal temperature (for example, about 25 ° C.).

吸収器30の底部には、BETXを吸収した一時貯留吸収液3bが一時貯留される。この一時貯留吸収液3bのBETX濃度は、吸収器30の底部におけるシンガス2aのBETX分圧と概略平衡する。
シンガス2aのBETX分圧は、シンガス生成部2で燃焼する廃棄物成分に応じて変動しやすいため、一時貯留吸収液3bのBETX濃度も変動しやすい。
At the bottom of the absorber 30, temporarily stored absorbent 3b that has absorbed BETX is temporarily stored. The BETX concentration of the temporarily stored absorbent 3 b is approximately balanced with the BETX partial pressure of the syngas 2 a at the bottom of the absorber 30.
Since the BETX partial pressure of the syngas 2a is likely to fluctuate according to the waste components combusted in the syngas generator 2, the BETX concentration of the temporarily stored absorbent 3b is also likely to fluctuate.

<貯留工程>
一時貯留吸収液3bは、吸収後液路35を経て、吸収後液タンク32に送られ、吸収後貯留液3cとして吸収後液タンク32に貯留される。
シンガス2aのBETX分圧の変動に伴って一時貯留吸収液3bのBETX濃度が変動しても、吸収後液タンク32への貯留によってBETX濃度を平均化することができる。これによって、吸収後貯留液3cのBETX濃度を、一時貯留吸収液3bのBETX濃度のピーク値よりも十分に低い濃度で安定させることができる。したがって、後述する分離再生工程において、吸収後貯留液3cからBETXを分離して吸収液3aを再生させる際、分離再生部42の分離再生処理能力を上記ピーク値に合わせる必要がなく、分離再生部42の負担を軽減でき、設備の大型化を避けることができる。
吸収後液タンク32に攪拌機を設けて吸収後貯留液3cを撹拌することで、吸収後貯留液3cのBETX濃度の均一化を促進してもよい。
<Storage process>
The temporarily stored absorption liquid 3b is sent to the post-absorption liquid tank 32 via the post-absorption liquid path 35 and stored in the post-absorption liquid tank 32 as the post-absorption storage liquid 3c.
Even if the BETX concentration of the temporarily stored absorbent 3b varies with the variation of the BETX partial pressure of the syngas 2a, the BETX concentration can be averaged by storing in the post-absorption liquid tank 32. Thus, the BETX concentration of the post-absorption storage liquid 3c can be stabilized at a concentration sufficiently lower than the peak value of the BETX concentration of the temporary storage absorption liquid 3b. Therefore, in the separation / regeneration process described later, when separating the betx from the post-absorption stored liquid 3c and regenerating the absorption liquid 3a, it is not necessary to match the separation / regeneration processing capability of the separation / regeneration unit 42 to the peak value, and the separation / regeneration unit The burden of 42 can be reduced and the enlargement of equipment can be avoided.
The post-absorption liquid tank 32 may be provided with a stirrer to stir the post-absorption storage liquid 3c, thereby promoting uniformization of the BETX concentration of the post-absorption storage liquid 3c.

<合成工程>
吸収工程後のシンガス2bは、吸収後ガス路25を経て、培養槽11に導入され、培養液8に溶け込む。そして、培養液8内の嫌気性微生物19が、発酵を行なうことによって、シンガス2b中のCO及びH等からエタノールを合成する。BETXの吸収除去を経たシンガス2bを培養槽11に導入することによって、嫌気性微生物19に悪影響が及ぶのを防止でき、エタノールの発酵生成を確実に行わせることができる。
<Synthesis process>
The syngas 2b after the absorption step is introduced into the culture tank 11 via the post-absorption gas path 25 and is dissolved in the culture solution 8. The anaerobic microorganisms 19 in the culture liquid 8, by performing the fermentation, synthesizing ethanol from CO and H 2 and the like in the syngas 2b. By introducing the syngas 2b that has undergone BETX absorption and removal into the culture tank 11, it is possible to prevent the anaerobic microorganism 19 from being adversely affected, and to ensure that ethanol is fermented.

このとき、シンガス2b中のエタノールも培養液8に溶け込む。つまり、上記吸収工程で吸収液3aからエタノールが気化したとしても、そのエタノールを、エタノール合成部10で生成するエタノールと一緒にすることができる。そして、後述する精製工程によってエタノールを回収することができる。したがって、エタノールの無駄を抑えることができる。また、上記吸収工程でのエタノールの気化流量を、嫌気性微生物19によるエタノール生産流量の例えば10分の1程度に抑えることで、嫌気性微生物19の発酵活動が減退するのを防止できる。   At this time, ethanol in the syngas 2b is also dissolved in the culture solution 8. That is, even if ethanol is vaporized from the absorbing solution 3 a in the absorption step, the ethanol can be combined with ethanol generated by the ethanol synthesis unit 10. And ethanol can be collect | recovered by the refinement | purification process mentioned later. Therefore, waste of ethanol can be suppressed. Moreover, it can prevent that the fermentation activity of the anaerobic microorganism 19 declines by suppressing the vaporization flow rate of ethanol in the said absorption process to about 1/10 of the ethanol production flow rate by the anaerobic microorganism 19.

<ガス放出工程>
培養槽11内のガスは、ガス放出路13から放出される。放出ガス成分は、主に未反応のCO及びHやCO、Nであり、更に微量のエタノールやBETX等を含み得る。この放出ガスは、回収して再利用してもよく、適宜除害したうえで放出してもよい。
<Gas release process>
The gas in the culture tank 11 is discharged from the gas discharge path 13. The released gas components are mainly unreacted CO and H 2 , CO 2 , and N 2 , and may further contain a trace amount of ethanol, BETX, and the like. This released gas may be recovered and reused, or may be released after detoxification as appropriate.

<培養液導出工程>
培養槽11内の培養液8の一部8aは、所定の流量で培養後液路14へ導出される。導出培養液8aは、エタノールと水の混合液である。更に、導出培養液8aには、嫌気性微生物19の生体又は屍骸等のバイオマス、その他の固体成分(浮遊物質:suspended solids)が含まれている。固体成分は、フィルタ(図示省略)によって捕捉回収して、培養槽11に戻したり、分解処理したりすることが好ましい。
<Culture medium derivation process>
A part 8a of the culture solution 8 in the culture tank 11 is led out to the post-culture liquid channel 14 at a predetermined flow rate. The derived culture solution 8a is a mixed solution of ethanol and water. Further, the derived culture solution 8a contains a living body of the anaerobic microorganism 19 or biomass such as a carcass and other solid components (suspended solids). The solid component is preferably captured and collected by a filter (not shown) and returned to the culture tank 11 or decomposed.

<精製工程>
導出培養液8aは、固体成分の除去後、エタノール精製部40へ送られ、精製工程に供される。
詳しくは、導出培養液8aは、先ず第1蒸留塔41に導入されて蒸留され、下側の一次缶出液8bと、上側の一次留出蒸気9aとに分離される。一次缶出液8bの大部分は、水(HO)である。この一次缶出液8bの一部は、第1リボイラー44に送られて加熱され、蒸気となって第1蒸留塔41に戻される。また、一次缶出液8bの残部は、水処理部4へ送られ、好気処理等される。処理後の一次缶出液8bは、廃棄してもよく、培養槽11に戻してもよい。
<Purification process>
The derivation culture solution 8a is sent to the ethanol purification unit 40 after removal of the solid components, and is supplied to the purification step.
Specifically, the lead-out culture solution 8a is first introduced into the first distillation column 41 and distilled, and is separated into a lower primary distillate 8b and an upper primary distillate vapor 9a. Most of the primary bottom liquid 8b is water (H 2 O). A part of the primary effluent 8b is sent to the first reboiler 44, heated, and returned to the first distillation column 41 as steam. The remaining portion of the primary bottom liquid 8b is sent to the water treatment unit 4 and subjected to aerobic treatment or the like. The treated primary effluent 8b may be discarded or returned to the culture tank 11.

一次留出蒸気9aは、比較的高濃度のエタノールガスと、第1蒸留塔41において分離しきれなかった水すなわち水蒸気(HO)を含む。この一次留出蒸気9aが、第1蒸留塔41の上端部から第1コンデンサー43に送られて冷却凝縮され、一次凝縮液9bとなる。一次凝縮液9bの一部は、第1蒸留塔41に戻される。一次凝縮液9bの残部は、一次凝縮液路47を経て、第2蒸留塔42へ送られる。 The primary distillate vapor 9a includes a relatively high concentration of ethanol gas and water that cannot be separated in the first distillation column 41, that is, water vapor (H 2 O). This primary distillate vapor 9a is sent from the upper end of the first distillation column 41 to the first condenser 43, where it is cooled and condensed to become the primary condensate 9b. A part of the primary condensate 9b is returned to the first distillation column 41. The remainder of the primary condensate 9b is sent to the second distillation column 42 via the primary condensate channel 47.

<合流工程>
併行して、一定流量の吸収後貯留液3cが、吸収後液タンク32から送出され、再生往路36を経て、合流部47cにおいて一次凝縮液9bと混合される。これによって、吸収後貯留液3cと一次凝縮液9bとの混合液からなる二次蒸留前液9cが出来る。二次蒸留前液9cは、比較的高濃度のエタノールと水を含み、更に、吸収後貯留液3c由来のBETX等を含む。高エタノール濃度の吸収後貯留液3cを、低エタノール濃度の培養液8aと混合するのではなく、高エタノール濃度の一次凝縮液9bと混合することで、混合液9cのエタノール濃度を高く維持できる。したがって、精製部40の負担を軽減でき、精製効率を確保できる。具体的には、リボイラー46の所要供給熱量を低減できる。
<Merging process>
At the same time, the stored liquid 3c after absorption at a constant flow rate is sent out from the liquid tank 32 after absorption, and is mixed with the primary condensate 9b in the junction 47c via the regeneration forward path 36. As a result, a pre-secondary distillation liquid 9c made of a mixed liquid of the post-absorption storage liquid 3c and the primary condensate 9b is formed. The pre-secondary distillation liquid 9c contains a relatively high concentration of ethanol and water, and further contains BETX derived from the post-absorption storage liquid 3c. The ethanol concentration of the mixed solution 9c can be kept high by mixing the post-absorption storage solution 3c with a high ethanol concentration with the primary condensate 9b with a high ethanol concentration instead of mixing with the culture solution 8a with a low ethanol concentration. Therefore, the burden of the refinement | purification part 40 can be reduced and refinement | purification efficiency can be ensured. Specifically, the required heat supply amount of the reboiler 46 can be reduced.

<分離再生工程>
二次蒸留前液9cは、第2蒸留塔42に導入されて蒸留され、上側の二次留出蒸気9dと、下側の二次缶出液9eとに分離される。二次留出蒸気9dは、比較的低濃度のエタノールガス及び水蒸気の他、吸収後貯留液3c由来のBETXガスや、培養液8a由来のメタノールガス等の低沸点物質を含む。二次缶出液9eは、比較的高濃度のエタノールと水との混合液であり、吸収後貯留液3c由来のBETXを殆ど含まない。要するに、エタノール精製部40の第2蒸留塔42によって、吸収後貯留液3cのエタノールからBETXを分離でき、BETXに対する吸収能力を回復させて、吸収液3aとして再使用可能にすることができる。したがって、エタノール精製部40の少なくとも一部(第2蒸留塔42)が、吸収後貯留液3cからBETXを分離して吸収液3aを再生させる分離再生部として提供されている。また、精製工程の少なくとも一部が、分離再生工程を兼ねる。したがって、別途、吸収後貯留液3c専用の分離再生部を設備する必要はなく、分離再生工程を精製工程とは別に単独で行う必要はない。この結果、設備が大掛かりになるのを防止でき、設備コストの増大を回避できるとともに、処理プロセスを簡易化できる。
<Separation and regeneration process>
The pre-secondary distillation liquid 9c is introduced into the second distillation column 42 and distilled, and is separated into an upper secondary distillate 9d and a lower secondary bottom 9e. Secondary distillate vapor 9d contains low-boiling substances such as BETX gas derived from post-absorption storage liquid 3c and methanol gas derived from culture liquid 8a, in addition to ethanol gas and water vapor having a relatively low concentration. The secondary bottom liquid 9e is a mixed liquid of ethanol and water having a relatively high concentration, and hardly contains BETX derived from the post-absorption storage liquid 3c. In short, the second distillation column 42 of the ethanol purifying unit 40 can separate BETX from the ethanol in the stored liquid 3c after absorption, recover the absorption ability for BETX, and make it reusable as the absorbing liquid 3a. Therefore, at least a part of the ethanol purification unit 40 (second distillation column 42) is provided as a separation / regeneration unit that separates BETX from the post-absorption storage liquid 3c to regenerate the absorption liquid 3a. Further, at least a part of the purification process also serves as a separation and regeneration process. Therefore, it is not necessary to separately provide a separation / regeneration unit dedicated to the stored liquid 3c after absorption, and it is not necessary to perform the separation / regeneration step separately from the purification step. As a result, the facility can be prevented from becoming large, an increase in facility cost can be avoided, and the processing process can be simplified.

さらに、二次蒸留前液9cは、エタノールと水の混合物であり、かつこの混合物にBETXを混入させたものであるために、エタノール100%にBETXを混入させた液よりも共沸点でのエタノールとBETXの分離率を高くできる。したがって、二次留出蒸気9dのエタノール濃度を一層低くでき、かつ二次缶出液9eのBETX濃度を一層低くできる。   Furthermore, since the pre-secondary distillation liquid 9c is a mixture of ethanol and water, and BETX is mixed into this mixture, ethanol at an azeotropic point is higher than that of a liquid in which BETX is mixed with 100% ethanol. And BETX separation rate can be increased. Therefore, the ethanol concentration of the secondary distillate vapor 9d can be further reduced, and the BETX concentration of the secondary bottoms 9e can be further reduced.

二次留出蒸気9dは、第2コンデンサー45に導入されて冷却凝縮され、二次凝縮液9fとなる。二次凝縮液9fの一部は、第2蒸留塔42に戻される。二次凝縮液9fの残部は、燃料等に利用してもよく、後処理を経て廃棄してもよい。   The secondary distillate steam 9d is introduced into the second condenser 45 and cooled and condensed to become a secondary condensate 9f. A part of the secondary condensate 9f is returned to the second distillation column 42. The remaining portion of the secondary condensate 9f may be used for fuel or the like, and may be discarded after post-processing.

二次缶出液9eの一部は、第2リボイラー46に送られて加熱され、蒸気となって第2蒸留塔42に戻される。   A part of the secondary bottoms 9e is sent to the second reboiler 46, heated, and returned to the second distillation column 42 as steam.

<後段精製工程>
二次缶出液9eの他の一部は、二次缶出液路48を経て、第3段目の蒸留塔(図示省略)へ送られることで、更に蒸留精製される。この第3段目以降の蒸留精製によって、99wt%以上の高濃度エタノール液を得ることができる。
<Rear purification process>
The other part of the secondary bottoms 9e is further purified by distillation by being sent to the third stage distillation tower (not shown) via the secondary bottoms 48. A high-concentration ethanol solution of 99 wt% or more can be obtained by distillation purification after the third stage.

<再使用工程>
二次缶出液9eの残部(一部)は、再生復路37によって吸収部23へ戻され、吸収前液タンク31に貯められる。これによって、二次缶出液9eの残部(一部)を吸収液3aとして再使用することができる。
<Reuse process>
The remaining part (part) of the secondary bottoms 9e is returned to the absorption part 23 by the regeneration return path 37 and stored in the pre-absorption liquid tank 31. Thereby, the remaining part (part) of the secondary bottoms 9e can be reused as the absorbent 3a.

本装置1によれば、BETXを吸収する吸収物質と、合成の目的物質とを、互いに同一物質(エタノール)とすることで、別物質とするよりも処理プロセス及び設備コスト等の点で有利になる。
これに対して、エタノールによるBETX吸収部23を、エタノール以外の物質(例えばブタノール等)を合成するプラントに用いた場合には、吸収工程後、エタノールを加熱や冷却等によって系から除外したり回収したりする必要があり、付加設備が多くなり、コストが嵩む。また、エタノールを合成するプラントにおいて、BETXをエタノール以外の物質(例えばブタノール等)で吸収した場合には、吸収工程後、当該エタノール以外の物質を加熱や冷却等によって系から除外したり回収したりする必要があり、付加設備が多くなり、コストが嵩む。
According to this apparatus 1, by making the absorbing substance that absorbs BETX and the target substance to be synthesized the same substance (ethanol), it is more advantageous in terms of processing process and equipment costs than using different substances. Become.
On the other hand, when the BETX absorption part 23 made of ethanol is used in a plant that synthesizes a substance other than ethanol (for example, butanol), the ethanol is excluded from the system by heating or cooling after the absorption step or recovered. It is necessary to do so, and additional equipment is increased, resulting in an increase in cost. In addition, in a plant that synthesizes ethanol, when BETX is absorbed by a substance other than ethanol (for example, butanol), after the absorption step, the substance other than ethanol is excluded from the system by heating or cooling, or recovered. It is necessary to increase the number of additional facilities and the cost.

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、BETXの吸収液として、ほぼ100%のエタノール液を用いてもよい。この場合、吸収後のエタノール液を蒸留することで、BETXをエタノールとの混合物として取り出すことができる。この混合物のBETXとエタノールとの含有比は、モル比でほぼ1:1程度になる。
シンガス生成部2は、製鉄所であってもよく、石炭燃焼部であってもよい。
原料ガスは、一酸化炭素及び水素を含むシンガス2aに限られず、一酸化炭素及び水素のうち何れか一方だけを含んでいてもよく、一酸化炭素に代えて二酸化炭素と水素を含んでいてもよい(特許文献2等参照)。
合成工程では、原料ガスを触媒と接触させることでエタノールを合成してもよい(特許文献2等参照)。
原料ガスから分離すべき炭化水素化合物は、BETX(ベンゼン、エチルベンゼン、トルエン、キシレン)に限られず、ナフタレン等の他の芳香族化合物であってもよく、アセチレン等であってもよい。
エタノール合成装置1の回路構成は適宜改変できる。例えば、再生往路36が、一次凝縮液路47と合流せずに、第2蒸留塔42に直接、接続されていてもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, an almost 100% ethanol solution may be used as the BETX absorption solution. In this case, BETX can be taken out as a mixture with ethanol by distilling the ethanol solution after absorption. The content ratio of BETX and ethanol in this mixture is about 1: 1 in terms of molar ratio.
The syngas generation unit 2 may be an iron mill or a coal combustion unit.
The source gas is not limited to the syngas 2a containing carbon monoxide and hydrogen, and may contain only one of carbon monoxide and hydrogen, or may contain carbon dioxide and hydrogen instead of carbon monoxide. Good (see Patent Document 2 etc.).
In the synthesis step, ethanol may be synthesized by bringing the raw material gas into contact with the catalyst (see Patent Document 2, etc.).
The hydrocarbon compound to be separated from the source gas is not limited to BETX (benzene, ethylbenzene, toluene, xylene), and may be other aromatic compounds such as naphthalene, or acetylene.
The circuit configuration of the ethanol synthesizer 1 can be modified as appropriate. For example, the regeneration outward path 36 may be directly connected to the second distillation column 42 without joining the primary condensate liquid path 47.

本発明は、例えば産業廃棄物の焼却処理で生じるシンガスからエタノールを合成するエタノール合成システムに適用できる。   The present invention can be applied to, for example, an ethanol synthesis system that synthesizes ethanol from syngas generated by incineration of industrial waste.

1 エタノール合成装置
2a 吸収前シンガス(吸収工程前(吸収前)の原料ガス)
2b 吸収後シンガス(吸収工程後(吸収後)の原料ガス)
3a 吸収前液(吸収工程前(吸収前)の吸収液)
3b 吸収後一時貯留液(吸収工程後(吸収後)の吸収液)
3c 吸収後貯留液(吸収工程後(吸収後)の吸収液)
8 培養液
8a 導出培養液(エタノール合成後の培養液)
9e 二次缶出液(第2蒸留塔の缶出液)
19 嫌気性微生物
10 エタノール合成部
11 培養槽
23 BETX吸収部(吸収部)
25 吸収後ガス路
32 吸収後液タンク
36 再生往路
37 再生復路
40 エタノール精製部(精製部)
41 第1蒸留塔(蒸留塔)
42 第2蒸留塔(分離再生部、蒸留塔)
1 Ethanol synthesizer 2a Syngas before absorption (raw gas before absorption process (before absorption))
2b Syngas after absorption (source gas after absorption process (after absorption))
3a Pre-absorption liquid (absorption liquid before absorption process (before absorption))
3b Temporary storage liquid after absorption (absorption liquid after absorption process (after absorption))
3c Storage liquid after absorption (absorption liquid after absorption process (after absorption))
8 Culture solution 8a Derived culture solution (culture solution after ethanol synthesis)
9e Secondary bottoms (second bottom distillation bottoms)
19 Anaerobic microorganism 10 Ethanol synthesis part 11 Culture tank 23 BETX absorption part (absorption part)
25 Gas path after absorption 32 Liquid tank after absorption 36 Regeneration outbound path 37 Regeneration return path 40 Ethanol purification section (purification section)
41 First distillation column (distillation column)
42 Second distillation column (separation regeneration unit, distillation column)

Claims (9)

原料ガスからエタノールを合成するエタノール合成方法において、
前記エタノールの合成工程前の原料ガスと、エタノールを含有する吸収液とを接触させて、前記原料ガスに含まれる炭化水素化合物を前記吸収液に吸収させる吸収工程と、
前記吸収工程後の吸収液から前記炭化水素化合物を分離して前記吸収液を再使用可能にする分離再生工程と、
を備えたことを特徴とするエタノール合成方法。
In an ethanol synthesis method for synthesizing ethanol from a raw material gas,
An absorption step in which the raw material gas before the ethanol synthesis step is brought into contact with an absorption liquid containing ethanol to absorb the hydrocarbon compound contained in the raw material gas into the absorption liquid;
A separation and regeneration step for separating the hydrocarbon compound from the absorption liquid after the absorption step and reusing the absorption liquid;
An ethanol synthesis method characterized by comprising:
前記エタノール合成工程では、前記吸収工程後の原料ガスを培養液に導入し、前記培養液中の嫌気性微生物の発酵によって前記原料ガスからエタノールを合成し、
更に、前記エタノール合成工程後の培養液からエタノールを精製する精製工程を備え、
前記吸収工程後の吸収液を前記精製工程に送ることで、前記精製工程の少なくとも一部が、前記分離再生工程を兼ねることを特徴とする請求項1に記載のエタノール合成方法。
In the ethanol synthesis step, the raw material gas after the absorption step is introduced into the culture solution, ethanol is synthesized from the raw material gas by fermentation of anaerobic microorganisms in the culture solution,
Furthermore, a purification step for purifying ethanol from the culture solution after the ethanol synthesis step is provided,
The ethanol synthesis method according to claim 1, wherein at least a part of the purification step also serves as the separation and regeneration step by sending the absorption liquid after the absorption step to the purification step.
更に、前記吸収工程後の吸収液を吸収後液タンクに貯留する貯留工程を備え、
前記吸収後液タンク内の吸収液を前記分離再生工程に供することを特徴とする請求項1又は2に記載のエタノール合成方法。
Furthermore, the storage step of storing the absorption liquid after the absorption step in the post-absorption liquid tank,
The ethanol synthesis method according to claim 1 or 2, wherein the absorption liquid in the post-absorption liquid tank is subjected to the separation and regeneration step.
前記吸収液が、エタノールと水の混合物であることを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のエタノール合成方法。   The ethanol synthesis method according to any one of claims 1 to 3, wherein the absorbing liquid is a mixture of ethanol and water. 原料ガスからエタノールを合成するエタノール合成部を有するエタノール合成装置において、
前記エタノール合成部への導入前の原料ガスと、エタノールを含有する吸収液とを接触させて、前記原料ガスに含まれる炭化水素化合物を前記吸収液に吸収させる吸収部と、
前記吸収後の吸収液から前記炭化水素化合物を分離して前記吸収液を再使用可能にする分離再生部と、
を備えたことを特徴とするエタノール合成装置。
In an ethanol synthesizer having an ethanol synthesis unit that synthesizes ethanol from a raw material gas,
An absorption part for bringing the raw material gas before introduction into the ethanol synthesis part into contact with an absorption liquid containing ethanol and absorbing the hydrocarbon compound contained in the raw material gas into the absorption liquid;
A separation / regeneration unit that separates the hydrocarbon compound from the absorbed liquid after the absorption so that the absorbent can be reused;
An ethanol synthesizer characterized by comprising:
前記エタノール合成部が、発酵によって前記原料ガスからエタノールを合成する嫌気性微生物を培養液中で培養する培養槽を有し、
更に、前記吸収後の原料ガスを前記培養槽に送る吸収後ガス路と、
前記エタノール合成後の培養液からエタノールを精製する精製部と、
前記吸収後の吸収液を前記精製部に送る再生往路と、を備え、
前記精製部の少なくとも一部が、前記分離再生部として提供されていることを特徴とする請求項5に記載のエタノール合成装置。
The ethanol synthesis unit has a culture tank for culturing anaerobic microorganisms that synthesize ethanol from the source gas by fermentation in a culture solution,
Furthermore, a gas path after absorption for sending the raw material gas after absorption to the culture tank;
A purification unit for purifying ethanol from the culture solution after the ethanol synthesis;
A regeneration outbound path for sending the absorbed liquid after the absorption to the purification section,
The ethanol synthesis apparatus according to claim 5, wherein at least a part of the purification unit is provided as the separation and regeneration unit.
前記精製部が、順次接続された複数段の蒸留塔を備え、
前記培養槽が、1段目の第1蒸留塔に接続され、
前記再生往路が、前記第1蒸留塔の後段に連なる第2蒸留塔に接続されており、
さらに、前記第2蒸留塔の缶出液の一部を前記吸収液として前記吸収部へ戻す再生復路を備えたことを特徴とする請求項6に記載のエタノール合成装置。
The purification unit comprises a plurality of distillation columns connected in sequence,
The culture tank is connected to the first distillation column in the first stage;
The regeneration forward path is connected to a second distillation column connected to a subsequent stage of the first distillation column;
The ethanol synthesizer according to claim 6, further comprising a regeneration return path for returning a part of the bottomed liquid of the second distillation column to the absorption part as the absorption liquid.
更に、前記吸収後の吸収液を貯留する吸収後液タンクを備え、
前記再生往路が、前記吸収後液タンクから前記精製部へ延びていることを特徴とする請求項6又は7に記載のエタノール合成装置。
Furthermore, it comprises a post-absorption liquid tank that stores the absorption liquid after absorption,
The ethanol synthesis apparatus according to claim 6 or 7, wherein the regeneration outward path extends from the post-absorption liquid tank to the purification unit.
前記吸収液が、エタノールと水の混合物であることを特徴とする請求項5〜8の何れか1項に記載のエタノール合成装置。   The ethanol synthesizer according to any one of claims 5 to 8, wherein the absorbing liquid is a mixture of ethanol and water.
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