JP3971061B2 - バイオマス物質液化物の製造装置とその方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば生分解性または生物崩壊性を有する種々の樹脂原料等として有用なバイオマス物質の液化物を製造するバイオマス物質液化物の製造装置とその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、石油等の化石原料から生産されるプラスチック、合成繊維等の使用量は莫大である。しかし、化石資源は有限なものであり、再生使用にも限界があるため、これら化石資源の使用量低減が強く望まれている。
【０００３】
また、化石資源を原料として生産された化学製品は自然分解しないため、廃棄する際には焼却処理などを必要とする。しかし、これら化学製品を焼却処理を行う際には、大きな燃焼エネルギを放出したり、ＣＯ2 等の温室効果ガスや、ダイオキシン等の有害化学物質を発生させ得るため、大気汚染や、地球環境の温暖化等に十分な配慮をしなければならない。
【０００４】
また、一般廃棄物および産業廃棄物の排出量は膨大である。このような廃棄物の中には、食品製造過程で必要成分を抽出した後の絞り滓や、外皮等のセルロース物質や、糖類物質、リグノセルロース物質としての木材等のバイオマス物質廃棄物が含まれる。そして、このような一般廃棄物および産業廃棄物の中に含まれる木質廃棄物の量はかなり多く、年間４０００万トン以上に達すると言われている。
【０００５】
一方、地球上に存在するバイオマス物質の量は膨大である。これらバイオマス物質は、自然界においても微生物の作用により分解されて無機物に還元するという物質循環リサイクルがある。したがって、バイオマス物質を基にした材料は、化石燃料を原料とした材料に比べると、廃棄処理にともなう環境負荷がはるかに軽減される。さらに、これらバイオマス物質は化石燃料に比べると、人類の力ではるかに短い時間で作り出す事が可能であり、原料枯渇の問題がない。
【０００６】
しかしながら、現在、バイオマス廃棄物は、熱加工が困難な材料であること等から有効利用できる用途は極めて少ない。例えば、キノコ生産、飼料等にバイオマス廃棄物の一部が使用されるのみである。そして、バイオマス廃棄物のほとんどは産業廃棄物として焼却処理されている。したがって、バイオマス廃棄物の再利用率は極めて低く、地球環境保全の見地から資源の有効活用を図るべく、このようなバイオマス物質についても有効活用する方法の開発が強く望まれている。
【０００７】
このようなバイオマス物質の有効利用のためのアプローチの一つとして、生分解性または生物崩壊性を有する種々の樹脂原料として、あるいは燃料源等として使用できるようにするために、バイオマス物質を液化させることが種々検討されるとともに、この液化物を用いた樹脂の製造もいくつか検討されている。
【０００８】
例えば、特開昭６１−２６１３５８号公報には、バイオマス物質の一種であるリグノセルロース物質をフェノール類の存在下で２００〜３００℃に加熱することにより液化できることが記載されている。また、特開昭６２−７９２３０号公報には、リグノセルロース物質をアルコール類、多価アルコール類、オキシエーテル類、環状エーテル類、およびケトン類から選択される一または二以上の物質に加えて、１５０〜３５０℃に加熱することにより液化できることが記載されている。さらに、特開平８−２２５６５３号公報には、リグノセルロース物質を酸触媒、環状エステルおよび多価アルコールの存在下で１００〜２００℃に加熱することにより液化できることが記載されている。
【０００９】
また、リグノセルロース物質を工業生産スケールで多量に効率よく液化させる方法や、装置としては、例えば、特開平５−１４０３２２号公報に記載されているものがある。これは、耐圧設計された反応容器と、攪拌機と、容器内の圧力を制御する加圧排気装置と、薬液供給装置と、熱媒加熱循環装置とを備えたバッチ式の装置を設け、反応容器内でリグノセルロース物質を所定温度、所定圧力に調整しつつ攪拌を行うことで、リグノセルロース物質を多量に液化させようにしたものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６１−２６１３５８号公報、特開昭６２−７９２３０号公報および特開平８−２２５６５３号公報に示されたリグノセルロース物質の液化方法では実験レベルで少量のリグノセルロース物質を液化させるのに長時間を要しており、到底工業的に応用できるものではない。
【００１１】
また、特開平５−１４０３２２号公報に示されたリグノセルロース物質の液化方法と装置は、１つの反応容器内でリグノセルロース物質を液化させる方式、いわゆるバッチ式である。この場合には反応後の液化物を反応容器内から取り出す工程や、反応容器内に新たに液化する材料を投入する工程中、すなわち反応容器内の入れ替え作業中は反応容器内で液化反応を行うことができない問題がある。そのため、この分、装置の運転効率が低下するためリグノセルロース物質の液化効率はいまだ満足できるものではない上に、得られる液化物の品質にバラツキが生じ易い、すなわち製造安定性が低い問題がある。
【００１２】
さらに、この装置は、リグノセルロース物質の液化物の製造のみを目的として特別に設計、製作されることになるので、汎用性に乏しい装置であることから、装置コストが多大であり、このため製造コストが増大するという難点もある。
【００１３】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、例えば生分解性または生物崩壊性を有する種々の樹脂原料等として使用できるバイオマス物質の液化物を効率よく、かつ再現性良く連続的に低コストで製造できるとともに、得られる液化物の品質にバラツキが生じることなく製造安定性に優れたバイオマス物質液化物の製造装置とその方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、バイオマス物質の液状化プロセスについて継続的に試験を行い、実験室レベルでは十分に目的を達成する技術を開発した。すなわち、バイオマス物質と、酸触媒と、フェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質とを、ある種の条件下で混合することによってバイオマス物質が液化されるということである。上記の開発に引き続き、また同時に、発明者らは、本プロセスを工業的に成立させる方法および装置について検討した。
【００１５】
一方、バイオマス物質と同様の有機物質であるプラスチックの分野においては、反応・混練を押出機中で行うリアクティブプロセシング（反応押出）あるいはリアクティブコンパウンディング（反応をともなう混練押出）が活用され始めていた。発明者らは、この事実に着目し、本プロセスに押出機を適用することを検討した。
【００１６】
発明者らは、本格的に押出機で試験を行う前に、口径２０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝２５、異方向回転、フルフライトスクリュを持つ試験用二軸押出機で実験を行った。結果は、ある程度の液状化が可能であり、押出機による液状化の可能性が確認された。
【００１７】
ここで、発明者らは、どのような形式の押出機が、本プロセスに最適であるかを検討した。この押出機の形式としては、現状では、スクリュの本数により単軸、二軸、三軸以上の各形式の押出機がある。また、回転方向により異方向回転と同方向回転の各形式の押出機がある。さらに、二軸以上では噛み合い条件により完全噛み合い、部分噛み合い、非噛み合いの各形式の押出機がある。発明者らは鋭意調査を行った結果、混練能力、生産能力等の機械的性能に優れ、かつコストパフォーマンスが良いということ、そしてプラスチックの反応・混練分野で現在最も多用されているということより、完全噛み合い型同方向回転二軸押出機を実験に適用することを選択した。
【００１８】
押出機による最初の実験においては、バイオマス物質としてリグノセルロース物質の未乾燥の木粉を使用した。木粉は、その他の液体である酸触媒や溶剤と一緒に、押出機の基部に設けられた原料供給口に一括して供給された。この場合、溶剤の粘度が低いこと、および液体の量が木粉の量に比べて比較的多いことから、木粉を安定して前方にスクリュにより搬送することができず、運転を行うことができなかった。そこで、プラスチックの混練において多用される別供給方式（サイドフィード方式）を採用することにした。すなわち、原料供給口と押出機先端に設けられた液化物の吐出口の間に、酸触媒と溶剤のための供給口を設け、そこへこれら物質を液体注入した。この方法により、木粉を安定して前方にスクリュにより搬送できるようになった。
【００１９】
しかし、今度は、木粉中に含まれる水分が押出機中で蒸発し、その水蒸気が押出機基部の原料供給口に逆流する現象により安定した原料供給が阻害されるために、安定した運転を行うことができなかった。原料搬送部に相当するシリンダ設定温度を低くすることで、上記の蒸気逆流現象は若干緩和されたが、根本的な解決とはならなかった。そこで、やはりプラスチックの混練分野で使用されている、特開平１０−６３８３号公報のような方法を適用することにした。すなわち、原料供給口と溶剤・酸触媒注入口の間に、水蒸気を放出するベント口を設ける方式を採用した。この方法の採用により、原料供給口への蒸気逆流量は減少し、安定した運転ができるようになった。この場合、搬送部（移送部）のシリンダ設定温度は、木粉の炭化・劣化を防止するために比較的低く、そして水蒸気除去後の反応・混練部のシリンダ設定温度は、混練・反応を促進するために比較的高くしている。
【００２０】
以上の改良により安定した運転が実現され、吐出口から液状化された木粉が吐出された。分析してみると未液化残渣率が高く、かつ流動性が劣っていた。未液化残渣率が高い原因としては、滞留時間の不足により溶解が十分に進行していないことが原因と考えられた。また、流動性の不足に対しては、未液化残渣が多いことと同時に、液化した物が高分子化（架橋反応）していることが考えられた。特に、吐出後の過剰な液化物の蓄熱により、架橋反応が進行したためと考えられた。
【００２１】
以上の問題点に対し、発明者らは次のような対策を行った。滞留時間の増大により未液化残渣を少なくするために、Ｌ／Ｄを３９から４８へ長くすると同時に、スクリュの構成を滞留時間がより長くなる構成に変更した。また、吐出物の過剰蓄熱による架橋反応を防ぐために、反応、混錬、脱揮を行う二軸押出機に、押出機をタンデム型に接続し、その押出機で必要な程度に液化物の冷却を行うことにした。さらに、この反応は酸触媒の酸性下で進行することから、酸触媒を中和する物質を、反応、混練、脱揮を行う二軸押出機中の液状化反応後のバイオマス物質に供給して反応を停止することで過剰反応を防止することにした。この対策により、液化物中の未液化残渣は減少し、今までにない良好な結果を得ることができた。また、中和物質の供給および冷却用押出機の採用により、吐出物の架橋反応あるいは過剰反応が防止され、安定した品質が得ることができた。
【００２２】
冷却用押出機の冷却については、多価アルコール系あるいは環状エステル系では、液化物が常温でも液体状態を保持するため、冷水などにより常温まで冷却した。一方、フェノール系では、常温では固化するため、冷却用押出機を８０℃前後に温度コントロールを行って冷却した。特に、冷却の均一性を出す必要性がある場合は、温水を使用した冷却であるスクリュ温度調節が適用される。
【００２３】
以上の対策により、良好な品質のバイオマス物質を得ることができたが、得られたバイオマス物質中には未反応の過剰溶剤が含まれており、これを除去するための脱揮処理をバッチプロセスで行わなければならなかった。そこで、発明者らは、通常のプラスチックの押出成形において行われているように、反応停止後に脱揮工程を盛り込むことで、プロセスの更なる合理化を図ることにした。
【００２４】
反応停止後に脱揮を行うために、反応、混練、脱揮を行う二軸押出機に真空ベント口が設けられた。また、脱揮不足に備えるために、反応、混練、脱揮を行う二軸押出機にタンデム型に接続された冷却用押出機の接続口より上流側（いわゆるリアベント）と下流側にも真空ベント口を設けた。これにより、多くの未反応の過剰溶剤が除去され、後処理の脱揮作業が不要となった。
【００２５】
以上の対策により、本システムの装置構成も変更となった。すなわち、本システムは、バイオマス物質の反応、混練、脱揮用二軸押出機と、これにタンデム型に接続された脱揮、冷却用の単軸あるいは二軸押出機で構成される組み合わせ押出機となった。また、反応、混練、脱揮用二軸押出機のスクリュ構造は、供給された木粉（バイオマス物質）の安定輸送を行う搬送部、木粉中の水分除去を行う乾燥部、木粉と溶剤を酸触媒下で混練しかつ反応を行う反応・混練部、液状化したバイオマス物質の過剰反応を抑制するために酸触媒の中和剤を混合する反応停止部、反応停止後のバイオマス物質中に含まれる未反応の過剰溶剤を除去する脱揮部、液化物を搬送・押し出す押出部によって構成されるようになった。
【００２６】
以上の装置、方法の改善により、バイオマス物質の液化物の製造装置および方法が確立できた。本方法は、従来方法に比べて、二軸押出機の持つ強い混練・反応能力により未液化残渣を低レベルとすることができるだけでなく、より高いバイオマス物質比でも液状化可能になった。また、含有される水分の除去を二軸押出機中で行う、未反応の過剰溶剤の除去を本装置中で行うことにより、事前乾燥および脱揮作業が不要となり、大幅な設備の合理化も可能になった。さらに、反応、混練、脱揮用の二軸押出機へタンデム型に接続された単軸あるいは二軸押出機による強くかつ均質な冷却効果は、液化物の品質安定性を改善し、工業化にとって有効な手段となった。そして、以上の技術的事項から次に示す本発明の装置および方法が導かれる。
【００２７】
すなわち、請求項１の発明はバイオマス物質が供給される材料供給部と、
この材料供給部から供給されたバイオマス物質を粉砕しながら搬送する粉砕搬送部と、
この粉砕搬送部で粉砕されたバイオマス物質の液状化反応を促進させるための反応用薬剤を注入する反応用薬剤注入部と、
上記バイオマス物質と上記反応用薬剤とを混合し、混練して上記バイオマス物質の液状化反応を促進させる反応促進部と、
この反応促進部の下流側に配置され、液状化反応される上記バイオマス物質の反応を停止させる反応停止剤を注入する反応停止剤注入部と、
この反応停止剤注入部の下流側に配置され、未反応薬剤を除去する脱揮部とを備え、上記バイオマス物質の液化物を製造する第１の押出機と、
この第１の押出機から送り出される高温の上記バイオマス物質の液化物を冷却する冷却手段と、
この冷却手段で上記バイオマス物質の液化物を冷却しながら上記バイオマス物質の液化物の取出し口側に搬送する搬送手段とを備えた第２の押出機とを具備することを特徴とするバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項１の発明ではバイオマス物質の液化物の製造時には材料供給部から第１の押出機に供給されたバイオマス物質を粉砕搬送部で粉砕しながら搬送し、反応用薬剤注入部で反応用薬剤を注入したのち、反応促進部でバイオマス物質と反応用薬剤とを混合して混練してバイオマス物質の液状化反応を促進させる。その後、反応停止剤注入部で、反応停止剤を注入し、液状化反応されるバイオマス物質の反応を停止させることにより、バイオマス物質の過剰反応による高分子化を防止する。続いて、脱揮部で未反応薬剤を除去してバイオマス物質の液化物を製造した後、この第１の押出機から送り出される高温のバイオマス物質の液化物を第２の押出機に供給し、バイオマス物質の液化物を冷却しながらバイオマス物質の液化物の取出し口側に搬送するようにしたものである。
【００２８】
請求項２の発明は上記第１の押出機はシリンダの内部に２本のスクリュが回転自在に挿入された二軸押出機であることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項２の発明では第１の押出機である二軸押出機の駆動時にはシリンダの内部に挿入された２本のスクリュが回転駆動されてバイオマス物質が搬送されるようにしたものである。
【００２９】
請求項３の発明は上記第１の押出機は上記シリンダの温度を調整する温度調整手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項３の発明では第１の押出機の駆動時には温度調整手段によってシリンダの温度を調整することにより、シリンダの温度をバイオマス物質の炭化・劣化を防止する比較的低温状態に設定したり、バイオマス物質の反応、混練、脱揮を促進する比較的高温状態に設定できるようにしたものである。
【００３０】
請求項４の発明は上記第１の押出機はバイオマス物質中に含有される水分を除去するベント口が、上記材料供給部と上記反応用薬剤注入部との間に設けられ、上記ベント口の周囲に上記バイオマス物質の乾燥部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項４の発明では第１の押出機の駆動中、材料供給部と反応用薬剤注入部との間のベント口からバイオマス物質中に含有される水分を除去することにより、ベント口の周囲の乾燥部でバイオマス物質を乾燥させるようにしたものである。
【００３１】
請求項５の発明は上記第１の押出機は上記シリンダ内の２本のスクリュに上記粉砕搬送部と、上記乾燥部と、上記反応促進部と、上記反応停止剤注入部と上記脱揮部との間に配置される反応停止部と、上記脱揮部と、この脱揮部から押出される液状化された上記バイオマス物質の押出部とにそれぞれ配置されるスクリュが設けられていることを特徴とする請求項１、２、４のいずれかに記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項５の発明では第１の押出機の駆動中、シリンダ内の２本のスクリュの回転にともない粉砕搬送部と、乾燥部と、反応促進部と、反応停止剤注入部と脱揮部との間に配置される反応停止部と、脱揮部と、この脱揮部から押出される液状化されたバイオマス物質の押出部とにそれぞれ配置される各スクリュによってバイオマス物質をシリンダ内で円滑に順次搬送させるようにしたものである。
【００３２】
請求項６の発明は上記反応促進部は上記シリンダの内部の２本のスクリュに複数のニーディングディスクと複数のスクリュセグメントとを交互に配置して上記バイオマス物質の反応を調整する反応調整手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項６の発明では反応促進部のシリンダの内部の２本のスクリュに複数のニーディングディスクと複数のスクリュセグメントとを交互に配置することにより、バイオマス物質がニーディングディスクを通過する際にバイオマス物質の液状化反応が急速に進行することを防止してバイオマス物質の反応を好適な状態に調整するようにしたものである。
【００３３】
請求項７の発明は上記第１の押出機は上記粉砕搬送部の上記シリンダの設定温度が上記バイオマス物質の炭化・劣化を防止する１５０℃以下の低温状態に設定され、上記反応促進部および上記脱揮部の上記シリンダの設定温度が反応、混練、脱揮を促進する１６０℃〜１９０℃の高温状態に設定されていることを特徴とする請求項５に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項７の発明では第１の押出機の粉砕搬送部のシリンダの設定温度を１５０℃以下の低温状態に設定することにより、粉砕搬送部を通るバイオマス物質の炭化・劣化を防止するとともに、反応促進部および脱揮部のシリンダの設定温度を１６０℃〜１９０℃の高温状態に設定することにより、バイオマス物質の反応、混練、脱揮を促進するようにしたものである。
【００３４】
請求項８の発明は上記第２の押出機は加熱・冷却能力を持つシリンダの内部に１本のスクリュが回転自在に挿入された単軸押出機、あるいは加熱・冷却能力を持つシリンダの内部に２本のスクリュが回転自在に挿入された二軸押出機が上記第１の押出機に対してタンデム型に接続されたものであることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項８の発明では第１の押出機から送られるバイオマス物質の液化物を第２の押出機を構成する単軸押出機のシリンダの内部の１本のスクリュの回転、あるいは二軸押出機のシリンダの内部の２本のスクリュの回転により、バイオマス物質の液化物の取出し口側に円滑に搬送するようにしたものである。
【００３５】
請求項９の発明は上記第２の押出機は上記第１の押出機から送り出される上記バイオマス物質の液化物の押出物中から未反応薬剤を除去する第２の脱揮部が設けられていることを特徴とする請求項１または８に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項９の発明では第１の押出機から第２の押出機にバイオマス物質の液化物を送り出す際に、第２の押出機の第２の脱揮部によってバイオマス物質の液化物中から未反応薬剤を除去するようにしたものである。
【００３６】
請求項１０の発明は上記第２の押出機は上記バイオマス物質の液化物の用途に応じて、上記冷却手段によって上記バイオマス物質の液化物が過剰反応を防止する室温に冷却されていることを特徴とする請求項１または８に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項１０の発明ではバイオマス物質の液化物の用途に応じて、第２の押出機の冷却手段によってバイオマス物質の液化物が過剰反応を防止する室温に冷却されているようにしたものである。
【００３７】
請求項１１の発明は上記反応用薬剤注入部に注入される反応用薬剤はフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種の物質と酸触媒あるいはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項１１の発明ではフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種の物質と酸触媒あるいはそれらの混合物からなる反応用薬剤を反応用薬剤注入部に注入させるようにしたものである。
【００３８】
請求項１２の発明は上記反応停止剤注入部に注入される反応停止剤は上記酸触媒を中和する物質によって形成され、上記反応促進部の酸触媒下で進行する上記バイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応を停止し、架橋反応の過剰反応による高分子化を防止するものであることを特徴とする請求項１１に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項１２の発明では酸触媒を中和する物質によって形成された反応停止剤を反応停止剤注入部に注入させることにより、反応促進部の酸触媒下で進行するバイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応を停止し、架橋反応の過剰反応による高分子化を防止するようにしたものである。
【００３９】
請求項１３の発明は上記脱揮部で上記未反応薬剤を除去する手段は上記反応停止部で上記酸触媒を中和する物質により、上記バイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応が停止された後に、液状化されたバイオマス物質中に含まれる過剰薬剤をも吸引除去するベント口を備えていることによることを特徴とする請求項１２に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項１３の発明では反応停止部で酸触媒を中和する物質により、バイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応が停止された後に、液状化されたバイオマス物質中に含まれる未反応の過剰溶剤を脱揮部のベント口で未反応薬剤を吸引除去するようにしたものである。
【００４０】
請求項１４の発明はバイオマス物質の液化物を製造する第１の押出機にバイオマス物質を供給するバイオマス物質供給工程と、
上記材料供給部から供給されたバイオマス物質を粉砕しながら搬送する粉砕搬送工程と、
この粉砕搬送工程で粉砕されたバイオマス物質に液状化反応を促進させるための反応用薬剤を注入する反応用薬剤注入工程と、
上記バイオマス物質と上記反応用薬剤とを混合し、混練して上記バイオマス物質の液状化反応を促進させる反応促進工程と、
この反応促進工程で液状化反応されたのち、上記バイオマス物質の液状化反応を停止させる反応停止剤を注入する反応停止剤注入工程と、
この反応停止剤注入工程で注入された反応停止剤によって液状化反応が停止された上記バイオマス物質から未反応薬剤を除去する脱揮工程と、
上記第１の押出機で製造された高温の上記バイオマス物質の液化物を上記第１の押出機とタンデムに接続された第２の押出機に供給するバイオマス物質の液化物供給工程と、
上記第２の押出機に供給された上記バイオマス物質の液化物を冷却しながら上記バイオマス物質の液化物の取出し口側に搬送する搬送工程と
を具備することを特徴とするバイオマス物質液化物の製造方法である。
そして、本請求項１４の発明ではバイオマス物質の液化物の製造時には第１の押出機に供給されたバイオマス物質を粉砕搬送工程で粉砕しながら搬送し、反応用薬剤注入工程で反応用薬剤を注入するとともに、反応促進工程でバイオマス物質と反応用薬剤とを混合し、混練してバイオマス物質の液状化反応を促進させたのち、反応停止剤注入工程で、反応停止剤を注入することにより、液状化反応されるバイオマス物質の反応を停止させる。これにより、バイオマス物質の過剰反応による高分子化を防止する。その後、脱揮工程で未反応薬剤を除去してバイオマス物質の液化物を製造した後、この第１の押出機から送り出される高温のバイオマス物質の液化物を第２の押出機に供給し、バイオマス物質の液化物を冷却しながらバイオマス物質の液化物の取出し口側に搬送するようにしたものである。
【００４１】
請求項１５の発明は上記第１の押出機での上記粉砕搬送工程は上記バイオマス物質の温度が上記バイオマス物質の炭化・劣化を防止する１５０℃以下の低温状態に設定され、
上記反応促進工程および上記脱揮工程での上記バイオマス物質の温度が反応、混練、脱揮を促進する１６０℃〜１９０℃の高温状態に設定されていることを特徴とする請求項１４に記載のバイオマス物質液化物の製造方法である。
そして、本請求項１５の発明では第１の押出機の粉砕搬送工程のシリンダの設定温度を比較的低温状態に設定することにより、粉砕搬送工程におけるバイオマス物質の炭化・劣化を防止するとともに、反応促進工程および脱揮工程のシリンダの設定温度を比較的高温状態に設定することにより、バイオマス物質の反応、混練、脱揮を促進するようにしたものである。
【００４２】
請求項１６の発明は上記反応用薬剤注入工程で注入される反応用薬剤はフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種の物質と酸触媒あるいはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１４に記載のバイオマス物質液化物の製造方法である。
そして、本請求項１６の発明ではフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種の物質と酸触媒あるいはそれらの混合物からなる反応用薬剤を反応用薬剤注入工程で注入させるようにしたものである。
【００４３】
請求項１７の発明は上記反応停止剤注入工程は上記反応促進工程の酸触媒下で進行する上記バイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応を、上記酸触媒を中和する物質によって形成される反応停止剤を注入して停止し、架橋反応等の過剰反応による高分子化を防止する工程であることを特徴とする請求項１６に記載のバイオマス物質液化物の製造方法である。
そして、本請求項１７の発明では反応促進工程の酸触媒下で進行するバイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応を、反応停止剤注入工程で、酸触媒を中和する物質によって形成される反応停止剤を注入して停止し、架橋反応等の過剰反応による高分子化を防止するようにしたものである。
【００４４】
請求項１８の発明は上記第２の押出機での上記搬送工程は上記第１の押出機から送り出される上記バイオマス物質の液化物の押出物中から未反応薬剤を除去する第２の脱揮工程を具備することを特徴とする請求項１４に記載のバイオマス物質液化物の製造方法である。
そして、本請求項１８の発明では第１の押出機から第２の押出機にバイオマス物質の液化物の押出物を送り出す際に、第２の押出機の第２の脱揮工程によってバイオマス物質の液化物の押出物中から未反応薬剤を除去するようにしたものである。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１および図２を参照して説明する。図１は本実施の形態の多糖類等のバイオマス物質液化物の製造装置全体の概略構成を示すものである。本実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置にはバイオマス物質、例えば木粉などのリグノセルロース物質を供給する材料供給フィーダ（材料供給部）１と、該材料の反応、混練、脱揮を行い、バイオマス物質の液化物を製造する第１の押出機２と、この第１の押出機２に対してタンデム型に接続され、最終的に必要な温度に冷却されたバイオマス物質の液化物を取出し口である吐出ノズル３側に吐出する脱揮、冷却用の第２の押出機４とが設けられている。ここで、材料供給フィーダ１としては、通常のプラスチック成形に用いられる容量式のスクリュフィーダ等が使用される。ただし、木粉等では、フィーダ１のホッパ部でブリッジ現象が発生する可能性があるため、ブリッジ防止のアジテータ等を付加する方が良い。さらに、最終用途によって、液化物の高精度で安定した物性が要求される場合は、重量式の原料供給フィーダを使用する方が良い。
【００４６】
また、第１の押出機２には溶媒および酸触媒の注入を行う液体注入装置５と、酸触媒を中和する物質の供給を行う反応停止装置６と、未反応の過剰溶剤を真空吸引する真空ベント装置７とが連結されている。なお、第１の押出機２と第２の押出機４との間はジャンクション部８を介して連結されている。
【００４７】
また、本実施の形態の第１の押出機２は二軸押出機で構成されている。図２は本実施の形態の第１の押出機２の概略構成を示すものである。この第１の押出機２にはシリンダ１０の内部に２本のスクリュ１１が回転自在に挿入されている。ここで、２本のスクリュ１１は減速機１２を介してモータ１３に連結されている。そして、このモータ１３により減速機１２を介して２本のスクリュ１１が回転駆動されるようになっている。
【００４８】
また、シリンダ１０には減速機１２との連結端部側（図２中で右側）から順にバイオマス物質が供給される原料供給口（材料供給部）１４と、バイオマス物質中に含有される水分を放出するベント口１５と、溶剤や酸触媒を液体注入する液体注入口１６と、酸触媒を中和する物質を供給する停止剤供給口１７と、未反応の過剰溶剤を放出する真空ベント口１８とがそれぞれ設けられている。
【００４９】
さらに、スクリュ１１には、バイオマス物質を搬送しながら予熱を行う搬送部１９と、バイオマス物質中に含まれる水分を蒸発分離し、ベント口１５から放出する乾燥部２０と、バイオマス物質と溶剤とを酸触媒下で反応、混練を行う反応・混練部２１と、液化したバイオマス物質の反応を停止するために酸触媒を中和する物質を混合する反応停止部２２と、反応停止後の液化したバイオマス物質に含まれる未反応の過剰溶剤を除去する脱揮部２３と、液状化したバイオマス物質を押出す押出部２４とがそれぞれ設けられている。
【００５０】
ここで、スクリュ１１の搬送部１９はフルフライト形状のスクリュエレメント１９ａによって構成され、シリンダ１０の原料供給口１４と対応する位置に配置されている。
【００５１】
また、スクリュ１１の乾燥部２０はシリンダ１０の原料供給口１４とベント口１５との間に配置されている。そして、このスクリュ１１の乾燥部２０はフルフライト形状のスクリュエレメント２０ａと混練用のニーディングブレードを複数個連続して取付けたニーディングディスク２０ｂとによって構成されている。なお、スクリュ１１の乾燥部２０は、基本的にはフルフライト形状のスクリュエレメント２０ａによって構成されるが、含水分の蒸発分離を促進し、バイオマス物質を微粉砕して後工程での反応、混練を促進するために、本実施の形態のように混練用のニーディングディスク２０ｂを組合わせて用いてもよい。
【００５２】
そして、スクリュ１１の搬送部１９と乾燥部２０とによって材料供給フィーダ１から供給されたバイオマス物質を粉砕しながら搬送する粉砕搬送部２５が構成されている。
【００５３】
さらに、シリンダ１０には原料供給口１４とベント口１５との間に例えば電気式ヒータあるいは熱媒等の加熱装置２６が取付けられている。そして、シリンダ１０内のバイオマス物質は、乾燥部２０において、シリンダ１０に取付けられた加熱装置２６により加熱され、含水分を蒸発分離し、分離された水分がベント口１５から水蒸気として放出されるようになっている。
【００５４】
また、シリンダ１０の液体注入口１６には液体注入装置５の液体注入部（反応用薬剤注入部）２７が連結されている。ここで、液体注入装置５には粉砕搬送部２５で粉砕されたバイオマス物質の液状化反応を促進させるための反応用薬剤である溶剤用のタンク２８と、酸触媒用のタンク２９とが設けられている。さらに、溶剤用のタンク２８には溶剤移送配管３０の一端部が連結されている。この溶剤移送配管３０の中途部には溶剤用の注入ポンプ３１が介設されている。なお、溶剤移送配管３０の他端部は液体注入部２７に取付けられる溶剤用の注入弁３２に連結されている。
【００５５】
また、酸触媒用のタンク２９には酸触媒移送配管３３の一端部が連結されている。この酸触媒移送配管３３の中途部には酸触媒用の注入ポンプ３４が介設されている。さらに、酸触媒移送配管３３の他端部は液体注入部２７に取付けられる酸触媒用の注入弁３５に連結されている。
【００５６】
そして、注入ポンプ３１の駆動にともない溶剤用のタンク２８内に収容されている溶剤が溶剤移送配管３０を通して圧送され、注入弁３２を経由して液体注入部２７に圧入されるとともに、同様に注入ポンプ３４の駆動にともない酸触媒用のタンク２９内に収容されている酸触媒が酸触媒移送配管３３を通して圧送され、注入弁３５を経由して液体注入部２７に圧入されてバイオマス物質の液状化反応を促進させるようになっている。
【００５７】
なお、注入ポンプ３１、３４としては、反応度合いの変動を極小化するため、そして押出特性の安定化を図るために定量性の良いポンプを使う方が良い。また、液体注入装置５としては酸触媒と溶剤とを液体混合装置などでブレンドし、混合液として一台の注入装置で供給してもよい。さらに、融点が常温以上の溶剤に対しては、注入装置５全体を加熱して第１の押出機２に供給するようになっている。
【００５８】
また、スクリュ１１の反応・混練部２１はシリンダ１０のベント口１５と停止剤供給口１７との間に配置されている。そして、この反応・混練部２１の上流側の部分には、ニーディングディスク部２１ａが設けられている。ここで、ニーディングディスク部２１ａの上流部分にはバイオマス物質の更なる微粉砕を行い、かつシリンダ１０の液体注入口１６から注入された溶剤および酸触媒の原料供給口１４への逆流を防止するために、スクリュ溝内部の原料充満率が高くなるようにニーディングブレードを複数個連続して取付けた第１のニーディングディスク２１ａ1 が配設されている。
【００５９】
さらに、このニーディングディスク部２１ａの下流部分にはスクリュ溝内部の原料充満率が低くなるようにニーディングブレードを複数個連続して取付けた第２のニーディングディスク２１ａ2 が配設されている。この第２のニーディングディスク２１ａ2 の部分は、シリンダ１０の液体注入口１６と対応する位置に配置されている。そして、溶剤注入ポンプ３１および酸触媒注入ポンプ３４から、溶剤移送配管３０および酸触媒移送配管３３、さらに溶剤用注入弁３２および酸触媒用注入弁３５を経由して圧送されてきた溶剤および酸触媒がこの第２のニーディングディスク２１ａ2 の部分に注入されるようになっている。
【００６０】
また、反応・混練部２１におけるニーディングディスク部２１ａよりも下流側の部分にはニーディングブレードを複数個連続して取付けたニーディングディスク２１ｂとフルフライトスクリュ２１ｃとを交互に配置してバイオマス物質の反応を調整する反応調整手段３６が設けられている。ただし、反応・混練部２１のスクリュをニーディングディスクや、逆ネジレのフルフライトスクリュのみで構成した場合には液化されたバイオマス物質の一部がニーディングディスクや、逆ネジレのフルフライトスクリュからの強いせん断作用等により温度上昇を起こし、過剰な架橋反応を引き起こす可能性がある。そのため、本実施の形態では搬送能力は強いが混練能力が低いいくつかのフルフライトスクリュによっていくつかのニーディングディスクに分割することにより、バイオマス物質を緩やかに、あるいはステップ的に液化させるようになっている。
【００６１】
そして、この反応・混練部２１によってバイオマス物質と反応用薬剤とを混合し、混練してバイオマス物質の液状化反応を促進させる反応促進部３７が形成されている。
【００６２】
また、シリンダ１０の停止剤供給口１７には反応停止装置６の液体中和剤注入部（反応停止剤注入部）３８が連結されている。ここで、反応停止装置６には液状化反応されるバイオマス物質の反応を停止させる反応停止剤である液体中和剤、すなわち酸触媒の中和液のタンク３９が設けられている。このタンク３９には反応停止剤移送配管４０の一端部が連結されている。この反応停止剤移送配管４０の中途部には反応停止剤用の注入ポンプ４１が介設されている。さらに、反応停止剤移送配管４０の他端部は液体中和剤注入部３８に取付けられる反応停止剤用の注入弁４２に連結されている。そして、注入ポンプ４１の駆動時にはタンク３９内の液体中和剤が反応停止剤移送配管４０を通して圧送され、注入弁４２を経由してシリンダ１０の停止剤供給口１７に圧入されるようになっている。この中和液は、液化されたバイオマス物質と混合され、酸触媒を中和してバイオマス物質の液化反応を停止するようになっている。
【００６３】
なお、本実施の形態では、反応停止剤として液体を使用しているが、固体の反応停止剤を使用することも可能である。その場合は、二軸スクリュ式のサイドフィーダ等を用いて、第１の押出機２に強制押し込みにより供給することになる。
【００６４】
また、スクリュ１１の反応停止部２２はシリンダ１０の停止剤供給口１７と真空ベント口１８との間に配置されている。この反応停止部２２を構成するスクリュには混合のみを行うニーディングディスク４３、あるいは切り欠きスクリュ等が使用される。
【００６５】
また、シリンダ１０の真空ベント口１８には真空ベント装置７のベントポート４４が取付けられている。このベントポート４４には真空配管４５の一端部が連結されている。この真空配管４５の他端部は脱揮物を凝縮させるコンデンサー４６を経て真空ポンプ４７に連結されている。そして、この真空ポンプ４７の駆動にともないベントポート４４に真空状態が形成され、この真空により、液化されたバイオマス物質中の未反応の過剰溶剤が除去されるようになっている。
【００６６】
また、シリンダ１０の真空ベント口１８に配置されている脱揮部２３を構成するスクリュは、反応停止部２２と隣り合う部分に、樹脂シールを行い、かつ脱揮作用による中和液の吸引を防ぐ逆ネジレのスクリュ、あるいはニーディングディスク等が配置され、その他の部分にはフルフライトスクリュ４８が配置されている。
【００６７】
さらに、スクリュ１１の押出部２４は、バイオマス物質の液化物の架橋反応を防ぐため、搬送のみを行うフルフライトスクリュ４９等によって構成される。
【００６８】
また、第１の押出機２と第２の押出機４との間のジャンクション部８は第１の押出機２の端末部に取付けられるアダプタ部５０と、液化したバイオマス物質が流れる単管部５１と、第２の押出機４に取付けられたフィードブロック部５２とから構成されている。
【００６９】
なお、本実施の形態ではジャンクション部８は、第１の押出機２と第２の押出機４との間を密閉系で接続しているが、ジャンクション部８を取外し、第１の押出機２の吐出口から第２の押出機４の接続口へ直接流し込むことも可能である。
【００７０】
また、第２の押出機４は加熱・冷却能力を持つシリンダ５３の内部に１本のスクリュ（搬送手段）５４が回転自在に挿入された単軸押出機、あるいは加熱・冷却能力を持つシリンダ５３の内部に２本のスクリュ５４が回転自在に挿入された二軸押出機で構成されている。ここで、シリンダ５３内のスクリュ５４は減速機５５を介してモータ５６に連結されている。そして、このモータ５６により減速機５５を介してスクリュ５４が回転駆動されるようになっている。
【００７１】
また、第２の押出機４にはスクリュ５４の冷却、あるいは温度調節を行うために冷媒、あるいは熱媒をスクリュ５４の内部に流し込むためのスクリュ冷却継手部（冷却手段）５７と、シリンダ５３を冷却、あるいは温度調節を行うためのジャケット部（冷却手段）５８と、未反応の過剰溶剤を除去する真空リアベント部５９と、同じく未反応の過剰溶剤を除去する真空ベント部６０とがそれぞれ設けられている。ここで、ジャケット部５８については、冷却水の通水パイプを内部に持つパイプ鋳込みヒータを使い、冷却と温度調節の両方を行うことが可能である。
【００７２】
さらに、スクリュ５４は、冷却効果を最大限発揮させるため、せん断作用による発熱を防ぐため、圧縮部あるいは混練部を持たないフルフライトスクリュが使用される。
【００７３】
また、真空リアベント部５９はジャンクション部８との接続口の上流側に配置され、真空ベント部６０はジャンクション部８との接続口の下流側に配置されている。さらに、真空リアベント部５９および真空ベント部６０には第１の押出機２の真空ベント装置７と同様の構成の真空ベント装置６１が連結されている。すなわち、この真空ベント装置６１には真空リアベント部５９および真空ベント部６０にそれぞれ連結される真空配管６２と、脱揮物を凝縮させるコンデンサー６３と、真空ポンプ６４とが設けられている。そして、真空ポンプ６４の駆動にともない真空リアベント部５９および真空ベント部６０にそれぞれ真空状態が形成され、この真空により、第２の押出機４のシリンダ５３内を流れる液化されたバイオマス物質中の未反応の過剰溶剤が除去されるようになっている。これにより、反応、混練、脱揮用の第１の押出機２での脱揮不足に備えるようになっている。
【００７４】
なお、本発明において、取り扱い可能な材料は次の通りである。すなわち、バイオマス物質は、何らかの技術により人間が有効に利用できるエネルギや、有機原料に変換可能な生命体を基にした有機物質全てを指す。本発明において、対象となるバイオマス物質は特に限定されるものではないが、例えば、リグノセルロース物質、食品、糖類物質、あるいは食品、糖類物質の製造過程で不要となる物質等が挙げられる。
【００７５】
リグノセルロース物質は、リグニン、セルロースおよびへミセルロースを三大主成分とするものである。代表的な物質として、例えば、木粉、木材繊維、木材チップ、単板クズなどの木材を粉砕した物、藁、もみ殻などの植物繊維素、グランドパルプ、サーモメカニカルパルプ、古紙などの紙・パルプ類等が挙げられる。上記木材の種類としては、特に限定されず、例えばマカンバ、シトカスプルース、スギ、アカマツ、ポプラ、ラワン、ヒノキ等が挙げられる。
【００７６】
食品としては、米、小麦、トウモロコシ等の穀類やジャガイモ、サツマイモ等の芋類が挙げられる。糖類物質としては、澱粉等の多糖類物質、あるいは砂糖、バガス等が挙げられる。さらに、これら糖類物質や食品を製造する際に不要物として処理される漉し殻（コーヒーやビール等）、外皮などが挙げられる。
【００７７】
また、使用するバイオマス物質の粒度も特に限定はされないが、生産性を考慮すると粒度の小さいものを用いるのが好ましい。
【００７８】
さらに、バイオマス物質は、酸触媒の存在下に、フェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質（溶剤）と反応することにより、液化される。
【００７９】
上記フェノール類としては、特に限定されるものではないが、例えばフェノール、クレゾール、キシレノール、レゾシノール、アクリルレゾシノール、ビスフェノールＡ等が挙げられる。中でも、バイオマス物質との反応性が高いフェノール、ビスフェノールＡが好適に用いられる。
【００８０】
また、多価アルコール類としては、特に限定されるものではないが、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ぺンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，２−ヘキサンジオール、２，４−ヘキサンジオール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、ピナコール、シクロペンタン−１，２−ジオール、シクロヘキサン−１，４−ジオール、ポリエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレングリコール等の二価アルコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリエタノールアミン、１，２，６−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、メチルグルコシド、ソルビドール、マンニトール、スークロース等、あるいはこれらを出発物質とするポリカプロラクトンを一部に含むポリエーテルポリオール等の三官能以上の多価アルコール等が挙げられる。これらの中でも、安価で工業的に入手し易いグリセリンとポリエチレングリコールの混液などが好適に用いられる。
【００８１】
環状エステル類としては、特に限定されるものではないが、開環反応して重合し得る物が好適であり、例えばプロピオラクトン、β−ブチロラクトン、α，α‘−ビスクロロメチルプロピオラクトン、α，α’−ジメチル−β−プロピオラクトン、δ−バレロラクトン、１，４−ジオキサン−２−オン、グリコリド、トリメチルカーボネート、ネオペンチルカーボネート、エチレンオキサレート、プロピオンオキサレート、ε−カプロラクトン、α−メチル−ε−カプロラクトン、β−メチル−ε−カプロラクトン、γ−メチル−ε−カプロラクトン、４−メチル−７−イソプロピル−ε−カプロラクトン、３，３，５−トリメチル−ε−カプロラクトン、シス−ジサリシリド、トリサリシリド等が挙げられる。これらの中でも、安価で工業的に入手しやすくバイオマス物質を液化させ易いε−カプロラクトンが好適に用いられる。
【００８２】
さらに、酸触媒としては、特に限定されず、例えば無機酸、有機酸、ルイス酸等が挙げられ、具体的には硫酸、塩酸、トルエンスルホン酸、フェノールスルホン酸、塩化アルミニウム、塩化亜鉛、３フッ化ホウ素等が好適に用いられる。
【００８３】
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置の使用時には容量式、あるいは重量式の材料供給フィーダ１によってバイオマス物質、例えば水分を含有する木粉等のリグノセルロース物質が、反応、混練、脱揮用の第１の押出機２の原料供給口１４からシリンダ１０の内部に投入される（バイオマス物質供給工程）。
【００８４】
投入されたバイオマス物質は、シリンダ１０内のフルフライト形状のスクリュエレメント１９ａによって構成されるスクリュ１１の搬送部１９により前方に輸送され、乾燥部２０に到達する。
【００８５】
さらに、乾燥部２０において、バイオマス物質は、混練用のニーディングディスク２０ｂおよびフルフライト形状のスクリュエレメント２０ａによって順次前方に輸送される。このとき、バイオマス物質は、シリンダ１０に取付けられた電気式ヒータ、あるいは熱媒等の加熱装置２６により加熱される。これにより、バイオマス物質の含水分が蒸発分離し、分離された水分がベント口１５から水蒸気としてシリンダ１０の外部に放出される。
【００８６】
さらに、乾燥部２０を通るバイオマス物質はニーディングディスク２０ｂによって微粉砕されて含水分の蒸発分離が促進されるとともに、後工程に搬送される（粉砕搬送工程）。
【００８７】
また、乾燥部２０を通過したバイオマス物質は、反応・混練部２１に到達する。このとき、反応・混練部２１に流入されたバイオマス物質はニーディングディスク部２１ａにおける上流部分の第１のニーディングディスク２１ａ1 を経て第２のニーディングディスク２１ａ2 側に搬送される。ここで、第１のニーディングディスク２１ａ1 はスクリュ溝内部の原料充満率が高く、第２のニーディングディスク２１ａ2 はスクリュ溝内部の原料充満率が低くなるように設定されているので、バイオマス物質が第１のニーディングディスク２１ａ1 を通る際に更に微粉砕される。
【００８８】
さらに、第１の押出機２の運転中、液体注入装置５からシリンダ１０の液体注入口１６に溶剤および酸触媒が供給される（反応用薬剤注入工程）。このとき、溶剤および酸触媒は第２のニーディングディスク２１ａ2 の部分に注入される。
【００８９】
そして、注入された溶剤および酸触媒とバイオマス物質とは、第２のニーディングディスク２１ａ2 の部分で混練される。このとき、液体注入された溶剤および酸触媒が原料供給口１４側へ逆流することが、スクリュ溝内部の原料充満率が高くなる第１のニーディングディスク２１ａ1 によって防止される。
【００９０】
また、第２のニーディングディスク２１ａ2 の部分で混練された溶剤および酸触媒とバイオマス物質との混合物は続いてスクリュ溝内部の原料充填率が低くなるニーディングディスク部２１ａの下流側に押出される。そして、混練された溶剤および酸触媒とバイオマス物質との混合物は続いて、反応・混練部２１の下流側部分の複数のニーディングディスク２１ｂとフルフライトスクリュ２１ｃとを交互に並べた反応調整手段３６でさらに混練される（反応促進工程）。
【００９１】
このとき、反応・混練部２１のスクリュをニーディングディスクや、逆ネジレのフルフライトスクリュのみで構成される一つの長大な物とすると、液化されたバイオマス物質の一部がニーディングディスクからの強いせん断作用等により温度上昇を起こし、過剰な架橋反応を引き起こす可能性がある。そのため、本実施の形態では反応・混練部２１のスクリュは、搬送能力は強いが混練能力が低いフルフライトスクリュによっていくつかに分割され、そしてバイオマス物質は反応調整手段３６の複数のニーディングディスク２１ｂとフルフライトスクリュ２１ｃとによって緩やかに徐々に、あるいはステップ的に液化される。
【００９２】
また、反応・混練部２１において液化されたバイオマス物質は、反応停止部２２に送り込まれる。ここには、反応停止剤用の注入ポンプ４１から反応停止剤移送配管４０、そして反応、混練、脱揮用の第１の押出機２の停止剤供給口１７に取り付けられた反応停止剤用の注入弁４２を経由して圧送されてきた酸触媒の中和液が圧入される（反応停止剤注入工程）。
【００９３】
この中和液は、液化されたバイオマス物質と混合され、酸性条件を中和してバイオマス物質の液化反応を停止する。また、中和液により反応が停止された液化バイオマス物質中には、未反応の過剰溶剤が含まれている。これらの過剰溶剤は、反応停止部２２の次に設けられた脱揮部２３によって除去される（脱揮工程）。
【００９４】
この脱揮部２３においては、反応、混練、脱揮を行う第１の押出機２の真空ベント口１８に取り付けられたベントポート４４に、真空配管４５とコンデンサー４６を経由して接続された真空ポンプ４７により、真空状態が形成される。この真空により、液化されたバイオマス物質中の未反応の過剰溶剤が除去される。
【００９５】
また、脱揮部２３では反応停止部２２と隣り合う部分に配置された樹脂シールおよび逆ネジレのスクリュ、あるいはニーディングディスク等で、第１の押出機２の真空ベント口１８に脱揮作用による中和液の吸引を防ぐ。さらに、脱揮部２３のフルフライトスクリュ４８を通過したバイオマス物質の液化物は、押出部２４のフルフライトスクリュ４９によって均質化されながら、ジャンクション部８へ搬送される。
【００９６】
また、反応、混練、脱揮用の第１の押出機２で液化されたバイオマス物質は、ジャンクション部８を経由して、脱揮、冷却用の単軸あるいは二軸押出機からなる第２の押出機４に送り込まれる（バイオマス物質の液化物供給工程）。
【００９７】
なお、本実施の形態ではジャンクション部８は、第１の押出機２と第２の押出機４との間を密閉系で接続しているが、ジャンクション部８を取外し、第１の押出機２の吐出口から第２の押出機４の接続口へ直接流し込むことも可能である。
【００９８】
そして、第２の押出機４に送り込まれたバイオマス物質の液化物は、シリンダ５３内のスクリュ５４によって脱揮、冷却用の第２の押出機４の先端のノズル３に向かって搬送される（搬送工程）。
【００９９】
このとき、第２の押出機４ではジャケット部５８に冷却水、あるいは熱媒を流してシリンダ５３の冷却、あるいは温度調節が行われる。さらに、スクリュ冷却継手部５７からスクリュ５４に導入される冷却水、あるいは熱媒によってスクリュ５４が冷却、あるいは温度調節される。そのため、第２の押出機４によるバイオマス物質の液化物の搬送中、第２の押出機４のシリンダ５３内を搬送されるバイオマス物質の液化物はシリンダ５３およびスクリュ５４を介して原料特性に応じた温度まで冷却および均質化される。
【０１００】
また、第２の押出機４によるバイオマス物質の液化物の搬送中、真空ポンプ６４の駆動にともない真空リアベント部５９および真空ベント部６０にそれぞれ真空状態が形成される。そして、この真空により、第２の押出機４のシリンダ５３内を流れる液化されたバイオマス物質中の未反応の過剰溶剤が除去される。この場合、シリンダ５３の設定温度は、真空リアベント部５９および真空ベント部６０では脱揮効果を促進するために比較的高温に設定され、それ以降の部分ではバイオマス物質の原料特性に応じた必要温度まで冷却するために比較的低温に設定される。
【０１０１】
また、脱揮、冷却用の第２の押出機４により必要な温度まで冷却されたバイオマス物質の液化物は、脱揮、冷却用の第２の押出機４の先端に取り付けられたノズル３から、最終的な液化物として吐出される。
【０１０２】
次に、本実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置の実験機（図３参照）および比較用の実験機（図４参照）を用いて行った第１の実験の結果を、次に示す実施例（１−１）〜（１−６）および比較例（１−１）〜（１−４）を用いて説明する。
【０１０３】
ここで、用いたバイオマス物質は、含水率約２０％のオガクズ（マツ）である。溶剤としては、多価アルコール系のポリエチレングリコールとグリセリンを７０：３０の比で混合した物を使用した。さらに、酸触媒は硫酸を使用し、ポリエチレングリコールとグリセリンの混合液に約３％（３重量部）添加した。すなわち、溶剤と酸触媒の混合液として、第１の押出機２に注入した。反応停止剤としては、水酸化マグネシウム水溶液を使用した。なお、この実験結果は次の表１および表２に示す通りである。ここで、バイオマス物質の液化物における未液化残渣率は
未液化残渣率（％）＝残渣重量（ｇ）／仕込み木粉重量（ｇ）×１００
である。
【０１０４】
【表１】
【０１０５】
【表２】
【０１０６】
（実施例１−１）：
図３は、本実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置の実験機全体の概略構成を示すものである。ここでは、反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１として、東芝機械製の同方向回転二軸押出機（形格：ＴＥＭ−３７ＢＳ）を、また脱揮、冷却用の第２の押出機１０２として東芝機械製の同方向回転軸押出機（形格：ＴＥＭ−３７Ｂ）をそれぞれ使用し、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２を反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１にタンデム型に接続した。ただし、第１の押出機１０１のジャンクション部１０３から第２の押出機１０２の接続口１１１へ直接流し込む開放系とした。さらに、スクリュ口径は、どちらの機械も３７ｍｍである。
【０１０７】
また、木粉用の材料供給フィーダ１０４には容量式の単軸スクリュフィーダを使用し、溶剤と酸触媒の混合液および反応停止剤の中和液の注入には二連式のプランジャポンプ１０５を使用した。なお、図３中で、１２１は溶剤と酸触媒の混合液の注入装置、１２２は反応停止剤の中和液の注入装置である。
【０１０８】
さらに、反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１は、Ｌ／Ｄ＝４８、シリンダ温度調節は７ゾーンで加熱・冷却制御である。また、シリンダには、基部からジャンクション部１０３に向かって原料供給口１０６、ベント口１０７、液体注入口１０８、停止剤供給口１０９、真空ベント口１１０が設けられている。この真空ベント口１１０には真空ポンプ１２３と、コンデンサ１２４とを備えた第１の脱揮装置１２５が連結されている。
【０１０９】
ここで、ベント口１０７には、木粉の舞い上がり、あるいは盛り上がりを押さえるベントブロックが取り付けられ、真空引きは行わず、大気開放とした。さらに、液体注入口１０８および反応停止剤供給口１０９には、液体注入弁が取り付けられている。ただし、本実施例１の液体は常温で液体であるため、加熱は行わず、常温で注入した。スクリュは、搬送部、乾燥部、反応・混練部、反応停止部、脱揮部、押出部から構成されるものを使用した。
【０１１０】
また、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２は、Ｌ／Ｄ＝３２、シリンダは加熱・冷却が可能であり、シリンダ基部には、ジャンクション部１０３との接続口１１１が設けられている。さらに、ジャンクション部１０３との接続口１１１の前後には、真空リアベント口１１２と真空ベント口１１３が設けられている。そして、真空リアベント口１１２および真空ベント口１１３には真空ポンプ１２６と、コンデンサ１２７とを備えた第２の脱揮装置１２８が連結されている。
【０１１１】
なお、第２の押出機１０２のシリンダを冷却、或いは温度調節を行うための図示しないジャケット部の内部に冷却水を通水して接続口１１１に流れ込んだ液化物を冷却するようにした。
【０１１２】
また、スクリュは、全てフルフライトスクリュから構成されるものを使用し、スクリュ冷却は実施しなかった。スクリュ回転数は、３０ｒｐｍで固定とした。さらに、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２の先端には、内径約１０ｍｍのノズル１１４を取り付け、そこから液化された木粉が吐出された。
【０１１３】
また、反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１の反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１７０℃に設定し、木粉３．５ｋｇ／Ｈを原料供給口１０６へ、溶剤と酸触媒６．０ｋｇ／Ｈを液体注入口１０８に供給し、木粉比約３３％の液化物を作成した。
【０１１４】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２の先端に取り付けられたノズル１１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観の良好な液体状態で吐出された。さらに、吐出された液化物の未液化残渣率は約１４％と従来より良好であり、その他の物性も良好であった。
【０１１５】
（実施例１−２）：
実施例１−１と全く同様の装置、シリンダ設定温度を用い、木粉３．０ｋｇ／Ｈを原料供給口１０６へ、溶剤と酸触媒の混合液３．８ｋｇ／Ｈを液体注入口１０８に供給し、木粉比約４０％の液化物を作成した。
【０１１６】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１の出口における液化物の温度は約１６０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２の先端に取り付けられたノズル１１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観の良好な液体状態で吐出された。さらに、吐出された液化物の未液化残渣率は約７％と極めて理想的であり、その他の物性も良好であった。
【０１１７】
（実施例１−３）：
実施例１−１と全く同様の装置を用い、木粉３．０ｋｇ／Ｈを原料供給口１０６へ、溶剤と酸触媒の混合液３．８ｋｇ／Ｈを液体注入口１０８に供給し、木粉比約４０％の液化物を作成した。ただし、反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１８０℃に変更した。
【０１１８】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２の先端に取り付けられたノズル１１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観の良好な液体状態で吐出された。さらに、吐出された液化物の未液化残渣率は約７％と極めて良好であったが、その他の物性が許容範囲内ではあるが若干低下した。
【０１１９】
（実施例１−４）：
実施例１−１と全く同様の装置を用い、木粉３．０ｋｇ／Ｈを原料供給口１０６へ、溶剤と酸触媒の混合液３．８ｋｇ／Ｈを液体注入口１０８に供給し、木粉比約４０％の液化物を作成した。ただし、反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度をさらに１９０℃に変更した。
【０１２０】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１の出口における吐出物は、ゲル化していた。その後、反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１のトルクが次第に上昇し、トルクオーバで停止した。この原因は、シリンダ設定温度が高すぎたために、シリンダ内部で過剰に液化物の架橋反応が進行し、液化物が高分子化したためと推測された。
【０１２１】
（実施例１−５）：
実施例１−１と全く同様の装置、シリンダ設定温度を用い、木粉３．３ｋｇ／Ｈを原料供給口１０６へ、溶剤と酸触媒の混合液２．８ｋｇ／Ｈを液体注入口１０８に供給し、木粉比約５０％の液化物を作成した。
【０１２２】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２の先端に取り付けられたノズル１１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観は硬い液体状態、すなわち若干流動性が劣る状態で吐出された。ここで、吐出された液化物の未液化残渣率は約１９％と従来よりは良好であり、その他の物性も良好であった。
【０１２３】
（実施例１−６）：
実施例１−１と全く同様の装置を用い、木粉３．３ｋｇ／Ｈを原料供給口１０６へ、溶剤と酸触媒の混合液２．８ｋｇ／Ｈを液体注入口１０８に供給し、木粉比約５０％の液化物を作成した。ただし、反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１６０℃に変更した。
【０１２４】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１の出口における液化物の温度は約１６５℃であった。また脱揮、冷却用の第２の押出機１０２の先端に取り付けられたノズル１１４の出口での液化物の温度は約２５℃であり、外観は硬い液体状態、すなわち若干流動性が劣る状態で吐出された。ここで、吐出された液化物の未液化残渣率は約３６％と高かったが、その他の物性はそれほど悪くなかった。
【０１２５】
（比較例１−１）：
図４は本実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置との比較用の実験機全体の概略構成を示すものである。本実験機では、反応、混練用の押出機２０１として、東芝機械製の同方向回転二軸押出機（形格：ＴＥＭ−３７ＢＳ）を使用し、冷却用の押出機は使用しなかった。さらに、木粉用の原料供給フィーダ２０２には容量式の単軸スクリュフィーダを、溶剤と酸触媒の混合液の注入には二連式のプランジャポンプ２０３を使用した。なお、図４中で、２１１は溶剤と酸触媒の混合液の注入装置である。
【０１２６】
また、反応、混練用の押出機２０１は、Ｌ／Ｄ＝３９、シリンダ温度調節は６ゾーンで加熱・冷却制御である。さらに、シリンダには、基部から反応、混練用の押出機２０１の先端に取り付けられたノズル２０４に向かって原料供給口２０５、ベント口２０６、液体注入口２０７が設けられている。先端に取り付けられたノズル２０４は、内径約１０ｍｍであり、そこから液化された木粉が吐出された。
【０１２７】
また、本実験機による実験の初期段階では、ベント口２０６および液体注入口２０７には盲栓を取り付けた。すなわち、木粉中に含有される水蒸気の除去は行わず、溶剤と酸触媒の混合液はシリンダ基部の原料供給口２０５に木粉と一緒に供給した。
【０１２８】
しかし、この場合、溶剤と酸触媒の混合液の量が木粉に比べて比較的多いために、シリンダ内の搬送部のスクリュで原料を安定して輸送することができず、運転ができなかった。
【０１２９】
そのため、液体注入口２０７に液体注入弁を取り付け、溶剤と酸触媒の混合液をサイドフィード方式で供給することにした。ただし、この混合液は常温で液体であるため、混合液の加熱は行わず、常温で注入した。
【０１３０】
このように溶剤と酸触媒の供給をサイドフィード方式へ変更することにより、搬送部の木粉の輸送は安定した。しかし、今度は、木粉中に含有される水分が搬送部で蒸発分離して、原料供給口２０５に逆流する現象が発生した。そのため、木粉が原料供給口２０５の側壁等に付着して、安定した原料供給を阻害するようになった。
【０１３１】
そこで、ベント口２０６に取り付けられた盲栓を取り外し、替わりに水蒸気を放出しながら木粉の舞い上がり、あるいは盛り上がりを押さえるベントブロックを取り付けた。この場合、水蒸気の流れと同時に木粉が飛散するのを防ぐため、真空引きは行わず、大気開放とした。この変更により、水蒸気の原料供給口２０５への逆流は大幅に低減され、安定した原料供給が可能になった。
【０１３２】
以上の変更に伴い、本実験機による押出機２０１のスクリュは、搬送部、乾燥部、反応・混練部、押出部から構成されるものに変更された。そして、反応、混練用の押出機２０１の反応・混練部および押出部のシリンダ設定温度を１７０℃に設定し、木粉３．０ｋｇ／Ｈを原料供給口２０５ヘ、溶剤と酸触媒６．０ｋｇ／Ｈを液体注入口２０７に供給し、木粉比約３３％の液化物を作成した。
【０１３３】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練用の押出機２０１の出口における液化物の温度は約１６５℃であった。また、吐出物の外観は泥状であった。さらに、吐出された液化物の未液化残渣率は約３５％と高く、その他の物性も良くなかった。
【０１３４】
（比較例１−２）：
実施例１−１と全く同様の装置、シリンダ設定温度を用い、木粉３．０ｋｇ／Ｈを原料供給口２０５ヘ、溶剤と酸触媒の混合液４．５ｋｇ／Ｈを液体注入口２０７に供給し、木粉比約４０％の液化物を作成した。
【０１３５】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練用の押出機２０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、吐出物の外観はペースト状であった。さらに、吐出された液化物の未液化残渣率は約３２％と高く、その他の物性もあまり良くなかった。
【０１３６】
（比較例１−３）：
実施例１−１と全く同様の装置、シリンダ設定温度を用い、木粉３．０ｋｇ／Ｈを原料供給口２０５へ、溶剤と酸触媒の混合液３．０ｋｇ／Ｈを液体注入口２０７に供給し、木粉比約５０％の液化物を作成した。
【０１３７】
この実験では、スクリュ回転数１２０ｒｐｍの時の反応、混練用の押出機２０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、吐出物の外観はペースト状であった。さらに、吐出された液化物の未液化残渣率は約３７％と高く、その他の物性もあまり良くなかった。
【０１３８】
（比較例１−４）：
滞留時間を長くするためにスクリュ回転数を６０ｒｐｍに低下した。この場合には、反応、混練用の押出機２０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、 吐出物の外観は硬い泥状であった。さらに、吐出された液化物の未液化残渣率は約２８％とと意外に低かったが、その他の物性はあまり良くなかった。
【０１３９】
また、上記表１および表２の実験結果における実施例（１−１）〜（１−６）と比較例（１−１）〜（１−４）との比較は次の通りである。すなわち、比較例（１−１）〜（１−３）の構成では、反応、混練用押出機２０１のＬ／Ｄが短いため、滞留時間が不足し、反応不足により未液化残渣率が高い。また、冷却用押出機を使用していない、および反応停止処理を行っていないため、吐出後のバイオマス物質の液化物の蓄熱により、架橋反応が進行し、バイオマス物質の液化物が高分子化している。この二つの理由から、バイオマス物質の液化物の流動性が低下し、工業的に有用なバイオマス物質の液化物を得ることができなかった。
【０１４０】
一方、実施例（１−１）〜（１−６）の構成では、反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１のＬ／Ｄが長いために、必要な反応時間に対して滞留時間が十分あることより、未液化残渣率が低くなった。
【０１４１】
また、反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１において反応停止処理を行ったことにより、バイオマス物質の液化物の架橋反応が抑制されたため、高分子化が生ぜず、流動性の良いバイオマス物質の液化物を得ることができた。さらに、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２を使用したことにより、バイオマス物質の液化物の蓄熱量が冷却により低減されたことにより、架橋反応が抑制されるとともに、バイオマス物質の液化物の均質化、および急速な温度低下による酸化防止も行われたため、高品質のバイオマス物質の液化物を得ることができた。
【０１４２】
ただし、シリンダ設定温度はリグノセルロース物質としてのバイオマス物質の液化物の液化率および架橋反応に微妙な影響を及ぼし、適正温度は１７０℃〜１８０℃前後にある事が判明した。すなわち、１６０℃以下では反応不足となり、１９０℃以上では架橋反応が進行してバイオマス物質の液化物の流動性が失われる。
【０１４３】
また、本発明装置による利点として、高いバイオマス物質比でも液化が可能な事が挙げられる。従来の方法（比較例（１−１）〜（１−４））では、木粉比が約３３％程度の場合で、未液化残渣率が３０数％程度であった。しかしながら、本発明における実施例１−５に示したように、木粉比が約５０％でも、２０％以下の未液化残渣率が達成できた。
【０１４４】
さらに、脱揮処理を本装置中で行っているため後処理が不要となり、本装置でバイオマス物質の液化物を製造するための全てのプロセスを、連続して行うことができるようになった。
【０１４５】
また、上記表１および表２では記述されていないが、スクリュ回転数を変更した場合、バイオマス物質の液化物中の未液化残渣率は変化した。すなわち、滞留時間が短くなるような運転条件の場合（例えば、スクリュ回転数を速くする、あるいは処理量を増大させる場合）は未液化残渣率は増大し、滞留時間が長くなるような運転条件の場合（例えば、スクリュ回転数を遅くする、あるいは処理量を低下させる場合）は、未液化残渣率が低下した。このことは、用途に応じて、バイオマス物質の液化物の特性を変化させられることを意味し、実際の工業化において、幅広い生産形態を可能にする。その結果、上記実施例（１−１）〜（１−６）および比較例（１−１）〜（１−３）の実験結果の比較から、本発明の装置が、バイオマス物質の液化に有効であることが確認された。
【０１４６】
次に、糖類物質としてのバイオマス物質として、乾燥した澱粉を用いた第２の実験を行なった。そして、この第２の実験の結果を、次に示す実施例（２−１）〜（２−２）および比較例（２−１）〜（２−４）を用いて説明する。
【０１４７】
なお、図５は、この第２の実験で使用したバイオマス物質液化物の製造装置の実験機全体の概略構成を示すものである。ここでは、反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１として、東芝機械製の同方向回転二軸押出機（形格：ＴＥＭ−３７ＢＳ）を、また脱揮、冷却用の第２の押出機３０２として東芝機械製の同方向回転軸押出機（形格：ＴＥＭ−３７Ｂ）をそれぞれ使用し、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２を反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１にカスケード型に接続した。ただし、第１の押出機３０１と第２の押出機３０２とのジャンクション部３０３は、反応・混練用第１の押出機３０１と冷却用第２の押出機３０２を固定しない開放系とした。さらに、スクリュ口径は、どちらの機械も３７ｍｍである。
【０１４８】
澱粉用の原料供給フィーダ３０４には容量式の単軸スクリュフィーダを使用し、溶剤と酸触媒の混合液および反応停止剤の注入には二連式のプランジャポンプ３０５を使用した。なお、図５中で、３２１は溶剤と酸触媒の混合液の注入装置、３２２は反応停止剤の中和液の注入装置である。
【０１４９】
さらに、反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１は、Ｌ／Ｄ＝４８、シリンダ温度調節は７ゾーンで加熱・冷却制御である。また、シリンダには、基部からジャンクション部３０３に向かって原料供給口３０６、液体注入口３０７、停止剤供給口３０８、真空ベント口３０９が設けられている。この真空ベント口３０９には真空ポンプ３２３と、コンデンサ３２４とを備えた第１の脱揮装置３２５が連結されている。
【０１５０】
なお、澱粉は乾燥しているため、木粉用の装置のような水蒸気排出用のべント口１０７（図３参照）は省略することができる。液体注入口３０７および反応停止剤供給口３０８には、液体注入弁が取り付けられている。ただし、ここで注入される液体は常温で液体であるため、加熱は行わず、常温で注入される。スクリュは、搬送部、反応・混練部、反応停止部、脱揮部、押出部から構成されるものを使用した。
【０１５１】
また、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２は、Ｌ／Ｄ＝３２、シリンダは加熱・冷却が可能であり、シリンダ基部には、ジャンクション部３０３との接続口３１１が設けられている。さらに、ジャンクション部３０３との接続口３１１の前後には、真空リアベント口３１２と真空ベント口３１３が設けられている。そして、真空リアベント口３１２および真空ベント口３１３には真空ポンプ３２６と、コンデンサ３２７とを備えた第２の脱揮装置３２８が連結されている。
【０１５２】
また、第２の押出機３０２のスクリュは、全てフルフライトスクリュから構成されるものを使用し、スクリュ冷却は実施しなかった。スクリュ回転数は、３０ｒｐｍで固定とした。さらに、第２の押出機３０２の先端には、内径約１０ｍｍのノズル３１４が取り付けられ、そこから液化された澱粉が吐出される。
【０１５３】
また、この第２の実験で用いた溶剤ととしては、多価アルコール系のポリエチレングリコールとグリセリンを７０：３０の比で混合した物を使用した。さらに、酸触媒は硫酸を使用し、ポリエチレングリコールとグリセリンの混合液に約３％（３重量部）添加した。すなわち、溶剤と酸触媒の混合液として、押出機に注入した。反応停止剤としては、水酸化マグネシウム水溶液を使用した。
【０１５４】
（実施例２−１）：
反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１の反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１８０℃に設定し、澱粉６．８ｋｇ／Ｈを原料供給口３０６へ、溶剤と酸触媒９．２ｋｇ／Ｈを液体注入口３０７に供給し、澱粉比約４３％の液化物を作成した。スクリュ回転数８０ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１の出口における液化物の温度は約１８０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２の先端に取り付けられたノズル３１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観の良好な液体状態で吐出された。吐出された液化物の未溶解残渣率は０％と極めて良好であり、その他の物性も比較的良好であった。
【０１５５】
（実施例２−２）：
実施例２−１と全く同様の装置、シリンダ設定温度を用い、澱粉６．５ｋｇ／Ｈを原料供給口３０６ヘ、溶剤と酸触媒の混合液６．５ｋｇ／Ｈを液体注入口３０７に供給し、澱粉比約５０％の液化物を作成した。スクリュ回転数１８０ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１の出口における液化物の温度は約１８０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２の先端に取り付けられたノズル３１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観の良好な液体状態で吐出された。吐出された液化物の未溶解残渣率は０％と極めて良好であり、その他の物性も良好であった。
【０１５６】
（比較例２−１）：
実施例２−１と全く同様の装置を用い、澱粉６．８ｋｇ／Ｈを原料供給口３０６ヘ、溶剤と酸触媒の混合液９．２ｋｇ／Ｈを液体注入口３０７に供給し、澱粉比約４３％の液化物を作成した。ただし、第１の押出機３０１の反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１７０℃とした。スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２の先端に取り付けられたノズル３１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観は硬い液体状態で吐出された。吐出された液化物の未溶解残渣率は０％であったが、その他の物性が許容範囲内ではあるが若干低下した。
【０１５７】
（比較例２−２）：
実施例２−１と全く同様の装置を用い、澱粉６．５ｋｇ／Ｈを原料供給口３０６ヘ、溶剤と酸触媒の混合液６．５ｋｇ／Ｈを液体注入口３０７に供給し、澱粉比約５０％の液化物を作成した。ただし、第１の押出機３０１の反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１５０℃とした。スクリュ回転数６０ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１の出口における液化物の温度は約１５０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２の先端に取り付けられたノズル３１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観は流動性の乏しいゲル状態で吐出された。吐出された液化物の未溶解残渣率は４２％であり、極めて液化率が低かった。
【０１５８】
（比較例２−３）：
実施例２−１と全く同様の装置を用い、澱粉６．５ｋｇ／Ｈを原料供給口３０６ヘ、溶剤と酸触媒の混合液６．５ｋｇ／Ｈを液体注入口３０７に供給し、澱粉比約５０％の液化物を作成した。ただし、第１の押出機３０１の反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１６０℃とした。スクリュ回転数６０ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１の出口における液化物の温度は約１６０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２の先端に取り付けられたノズル３１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観は流動性の乏しいゴム状態で吐出された。吐出された液化物の未溶解残渣率は２５％とと液化率が低かった。
【０１５９】
（比較例２−４）：
実施例２−１と全く同様の装置を用い、澱粉６．５ｋｇ／Ｈを原料供給口３０６へ、溶剤と酸触媒の混合液６．５ｋｇ／Ｈを液体注入口３０７に供給し、澱粉比約５０％の液化物を作成した。ただし、第１の押出機３０１の反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１７０℃とした。スクリュ回転数１８０ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２の先端に取り付けられたノズル３１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観は硬い液体状態で吐出された。吐出された液化物の未溶解残渣率は０％であったが、その他の物性が若干悪かった。
【０１６０】
なお、この第２の実験の実験結果は次の表３および表４に示す通りである。
【０１６１】
【表３】
【０１６２】
【表４】
【０１６３】
以上の第１の実験および第２の実験の通り、実施例（１−１）〜（１−６），（２−１）〜（２−２）および比較例（１−１）〜（１−３），（２−１）〜（２−４）で、本発明の装置が、バイオマス物質の液化に有効であることが確認された。
【０１６４】
すなわち、比較例（１−１）〜（１−３）の構成では、反応、混練用押出機のＬ／Ｄが短いため、滞留時間が不足し、反応不足により未溶解残渣率が高い。また、冷却用押出機を使用していない、および反応停止処理を行っていないため、吐出後の液化物の蓄熱により架橋反応が進行し、液化物が高分子化している。この二つの理由から、流動性が低下し、工業的に有用なバイオマス物質の液化物を得ることができなかった。
【０１６５】
一方、実施例（１−１）〜（ｌ−６）の構成では、反応、混練、脱揮用押出機のＬ／Ｄが長いために、必要な反応時間に対して滞留時間が十分あることより、未溶解残渣率が低くなった。また、脱揮、冷却押出機を使用したこと、および反応停止処理を行ったことより、液化物の蓄熱による架橋反応が抑制されたため、高分子化がおきず、流動性の良い液化物を得ることができた。
【０１６６】
また、実施例（１−１）〜（１−６），（２−１）〜（２−２）および比較例（１−１）〜（１−３），（２−１）〜（２−４）より、シリンダ設定温度は糖類物質としてのバイオマス物質の液化率および架橋反応に微妙な影響を及ぼし、適正温度は１７０℃〜１８０℃前後にある事が判明した。すなわち、１６０℃以下では反応不足となり、１９０℃以上では架橋反応が進行して流動性が失われる。
【０１６７】
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態では、反応、混練、脱揮を行う二軸押出機からなる第１の押出機２と脱揮、冷却用の単軸あるいは二軸押出機からなる第２の押出機４とをタンデム型に接続して組み合わせ、バイオマス物質と、溶剤および酸触媒、あるいはそれらの混合物をそれぞれ別々の場所から供給し、先に供給されたバイオマス物質中に含有されている水分を反応、混練、脱揮用の第１の押出機２のベント口１５から除去した後に、乾燥されたバイオマス物質とポンプ３１、３４により反応、混練、脱揮用の第１の押出機２に圧入された溶剤を酸触媒下で反応・混練することで液化させ、この生成したバイオマス物質の液化物にポンプ４１により圧入される酸触媒の中和剤を混合して酸性雰囲気を消滅させて反応を停止することで過剰反応を防ぎ、未反応の過剰溶剤を真空除去した後に、バイオマス物質の液化物を第２の押出機４で脱揮、冷却することにより、バイオマス物質の液化が高効率、連続的、定常的に処理できるようになる。そのため、バイオマス物質の液化を連続的かつ安定的に実施可能であり、かつ高品質の液化物を工業的に得ることができる。
【０１６８】
さらに、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
【０１６９】
【発明の効果】
請求項１、２の発明では材料供給部から第１の押出機に供給されたバイオマス物質を粉砕搬送部で粉砕しながら搬送し、反応用薬剤注入部で反応用薬剤を注入した状態で、反応促進部でバイオマス物質と反応用薬剤とを混合し、混練してバイオマス物質の液状化反応を促進させたのち、反応停止剤注入部で、反応停止剤を注入して液状化反応されるバイオマス物質の反応を停止させることにより、バイオマス物質の過剰反応による高分子化を防止する。続いて、バイオマス物質の液化物に残る未反応の過剰溶剤を脱揮部で除去した後、第１の押出機から送り出される高温のバイオマス物質の液化物を第２の押出機に供給し、バイオマス物質の液化物を冷却しながらバイオマス物質の液化物の取出し口側に搬送するようにしたものである。そのため、例えば生分解性または生物崩壊性を有する種々の樹脂原料等として有用なバイオマス物質の液化物を多量に効率よく、再現性良く連続的に、かつ低コストで製造できるとともに、得られる液化物の品質にバラツキが生じることなく製造安定性に優れる。
【０１７０】
また、請求項３の発明では第１の押出機にシリンダの温度を調整する温度調整手段を設けたので、第１の押出機の駆動時に温度調整手段によってシリンダの温度を調整することにより、シリンダの温度をバイオマス物質の炭化・劣化を防止する比較的低温状態に設定したり、バイオマス物質の反応、混練、脱揮を促進する比較的高温状態に設定することができる。
【０１７１】
また、請求項４の発明ではバイオマス物質中に含有される水分を除去するベント口が、第１の押出機の材料供給部と反応用薬剤注入部との間に設けられ、ベント口の周囲にバイオマス物質の乾燥部が配置されているので、第１の押出機の駆動中、材料供給部と反応用薬剤注入部との間のベント口からバイオマス物質中に含有される水分を除去することにより、ベント口の周囲の乾燥部でバイオマス物質を乾燥させることができる。
【０１７２】
また、請求項５の発明では第１の押出機の駆動中、シリンダ内の２本のスクリュの回転にともない粉砕搬送部と、乾燥部と、反応促進部と、反応停止剤注入部と脱揮部との間に配置される反応停止部と、脱揮部と、この脱揮部から押出される液状化されたバイオマス物質の押出部とにそれぞれ配置される各スクリュによってバイオマス物質をシリンダ内で円滑に順次搬送させることができる。
【０１７３】
また、請求項６の発明では反応促進部のシリンダの内部の２本のスクリュに複数のニーディングディスクと複数のスクリュセグメントとを交互に配置することにより、バイオマス物質がニーディングディスクを通過する際にバイオマス物質の反応が急速に進行することを防止してバイオマス物質の反応を好適な状態に調整することができる。
【０１７４】
また、請求項７の発明では第１の押出機の粉砕搬送部のシリンダの設定温度を１５０℃以下の低温状態に設定することにより、粉砕搬送部を通るバイオマス物質の炭化・劣化を防止するとともに、反応促進部および脱揮部のシリンダの設定温度を１６０℃〜１９０℃の高温状態に設定することにより、バイオマス物質の反応、混練、脱揮を促進することができる。
【０１７５】
また、請求項８の発明では第１の押出機に対して第２の押出機をタンデム型に接続することにより、第１の押出機から送られるバイオマス物質の液化物を第２の押出機を構成する単軸押出機のシリンダの内部の１本のスクリュの回転、あるいは二軸押出機のシリンダの内部の２本のスクリュの回転により、バイオマス物質の液化物の取出し口側に円滑に搬送することができる。
【０１７６】
また、請求項９の発明では第１の押出機から第２の押出機にバイオマス物質の液化物を送り出す際に、第２の押出機の第２の脱揮部によってバイオマス物質の液化物中から未反応の溶剤を除去することができる。
【０１７７】
また、請求項１０の発明ではバイオマス物質の液化物の用途に応じて、第２の押出機の冷却手段によってバイオマス物質の液化物の過剰反応を防止する室温に冷却することができる。
【０１７８】
また、請求項１１の発明ではフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種の物質と酸触媒あるいはそれらの混合物からなる反応用薬剤を反応用薬剤注入部に注入させることにより、バイオマス物質の液状化反応を促進させることができる。
【０１７９】
また、請求項１２の発明では酸触媒を中和する物質によって形成された反応停止剤を反応停止剤注入部に注入させることにより、反応促進部の酸触媒下で進行するバイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応を停止し、架橋反応の過剰反応による高分子化を防止することができる。
【０１８０】
また、請求項１３の発明では反応停止部で酸触媒を中和する物質により、バイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応が停止された後に、液状化されたバイオマス物質中に含まれる未反応の過剰溶剤を脱揮部のベント口で吸引除去することができる。
【０１８１】
また、請求項１４の発明ではバイオマス物質の液化物の製造時には第１の押出機に供給されたバイオマス物質を粉砕搬送工程で粉砕しながら搬送し、反応用薬剤注入工程で反応用薬剤を注入するとともに、次の反応促進工程でバイオマス物質と反応用薬剤とを混合し、混練してバイオマス物質の液状化反応を促進させたのち、反応停止剤注入工程で、反応停止剤を注入し、液状化反応されるバイオマス物質の反応を停止させることにより、バイオマス物質の過剰反応による高分子化を防止し、さらに次の脱揮工程で未反応の溶剤を除去してバイオマス物質の液化物を製造した後、この第１の押出機から送り出される高温のバイオマス物質の液化物を第２の押出機に供給し、バイオマス物質の液化物を冷却しながらバイオマス物質の液化物の取出し口側に搬送するようにしたので、バイオマス物質の液化物を多量に効率よく、再現性良く連続的に、かつ低コストで製造できるとともに、得られる液化物の品質にバラツキが生じることなく製造安定性に優れる。
【０１８２】
また、請求項１５の発明では第１の押出機の粉砕搬送工程のシリンダの設定温度を１５０℃以下の低温状態に設定することにより、粉砕搬送工程におけるバイオマス物質の炭化・劣化を防止するとともに、反応促進工程および脱揮工程のシリンダの設定温度を１６０℃〜１９０℃の高温状態に設定することにより、バイオマス物質の反応、混練、脱揮を促進することができる。
【０１８３】
また、請求項１６の発明ではフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種の物質と酸触媒あるいはそれらの混合物からなる反応用薬剤を反応用薬剤注入工程で注入させることができる。
【０１８４】
また、請求項１７の発明では反応促進工程の酸触媒下で進行するバイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応を、反応停止剤注入工程で、酸触媒を中和する物質によって形成される反応停止剤を注入して停止することにより、架橋反応等の過剰反応による高分子化を防止することができる。
【０１８５】
また、請求項１８の発明では第１の押出機から第２の押出機にバイオマス物質の液化物の押出物を送り出す際に、第２の押出機の第２の脱揮工程によってバイオマス物質の液化物の押出物中から未反応の溶剤を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるバイオマス物質液化物の製造装置全体を示す概略構成図。
【図２】第１の実施の形態の製造装置で使用される第１の押出機を示す概略構成図。
【図３】第１の実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置における第１の実験で使用される実施例（１−１）〜（１−６）の実験装置の概略構成図。
【図４】第１の実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置における第１の実験で使用される比較例（１−１）〜（１−４）の実験装置の概略構成図。
【図５】第１の実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置における第２の実験で使用される実施例（２−１）〜（２−２）および比較例（２−１）〜（２−４）の実験装置の概略構成図。
【符号の説明】
２ 第１の押出機
３ 吐出ノズル（取出し口）
４ 第２の押出機
１４ 原料供給口（材料供給部）
２３ 脱揮部
２５ 粉砕搬送部
２７ 液体注入部（反応用薬剤注入部）
３７ 反応促進部
３８ 液体中和剤注入部（反応停止剤注入部）
５４ スクリュ（搬送手段）
５７ スクリュ冷却継手部（冷却手段）
５８ ジャケット部（冷却手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば生分解性または生物崩壊性を有する種々の樹脂原料等として有用なバイオマス物質の液化物を製造するバイオマス物質液化物の製造装置とその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、石油等の化石原料から生産されるプラスチック、合成繊維等の使用量は莫大である。しかし、化石資源は有限なものであり、再生使用にも限界があるため、これら化石資源の使用量低減が強く望まれている。
【０００３】
また、化石資源を原料として生産された化学製品は自然分解しないため、廃棄する際には焼却処理などを必要とする。しかし、これら化学製品を焼却処理を行う際には、大きな燃焼エネルギを放出したり、ＣＯ2 等の温室効果ガスや、ダイオキシン等の有害化学物質を発生させ得るため、大気汚染や、地球環境の温暖化等に十分な配慮をしなければならない。
【０００４】
また、一般廃棄物および産業廃棄物の排出量は膨大である。このような廃棄物の中には、食品製造過程で必要成分を抽出した後の絞り滓や、外皮等のセルロース物質や、糖類物質、リグノセルロース物質としての木材等のバイオマス物質廃棄物が含まれる。そして、このような一般廃棄物および産業廃棄物の中に含まれる木質廃棄物の量はかなり多く、年間４０００万トン以上に達すると言われている。
【０００５】
一方、地球上に存在するバイオマス物質の量は膨大である。これらバイオマス物質は、自然界においても微生物の作用により分解されて無機物に還元するという物質循環リサイクルがある。したがって、バイオマス物質を基にした材料は、化石燃料を原料とした材料に比べると、廃棄処理にともなう環境負荷がはるかに軽減される。さらに、これらバイオマス物質は化石燃料に比べると、人類の力ではるかに短い時間で作り出す事が可能であり、原料枯渇の問題がない。
【０００６】
しかしながら、現在、バイオマス廃棄物は、熱加工が困難な材料であること等から有効利用できる用途は極めて少ない。例えば、キノコ生産、飼料等にバイオマス廃棄物の一部が使用されるのみである。そして、バイオマス廃棄物のほとんどは産業廃棄物として焼却処理されている。したがって、バイオマス廃棄物の再利用率は極めて低く、地球環境保全の見地から資源の有効活用を図るべく、このようなバイオマス物質についても有効活用する方法の開発が強く望まれている。
【０００７】
このようなバイオマス物質の有効利用のためのアプローチの一つとして、生分解性または生物崩壊性を有する種々の樹脂原料として、あるいは燃料源等として使用できるようにするために、バイオマス物質を液化させることが種々検討されるとともに、この液化物を用いた樹脂の製造もいくつか検討されている。
【０００８】
例えば、特開昭６１−２６１３５８号公報には、バイオマス物質の一種であるリグノセルロース物質をフェノール類の存在下で２００〜３００℃に加熱することにより液化できることが記載されている。また、特開昭６２−７９２３０号公報には、リグノセルロース物質をアルコール類、多価アルコール類、オキシエーテル類、環状エーテル類、およびケトン類から選択される一または二以上の物質に加えて、１５０〜３５０℃に加熱することにより液化できることが記載されている。さらに、特開平８−２２５６５３号公報には、リグノセルロース物質を酸触媒、環状エステルおよび多価アルコールの存在下で１００〜２００℃に加熱することにより液化できることが記載されている。
【０００９】
また、リグノセルロース物質を工業生産スケールで多量に効率よく液化させる方法や、装置としては、例えば、特開平５−１４０３２２号公報に記載されているものがある。これは、耐圧設計された反応容器と、攪拌機と、容器内の圧力を制御する加圧排気装置と、薬液供給装置と、熱媒加熱循環装置とを備えたバッチ式の装置を設け、反応容器内でリグノセルロース物質を所定温度、所定圧力に調整しつつ攪拌を行うことで、リグノセルロース物質を多量に液化させようにしたものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭６１−２６１３５８号公報、特開昭６２−７９２３０号公報および特開平８−２２５６５３号公報に示されたリグノセルロース物質の液化方法では実験レベルで少量のリグノセルロース物質を液化させるのに長時間を要しており、到底工業的に応用できるものではない。
【００１１】
また、特開平５−１４０３２２号公報に示されたリグノセルロース物質の液化方法と装置は、１つの反応容器内でリグノセルロース物質を液化させる方式、いわゆるバッチ式である。この場合には反応後の液化物を反応容器内から取り出す工程や、反応容器内に新たに液化する材料を投入する工程中、すなわち反応容器内の入れ替え作業中は反応容器内で液化反応を行うことができない問題がある。そのため、この分、装置の運転効率が低下するためリグノセルロース物質の液化効率はいまだ満足できるものではない上に、得られる液化物の品質にバラツキが生じ易い、すなわち製造安定性が低い問題がある。
【００１２】
さらに、この装置は、リグノセルロース物質の液化物の製造のみを目的として特別に設計、製作されることになるので、汎用性に乏しい装置であることから、装置コストが多大であり、このため製造コストが増大するという難点もある。
【００１３】
本発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的は、例えば生分解性または生物崩壊性を有する種々の樹脂原料等として使用できるバイオマス物質の液化物を効率よく、かつ再現性良く連続的に低コストで製造できるとともに、得られる液化物の品質にバラツキが生じることなく製造安定性に優れたバイオマス物質液化物の製造装置とその方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、バイオマス物質の液状化プロセスについて継続的に試験を行い、実験室レベルでは十分に目的を達成する技術を開発した。すなわち、バイオマス物質と、酸触媒と、フェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質とを、ある種の条件下で混合することによってバイオマス物質が液化されるということである。上記の開発に引き続き、また同時に、発明者らは、本プロセスを工業的に成立させる方法および装置について検討した。
【００１５】
一方、バイオマス物質と同様の有機物質であるプラスチックの分野においては、反応・混練を押出機中で行うリアクティブプロセシング（反応押出）あるいはリアクティブコンパウンディング（反応をともなう混練押出）が活用され始めていた。発明者らは、この事実に着目し、本プロセスに押出機を適用することを検討した。
【００１６】
発明者らは、本格的に押出機で試験を行う前に、口径２０ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝２５、異方向回転、フルフライトスクリュを持つ試験用二軸押出機で実験を行った。結果は、ある程度の液状化が可能であり、押出機による液状化の可能性が確認された。
【００１７】
ここで、発明者らは、どのような形式の押出機が、本プロセスに最適であるかを検討した。この押出機の形式としては、現状では、スクリュの本数により単軸、二軸、三軸以上の各形式の押出機がある。また、回転方向により異方向回転と同方向回転の各形式の押出機がある。さらに、二軸以上では噛み合い条件により完全噛み合い、部分噛み合い、非噛み合いの各形式の押出機がある。発明者らは鋭意調査を行った結果、混練能力、生産能力等の機械的性能に優れ、かつコストパフォーマンスが良いということ、そしてプラスチックの反応・混練分野で現在最も多用されているということより、完全噛み合い型同方向回転二軸押出機を実験に適用することを選択した。
【００１８】
押出機による最初の実験においては、バイオマス物質としてリグノセルロース物質の未乾燥の木粉を使用した。木粉は、その他の液体である酸触媒や溶剤と一緒に、押出機の基部に設けられた原料供給口に一括して供給された。この場合、溶剤の粘度が低いこと、および液体の量が木粉の量に比べて比較的多いことから、木粉を安定して前方にスクリュにより搬送することができず、運転を行うことができなかった。そこで、プラスチックの混練において多用される別供給方式（サイドフィード方式）を採用することにした。すなわち、原料供給口と押出機先端に設けられた液化物の吐出口の間に、酸触媒と溶剤のための供給口を設け、そこへこれら物質を液体注入した。この方法により、木粉を安定して前方にスクリュにより搬送できるようになった。
【００１９】
しかし、今度は、木粉中に含まれる水分が押出機中で蒸発し、その水蒸気が押出機基部の原料供給口に逆流する現象により安定した原料供給が阻害されるために、安定した運転を行うことができなかった。原料搬送部に相当するシリンダ設定温度を低くすることで、上記の蒸気逆流現象は若干緩和されたが、根本的な解決とはならなかった。そこで、やはりプラスチックの混練分野で使用されている、特開平１０−６３８３号公報のような方法を適用することにした。すなわち、原料供給口と溶剤・酸触媒注入口の間に、水蒸気を放出するベント口を設ける方式を採用した。この方法の採用により、原料供給口への蒸気逆流量は減少し、安定した運転ができるようになった。この場合、搬送部（移送部）のシリンダ設定温度は、木粉の炭化・劣化を防止するために比較的低く、そして水蒸気除去後の反応・混練部のシリンダ設定温度は、混練・反応を促進するために比較的高くしている。
【００２０】
以上の改良により安定した運転が実現され、吐出口から液状化された木粉が吐出された。分析してみると未液化残渣率が高く、かつ流動性が劣っていた。未液化残渣率が高い原因としては、滞留時間の不足により溶解が十分に進行していないことが原因と考えられた。また、流動性の不足に対しては、未液化残渣が多いことと同時に、液化した物が高分子化（架橋反応）していることが考えられた。特に、吐出後の過剰な液化物の蓄熱により、架橋反応が進行したためと考えられた。
【００２１】
以上の問題点に対し、発明者らは次のような対策を行った。滞留時間の増大により未液化残渣を少なくするために、Ｌ／Ｄを３９から４８へ長くすると同時に、スクリュの構成を滞留時間がより長くなる構成に変更した。また、吐出物の過剰蓄熱による架橋反応を防ぐために、反応、混錬、脱揮を行う二軸押出機に、押出機をタンデム型に接続し、その押出機で必要な程度に液化物の冷却を行うことにした。さらに、この反応は酸触媒の酸性下で進行することから、酸触媒を中和する物質を、反応、混練、脱揮を行う二軸押出機中の液状化反応後のバイオマス物質に供給して反応を停止することで過剰反応を防止することにした。この対策により、液化物中の未液化残渣は減少し、今までにない良好な結果を得ることができた。また、中和物質の供給および冷却用押出機の採用により、吐出物の架橋反応あるいは過剰反応が防止され、安定した品質が得ることができた。
【００２２】
冷却用押出機の冷却については、多価アルコール系あるいは環状エステル系では、液化物が常温でも液体状態を保持するため、冷水などにより常温まで冷却した。一方、フェノール系では、常温では固化するため、冷却用押出機を８０℃前後に温度コントロールを行って冷却した。特に、冷却の均一性を出す必要性がある場合は、温水を使用した冷却であるスクリュ温度調節が適用される。
【００２３】
以上の対策により、良好な品質のバイオマス物質を得ることができたが、得られたバイオマス物質中には未反応の過剰溶剤が含まれており、これを除去するための脱揮処理をバッチプロセスで行わなければならなかった。そこで、発明者らは、通常のプラスチックの押出成形において行われているように、反応停止後に脱揮工程を盛り込むことで、プロセスの更なる合理化を図ることにした。
【００２４】
反応停止後に脱揮を行うために、反応、混練、脱揮を行う二軸押出機に真空ベント口が設けられた。また、脱揮不足に備えるために、反応、混練、脱揮を行う二軸押出機にタンデム型に接続された冷却用押出機の接続口より上流側（いわゆるリアベント）と下流側にも真空ベント口を設けた。これにより、多くの未反応の過剰溶剤が除去され、後処理の脱揮作業が不要となった。
【００２５】
以上の対策により、本システムの装置構成も変更となった。すなわち、本システムは、バイオマス物質の反応、混練、脱揮用二軸押出機と、これにタンデム型に接続された脱揮、冷却用の単軸あるいは二軸押出機で構成される組み合わせ押出機となった。また、反応、混練、脱揮用二軸押出機のスクリュ構造は、供給された木粉（バイオマス物質）の安定輸送を行う搬送部、木粉中の水分除去を行う乾燥部、木粉と溶剤を酸触媒下で混練しかつ反応を行う反応・混練部、液状化したバイオマス物質の過剰反応を抑制するために酸触媒の中和剤を混合する反応停止部、反応停止後のバイオマス物質中に含まれる未反応の過剰溶剤を除去する脱揮部、液化物を搬送・押し出す押出部によって構成されるようになった。
【００２６】
以上の装置、方法の改善により、バイオマス物質の液化物の製造装置および方法が確立できた。本方法は、従来方法に比べて、二軸押出機の持つ強い混練・反応能力により未液化残渣を低レベルとすることができるだけでなく、より高いバイオマス物質比でも液状化可能になった。また、含有される水分の除去を二軸押出機中で行う、未反応の過剰溶剤の除去を本装置中で行うことにより、事前乾燥および脱揮作業が不要となり、大幅な設備の合理化も可能になった。さらに、反応、混練、脱揮用の二軸押出機へタンデム型に接続された単軸あるいは二軸押出機による強くかつ均質な冷却効果は、液化物の品質安定性を改善し、工業化にとって有効な手段となった。そして、以上の技術的事項から次に示す本発明の装置および方法が導かれる。
【００２７】
すなわち、請求項１の発明はバイオマス物質が供給される材料供給部と、
この材料供給部から供給されたバイオマス物質を粉砕しながら搬送する粉砕搬送部と、
この粉砕搬送部で粉砕されたバイオマス物質の液状化反応を促進させるための反応用薬剤を注入する反応用薬剤注入部と、
上記バイオマス物質と上記反応用薬剤とを混合し、混練して上記バイオマス物質の液状化反応を促進させる反応促進部と、
この反応促進部の下流側に配置され、液状化反応される上記バイオマス物質の反応を停止させる反応停止剤を注入する反応停止剤注入部と、
この反応停止剤注入部の下流側に配置され、未反応薬剤を除去する脱揮部とを備え、上記バイオマス物質の液化物を製造する第１の押出機と、
この第１の押出機から送り出される高温の上記バイオマス物質の液化物を冷却する冷却手段と、
この冷却手段で上記バイオマス物質の液化物を冷却しながら上記バイオマス物質の液化物の取出し口側に搬送する搬送手段とを備えた第２の押出機とを具備することを特徴とするバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項１の発明ではバイオマス物質の液化物の製造時には材料供給部から第１の押出機に供給されたバイオマス物質を粉砕搬送部で粉砕しながら搬送し、反応用薬剤注入部で反応用薬剤を注入したのち、反応促進部でバイオマス物質と反応用薬剤とを混合して混練してバイオマス物質の液状化反応を促進させる。その後、反応停止剤注入部で、反応停止剤を注入し、液状化反応されるバイオマス物質の反応を停止させることにより、バイオマス物質の過剰反応による高分子化を防止する。続いて、脱揮部で未反応薬剤を除去してバイオマス物質の液化物を製造した後、この第１の押出機から送り出される高温のバイオマス物質の液化物を第２の押出機に供給し、バイオマス物質の液化物を冷却しながらバイオマス物質の液化物の取出し口側に搬送するようにしたものである。
【００２８】
請求項２の発明は上記第１の押出機はシリンダの内部に２本のスクリュが回転自在に挿入された二軸押出機であることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項２の発明では第１の押出機である二軸押出機の駆動時にはシリンダの内部に挿入された２本のスクリュが回転駆動されてバイオマス物質が搬送されるようにしたものである。
【００２９】
請求項３の発明は上記第１の押出機は上記シリンダの温度を調整する温度調整手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項３の発明では第１の押出機の駆動時には温度調整手段によってシリンダの温度を調整することにより、シリンダの温度をバイオマス物質の炭化・劣化を防止する比較的低温状態に設定したり、バイオマス物質の反応、混練、脱揮を促進する比較的高温状態に設定できるようにしたものである。
【００３０】
請求項４の発明は上記第１の押出機はバイオマス物質中に含有される水分を除去するベント口が、上記材料供給部と上記反応用薬剤注入部との間に設けられ、上記ベント口の周囲に上記バイオマス物質の乾燥部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項４の発明では第１の押出機の駆動中、材料供給部と反応用薬剤注入部との間のベント口からバイオマス物質中に含有される水分を除去することにより、ベント口の周囲の乾燥部でバイオマス物質を乾燥させるようにしたものである。
【００３１】
請求項５の発明は上記第１の押出機は上記シリンダ内の２本のスクリュに上記粉砕搬送部と、上記乾燥部と、上記反応促進部と、上記反応停止剤注入部と上記脱揮部との間に配置される反応停止部と、上記脱揮部と、この脱揮部から押出される液状化された上記バイオマス物質の押出部とにそれぞれ配置されるスクリュが設けられていることを特徴とする請求項１、２、４のいずれかに記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項５の発明では第１の押出機の駆動中、シリンダ内の２本のスクリュの回転にともない粉砕搬送部と、乾燥部と、反応促進部と、反応停止剤注入部と脱揮部との間に配置される反応停止部と、脱揮部と、この脱揮部から押出される液状化されたバイオマス物質の押出部とにそれぞれ配置される各スクリュによってバイオマス物質をシリンダ内で円滑に順次搬送させるようにしたものである。
【００３２】
請求項６の発明は上記反応促進部は上記シリンダの内部の２本のスクリュに複数のニーディングディスクと複数のスクリュセグメントとを交互に配置して上記バイオマス物質の反応を調整する反応調整手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項６の発明では反応促進部のシリンダの内部の２本のスクリュに複数のニーディングディスクと複数のスクリュセグメントとを交互に配置することにより、バイオマス物質がニーディングディスクを通過する際にバイオマス物質の液状化反応が急速に進行することを防止してバイオマス物質の反応を好適な状態に調整するようにしたものである。
【００３３】
請求項７の発明は上記第１の押出機は上記粉砕搬送部の上記シリンダの設定温度が上記バイオマス物質の炭化・劣化を防止する１５０℃以下の低温状態に設定され、上記反応促進部および上記脱揮部の上記シリンダの設定温度が反応、混練、脱揮を促進する１６０℃〜１９０℃の高温状態に設定されていることを特徴とする請求項５に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項７の発明では第１の押出機の粉砕搬送部のシリンダの設定温度を１５０℃以下の低温状態に設定することにより、粉砕搬送部を通るバイオマス物質の炭化・劣化を防止するとともに、反応促進部および脱揮部のシリンダの設定温度を１６０℃〜１９０℃の高温状態に設定することにより、バイオマス物質の反応、混練、脱揮を促進するようにしたものである。
【００３４】
請求項８の発明は上記第２の押出機は加熱・冷却能力を持つシリンダの内部に１本のスクリュが回転自在に挿入された単軸押出機、あるいは加熱・冷却能力を持つシリンダの内部に２本のスクリュが回転自在に挿入された二軸押出機が上記第１の押出機に対してタンデム型に接続されたものであることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項８の発明では第１の押出機から送られるバイオマス物質の液化物を第２の押出機を構成する単軸押出機のシリンダの内部の１本のスクリュの回転、あるいは二軸押出機のシリンダの内部の２本のスクリュの回転により、バイオマス物質の液化物の取出し口側に円滑に搬送するようにしたものである。
【００３５】
請求項９の発明は上記第２の押出機は上記第１の押出機から送り出される上記バイオマス物質の液化物の押出物中から未反応薬剤を除去する第２の脱揮部が設けられていることを特徴とする請求項１または８に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項９の発明では第１の押出機から第２の押出機にバイオマス物質の液化物を送り出す際に、第２の押出機の第２の脱揮部によってバイオマス物質の液化物中から未反応薬剤を除去するようにしたものである。
【００３６】
請求項１０の発明は上記第２の押出機は上記バイオマス物質の液化物の用途に応じて、上記冷却手段によって上記バイオマス物質の液化物が過剰反応を防止する室温に冷却されていることを特徴とする請求項１または８に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項１０の発明ではバイオマス物質の液化物の用途に応じて、第２の押出機の冷却手段によってバイオマス物質の液化物が過剰反応を防止する室温に冷却されているようにしたものである。
【００３７】
請求項１１の発明は上記反応用薬剤注入部に注入される反応用薬剤はフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種の物質と酸触媒あるいはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項１１の発明ではフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種の物質と酸触媒あるいはそれらの混合物からなる反応用薬剤を反応用薬剤注入部に注入させるようにしたものである。
【００３８】
請求項１２の発明は上記反応停止剤注入部に注入される反応停止剤は上記酸触媒を中和する物質によって形成され、上記反応促進部の酸触媒下で進行する上記バイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応を停止し、架橋反応の過剰反応による高分子化を防止するものであることを特徴とする請求項１１に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項１２の発明では酸触媒を中和する物質によって形成された反応停止剤を反応停止剤注入部に注入させることにより、反応促進部の酸触媒下で進行するバイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応を停止し、架橋反応の過剰反応による高分子化を防止するようにしたものである。
【００３９】
請求項１３の発明は上記脱揮部で上記未反応薬剤を除去する手段は上記反応停止部で上記酸触媒を中和する物質により、上記バイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応が停止された後に、液状化されたバイオマス物質中に含まれる過剰薬剤をも吸引除去するベント口を備えていることによることを特徴とする請求項１２に記載のバイオマス物質液化物の製造装置である。
そして、本請求項１３の発明では反応停止部で酸触媒を中和する物質により、バイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応が停止された後に、液状化されたバイオマス物質中に含まれる未反応の過剰溶剤を脱揮部のベント口で未反応薬剤を吸引除去するようにしたものである。
【００４０】
請求項１４の発明はバイオマス物質の液化物を製造する第１の押出機にバイオマス物質を供給するバイオマス物質供給工程と、
上記材料供給部から供給されたバイオマス物質を粉砕しながら搬送する粉砕搬送工程と、
この粉砕搬送工程で粉砕されたバイオマス物質に液状化反応を促進させるための反応用薬剤を注入する反応用薬剤注入工程と、
上記バイオマス物質と上記反応用薬剤とを混合し、混練して上記バイオマス物質の液状化反応を促進させる反応促進工程と、
この反応促進工程で液状化反応されたのち、上記バイオマス物質の液状化反応を停止させる反応停止剤を注入する反応停止剤注入工程と、
この反応停止剤注入工程で注入された反応停止剤によって液状化反応が停止された上記バイオマス物質から未反応薬剤を除去する脱揮工程と、
上記第１の押出機で製造された高温の上記バイオマス物質の液化物を上記第１の押出機とタンデムに接続された第２の押出機に供給するバイオマス物質の液化物供給工程と、
上記第２の押出機に供給された上記バイオマス物質の液化物を冷却しながら上記バイオマス物質の液化物の取出し口側に搬送する搬送工程と
を具備することを特徴とするバイオマス物質液化物の製造方法である。
そして、本請求項１４の発明ではバイオマス物質の液化物の製造時には第１の押出機に供給されたバイオマス物質を粉砕搬送工程で粉砕しながら搬送し、反応用薬剤注入工程で反応用薬剤を注入するとともに、反応促進工程でバイオマス物質と反応用薬剤とを混合し、混練してバイオマス物質の液状化反応を促進させたのち、反応停止剤注入工程で、反応停止剤を注入することにより、液状化反応されるバイオマス物質の反応を停止させる。これにより、バイオマス物質の過剰反応による高分子化を防止する。その後、脱揮工程で未反応薬剤を除去してバイオマス物質の液化物を製造した後、この第１の押出機から送り出される高温のバイオマス物質の液化物を第２の押出機に供給し、バイオマス物質の液化物を冷却しながらバイオマス物質の液化物の取出し口側に搬送するようにしたものである。
【００４１】
請求項１５の発明は上記第１の押出機での上記粉砕搬送工程は上記バイオマス物質の温度が上記バイオマス物質の炭化・劣化を防止する１５０℃以下の低温状態に設定され、
上記反応促進工程および上記脱揮工程での上記バイオマス物質の温度が反応、混練、脱揮を促進する１６０℃〜１９０℃の高温状態に設定されていることを特徴とする請求項１４に記載のバイオマス物質液化物の製造方法である。
そして、本請求項１５の発明では第１の押出機の粉砕搬送工程のシリンダの設定温度を比較的低温状態に設定することにより、粉砕搬送工程におけるバイオマス物質の炭化・劣化を防止するとともに、反応促進工程および脱揮工程のシリンダの設定温度を比較的高温状態に設定することにより、バイオマス物質の反応、混練、脱揮を促進するようにしたものである。
【００４２】
請求項１６の発明は上記反応用薬剤注入工程で注入される反応用薬剤はフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種の物質と酸触媒あるいはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１４に記載のバイオマス物質液化物の製造方法である。
そして、本請求項１６の発明ではフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種の物質と酸触媒あるいはそれらの混合物からなる反応用薬剤を反応用薬剤注入工程で注入させるようにしたものである。
【００４３】
請求項１７の発明は上記反応停止剤注入工程は上記反応促進工程の酸触媒下で進行する上記バイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応を、上記酸触媒を中和する物質によって形成される反応停止剤を注入して停止し、架橋反応等の過剰反応による高分子化を防止する工程であることを特徴とする請求項１６に記載のバイオマス物質液化物の製造方法である。
そして、本請求項１７の発明では反応促進工程の酸触媒下で進行するバイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応を、反応停止剤注入工程で、酸触媒を中和する物質によって形成される反応停止剤を注入して停止し、架橋反応等の過剰反応による高分子化を防止するようにしたものである。
【００４４】
請求項１８の発明は上記第２の押出機での上記搬送工程は上記第１の押出機から送り出される上記バイオマス物質の液化物の押出物中から未反応薬剤を除去する第２の脱揮工程を具備することを特徴とする請求項１４に記載のバイオマス物質液化物の製造方法である。
そして、本請求項１８の発明では第１の押出機から第２の押出機にバイオマス物質の液化物の押出物を送り出す際に、第２の押出機の第２の脱揮工程によってバイオマス物質の液化物の押出物中から未反応薬剤を除去するようにしたものである。
【００４５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１の実施の形態を図１および図２を参照して説明する。図１は本実施の形態の多糖類等のバイオマス物質液化物の製造装置全体の概略構成を示すものである。本実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置にはバイオマス物質、例えば木粉などのリグノセルロース物質を供給する材料供給フィーダ（材料供給部）１と、該材料の反応、混練、脱揮を行い、バイオマス物質の液化物を製造する第１の押出機２と、この第１の押出機２に対してタンデム型に接続され、最終的に必要な温度に冷却されたバイオマス物質の液化物を取出し口である吐出ノズル３側に吐出する脱揮、冷却用の第２の押出機４とが設けられている。ここで、材料供給フィーダ１としては、通常のプラスチック成形に用いられる容量式のスクリュフィーダ等が使用される。ただし、木粉等では、フィーダ１のホッパ部でブリッジ現象が発生する可能性があるため、ブリッジ防止のアジテータ等を付加する方が良い。さらに、最終用途によって、液化物の高精度で安定した物性が要求される場合は、重量式の原料供給フィーダを使用する方が良い。
【００４６】
また、第１の押出機２には溶媒および酸触媒の注入を行う液体注入装置５と、酸触媒を中和する物質の供給を行う反応停止装置６と、未反応の過剰溶剤を真空吸引する真空ベント装置７とが連結されている。なお、第１の押出機２と第２の押出機４との間はジャンクション部８を介して連結されている。
【００４７】
また、本実施の形態の第１の押出機２は二軸押出機で構成されている。図２は本実施の形態の第１の押出機２の概略構成を示すものである。この第１の押出機２にはシリンダ１０の内部に２本のスクリュ１１が回転自在に挿入されている。ここで、２本のスクリュ１１は減速機１２を介してモータ１３に連結されている。そして、このモータ１３により減速機１２を介して２本のスクリュ１１が回転駆動されるようになっている。
【００４８】
また、シリンダ１０には減速機１２との連結端部側（図２中で右側）から順にバイオマス物質が供給される原料供給口（材料供給部）１４と、バイオマス物質中に含有される水分を放出するベント口１５と、溶剤や酸触媒を液体注入する液体注入口１６と、酸触媒を中和する物質を供給する停止剤供給口１７と、未反応の過剰溶剤を放出する真空ベント口１８とがそれぞれ設けられている。
【００４９】
さらに、スクリュ１１には、バイオマス物質を搬送しながら予熱を行う搬送部１９と、バイオマス物質中に含まれる水分を蒸発分離し、ベント口１５から放出する乾燥部２０と、バイオマス物質と溶剤とを酸触媒下で反応、混練を行う反応・混練部２１と、液化したバイオマス物質の反応を停止するために酸触媒を中和する物質を混合する反応停止部２２と、反応停止後の液化したバイオマス物質に含まれる未反応の過剰溶剤を除去する脱揮部２３と、液状化したバイオマス物質を押出す押出部２４とがそれぞれ設けられている。
【００５０】
ここで、スクリュ１１の搬送部１９はフルフライト形状のスクリュエレメント１９ａによって構成され、シリンダ１０の原料供給口１４と対応する位置に配置されている。
【００５１】
また、スクリュ１１の乾燥部２０はシリンダ１０の原料供給口１４とベント口１５との間に配置されている。そして、このスクリュ１１の乾燥部２０はフルフライト形状のスクリュエレメント２０ａと混練用のニーディングブレードを複数個連続して取付けたニーディングディスク２０ｂとによって構成されている。なお、スクリュ１１の乾燥部２０は、基本的にはフルフライト形状のスクリュエレメント２０ａによって構成されるが、含水分の蒸発分離を促進し、バイオマス物質を微粉砕して後工程での反応、混練を促進するために、本実施の形態のように混練用のニーディングディスク２０ｂを組合わせて用いてもよい。
【００５２】
そして、スクリュ１１の搬送部１９と乾燥部２０とによって材料供給フィーダ１から供給されたバイオマス物質を粉砕しながら搬送する粉砕搬送部２５が構成されている。
【００５３】
さらに、シリンダ１０には原料供給口１４とベント口１５との間に例えば電気式ヒータあるいは熱媒等の加熱装置２６が取付けられている。そして、シリンダ１０内のバイオマス物質は、乾燥部２０において、シリンダ１０に取付けられた加熱装置２６により加熱され、含水分を蒸発分離し、分離された水分がベント口１５から水蒸気として放出されるようになっている。
【００５４】
また、シリンダ１０の液体注入口１６には液体注入装置５の液体注入部（反応用薬剤注入部）２７が連結されている。ここで、液体注入装置５には粉砕搬送部２５で粉砕されたバイオマス物質の液状化反応を促進させるための反応用薬剤である溶剤用のタンク２８と、酸触媒用のタンク２９とが設けられている。さらに、溶剤用のタンク２８には溶剤移送配管３０の一端部が連結されている。この溶剤移送配管３０の中途部には溶剤用の注入ポンプ３１が介設されている。なお、溶剤移送配管３０の他端部は液体注入部２７に取付けられる溶剤用の注入弁３２に連結されている。
【００５５】
また、酸触媒用のタンク２９には酸触媒移送配管３３の一端部が連結されている。この酸触媒移送配管３３の中途部には酸触媒用の注入ポンプ３４が介設されている。さらに、酸触媒移送配管３３の他端部は液体注入部２７に取付けられる酸触媒用の注入弁３５に連結されている。
【００５６】
そして、注入ポンプ３１の駆動にともない溶剤用のタンク２８内に収容されている溶剤が溶剤移送配管３０を通して圧送され、注入弁３２を経由して液体注入部２７に圧入されるとともに、同様に注入ポンプ３４の駆動にともない酸触媒用のタンク２９内に収容されている酸触媒が酸触媒移送配管３３を通して圧送され、注入弁３５を経由して液体注入部２７に圧入されてバイオマス物質の液状化反応を促進させるようになっている。
【００５７】
なお、注入ポンプ３１、３４としては、反応度合いの変動を極小化するため、そして押出特性の安定化を図るために定量性の良いポンプを使う方が良い。また、液体注入装置５としては酸触媒と溶剤とを液体混合装置などでブレンドし、混合液として一台の注入装置で供給してもよい。さらに、融点が常温以上の溶剤に対しては、注入装置５全体を加熱して第１の押出機２に供給するようになっている。
【００５８】
また、スクリュ１１の反応・混練部２１はシリンダ１０のベント口１５と停止剤供給口１７との間に配置されている。そして、この反応・混練部２１の上流側の部分には、ニーディングディスク部２１ａが設けられている。ここで、ニーディングディスク部２１ａの上流部分にはバイオマス物質の更なる微粉砕を行い、かつシリンダ１０の液体注入口１６から注入された溶剤および酸触媒の原料供給口１４への逆流を防止するために、スクリュ溝内部の原料充満率が高くなるようにニーディングブレードを複数個連続して取付けた第１のニーディングディスク２１ａ1 が配設されている。
【００５９】
さらに、このニーディングディスク部２１ａの下流部分にはスクリュ溝内部の原料充満率が低くなるようにニーディングブレードを複数個連続して取付けた第２のニーディングディスク２１ａ2 が配設されている。この第２のニーディングディスク２１ａ2 の部分は、シリンダ１０の液体注入口１６と対応する位置に配置されている。そして、溶剤注入ポンプ３１および酸触媒注入ポンプ３４から、溶剤移送配管３０および酸触媒移送配管３３、さらに溶剤用注入弁３２および酸触媒用注入弁３５を経由して圧送されてきた溶剤および酸触媒がこの第２のニーディングディスク２１ａ2 の部分に注入されるようになっている。
【００６０】
また、反応・混練部２１におけるニーディングディスク部２１ａよりも下流側の部分にはニーディングブレードを複数個連続して取付けたニーディングディスク２１ｂとフルフライトスクリュ２１ｃとを交互に配置してバイオマス物質の反応を調整する反応調整手段３６が設けられている。ただし、反応・混練部２１のスクリュをニーディングディスクや、逆ネジレのフルフライトスクリュのみで構成した場合には液化されたバイオマス物質の一部がニーディングディスクや、逆ネジレのフルフライトスクリュからの強いせん断作用等により温度上昇を起こし、過剰な架橋反応を引き起こす可能性がある。そのため、本実施の形態では搬送能力は強いが混練能力が低いいくつかのフルフライトスクリュによっていくつかのニーディングディスクに分割することにより、バイオマス物質を緩やかに、あるいはステップ的に液化させるようになっている。
【００６１】
そして、この反応・混練部２１によってバイオマス物質と反応用薬剤とを混合し、混練してバイオマス物質の液状化反応を促進させる反応促進部３７が形成されている。
【００６２】
また、シリンダ１０の停止剤供給口１７には反応停止装置６の液体中和剤注入部（反応停止剤注入部）３８が連結されている。ここで、反応停止装置６には液状化反応されるバイオマス物質の反応を停止させる反応停止剤である液体中和剤、すなわち酸触媒の中和液のタンク３９が設けられている。このタンク３９には反応停止剤移送配管４０の一端部が連結されている。この反応停止剤移送配管４０の中途部には反応停止剤用の注入ポンプ４１が介設されている。さらに、反応停止剤移送配管４０の他端部は液体中和剤注入部３８に取付けられる反応停止剤用の注入弁４２に連結されている。そして、注入ポンプ４１の駆動時にはタンク３９内の液体中和剤が反応停止剤移送配管４０を通して圧送され、注入弁４２を経由してシリンダ１０の停止剤供給口１７に圧入されるようになっている。この中和液は、液化されたバイオマス物質と混合され、酸触媒を中和してバイオマス物質の液化反応を停止するようになっている。
【００６３】
なお、本実施の形態では、反応停止剤として液体を使用しているが、固体の反応停止剤を使用することも可能である。その場合は、二軸スクリュ式のサイドフィーダ等を用いて、第１の押出機２に強制押し込みにより供給することになる。
【００６４】
また、スクリュ１１の反応停止部２２はシリンダ１０の停止剤供給口１７と真空ベント口１８との間に配置されている。この反応停止部２２を構成するスクリュには混合のみを行うニーディングディスク４３、あるいは切り欠きスクリュ等が使用される。
【００６５】
また、シリンダ１０の真空ベント口１８には真空ベント装置７のベントポート４４が取付けられている。このベントポート４４には真空配管４５の一端部が連結されている。この真空配管４５の他端部は脱揮物を凝縮させるコンデンサー４６を経て真空ポンプ４７に連結されている。そして、この真空ポンプ４７の駆動にともないベントポート４４に真空状態が形成され、この真空により、液化されたバイオマス物質中の未反応の過剰溶剤が除去されるようになっている。
【００６６】
また、シリンダ１０の真空ベント口１８に配置されている脱揮部２３を構成するスクリュは、反応停止部２２と隣り合う部分に、樹脂シールを行い、かつ脱揮作用による中和液の吸引を防ぐ逆ネジレのスクリュ、あるいはニーディングディスク等が配置され、その他の部分にはフルフライトスクリュ４８が配置されている。
【００６７】
さらに、スクリュ１１の押出部２４は、バイオマス物質の液化物の架橋反応を防ぐため、搬送のみを行うフルフライトスクリュ４９等によって構成される。
【００６８】
また、第１の押出機２と第２の押出機４との間のジャンクション部８は第１の押出機２の端末部に取付けられるアダプタ部５０と、液化したバイオマス物質が流れる単管部５１と、第２の押出機４に取付けられたフィードブロック部５２とから構成されている。
【００６９】
なお、本実施の形態ではジャンクション部８は、第１の押出機２と第２の押出機４との間を密閉系で接続しているが、ジャンクション部８を取外し、第１の押出機２の吐出口から第２の押出機４の接続口へ直接流し込むことも可能である。
【００７０】
また、第２の押出機４は加熱・冷却能力を持つシリンダ５３の内部に１本のスクリュ（搬送手段）５４が回転自在に挿入された単軸押出機、あるいは加熱・冷却能力を持つシリンダ５３の内部に２本のスクリュ５４が回転自在に挿入された二軸押出機で構成されている。ここで、シリンダ５３内のスクリュ５４は減速機５５を介してモータ５６に連結されている。そして、このモータ５６により減速機５５を介してスクリュ５４が回転駆動されるようになっている。
【００７１】
また、第２の押出機４にはスクリュ５４の冷却、あるいは温度調節を行うために冷媒、あるいは熱媒をスクリュ５４の内部に流し込むためのスクリュ冷却継手部（冷却手段）５７と、シリンダ５３を冷却、あるいは温度調節を行うためのジャケット部（冷却手段）５８と、未反応の過剰溶剤を除去する真空リアベント部５９と、同じく未反応の過剰溶剤を除去する真空ベント部６０とがそれぞれ設けられている。ここで、ジャケット部５８については、冷却水の通水パイプを内部に持つパイプ鋳込みヒータを使い、冷却と温度調節の両方を行うことが可能である。
【００７２】
さらに、スクリュ５４は、冷却効果を最大限発揮させるため、せん断作用による発熱を防ぐため、圧縮部あるいは混練部を持たないフルフライトスクリュが使用される。
【００７３】
また、真空リアベント部５９はジャンクション部８との接続口の上流側に配置され、真空ベント部６０はジャンクション部８との接続口の下流側に配置されている。さらに、真空リアベント部５９および真空ベント部６０には第１の押出機２の真空ベント装置７と同様の構成の真空ベント装置６１が連結されている。すなわち、この真空ベント装置６１には真空リアベント部５９および真空ベント部６０にそれぞれ連結される真空配管６２と、脱揮物を凝縮させるコンデンサー６３と、真空ポンプ６４とが設けられている。そして、真空ポンプ６４の駆動にともない真空リアベント部５９および真空ベント部６０にそれぞれ真空状態が形成され、この真空により、第２の押出機４のシリンダ５３内を流れる液化されたバイオマス物質中の未反応の過剰溶剤が除去されるようになっている。これにより、反応、混練、脱揮用の第１の押出機２での脱揮不足に備えるようになっている。
【００７４】
なお、本発明において、取り扱い可能な材料は次の通りである。すなわち、バイオマス物質は、何らかの技術により人間が有効に利用できるエネルギや、有機原料に変換可能な生命体を基にした有機物質全てを指す。本発明において、対象となるバイオマス物質は特に限定されるものではないが、例えば、リグノセルロース物質、食品、糖類物質、あるいは食品、糖類物質の製造過程で不要となる物質等が挙げられる。
【００７５】
リグノセルロース物質は、リグニン、セルロースおよびへミセルロースを三大主成分とするものである。代表的な物質として、例えば、木粉、木材繊維、木材チップ、単板クズなどの木材を粉砕した物、藁、もみ殻などの植物繊維素、グランドパルプ、サーモメカニカルパルプ、古紙などの紙・パルプ類等が挙げられる。上記木材の種類としては、特に限定されず、例えばマカンバ、シトカスプルース、スギ、アカマツ、ポプラ、ラワン、ヒノキ等が挙げられる。
【００７６】
食品としては、米、小麦、トウモロコシ等の穀類やジャガイモ、サツマイモ等の芋類が挙げられる。糖類物質としては、澱粉等の多糖類物質、あるいは砂糖、バガス等が挙げられる。さらに、これら糖類物質や食品を製造する際に不要物として処理される漉し殻（コーヒーやビール等）、外皮などが挙げられる。
【００７７】
また、使用するバイオマス物質の粒度も特に限定はされないが、生産性を考慮すると粒度の小さいものを用いるのが好ましい。
【００７８】
さらに、バイオマス物質は、酸触媒の存在下に、フェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質（溶剤）と反応することにより、液化される。
【００７９】
上記フェノール類としては、特に限定されるものではないが、例えばフェノール、クレゾール、キシレノール、レゾシノール、アクリルレゾシノール、ビスフェノールＡ等が挙げられる。中でも、バイオマス物質との反応性が高いフェノール、ビスフェノールＡが好適に用いられる。
【００８０】
また、多価アルコール類としては、特に限定されるものではないが、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ぺンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，２−ヘキサンジオール、２，４−ヘキサンジオール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、ピナコール、シクロペンタン−１，２−ジオール、シクロヘキサン−１，４−ジオール、ポリエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレングリコール等の二価アルコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリエタノールアミン、１，２，６−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、メチルグルコシド、ソルビドール、マンニトール、スークロース等、あるいはこれらを出発物質とするポリカプロラクトンを一部に含むポリエーテルポリオール等の三官能以上の多価アルコール等が挙げられる。これらの中でも、安価で工業的に入手し易いグリセリンとポリエチレングリコールの混液などが好適に用いられる。
【００８１】
環状エステル類としては、特に限定されるものではないが、開環反応して重合し得る物が好適であり、例えばプロピオラクトン、β−ブチロラクトン、α，α‘−ビスクロロメチルプロピオラクトン、α，α’−ジメチル−β−プロピオラクトン、δ−バレロラクトン、１，４−ジオキサン−２−オン、グリコリド、トリメチルカーボネート、ネオペンチルカーボネート、エチレンオキサレート、プロピオンオキサレート、ε−カプロラクトン、α−メチル−ε−カプロラクトン、β−メチル−ε−カプロラクトン、γ−メチル−ε−カプロラクトン、４−メチル−７−イソプロピル−ε−カプロラクトン、３，３，５−トリメチル−ε−カプロラクトン、シス−ジサリシリド、トリサリシリド等が挙げられる。これらの中でも、安価で工業的に入手しやすくバイオマス物質を液化させ易いε−カプロラクトンが好適に用いられる。
【００８２】
さらに、酸触媒としては、特に限定されず、例えば無機酸、有機酸、ルイス酸等が挙げられ、具体的には硫酸、塩酸、トルエンスルホン酸、フェノールスルホン酸、塩化アルミニウム、塩化亜鉛、３フッ化ホウ素等が好適に用いられる。
【００８３】
次に、上記構成の作用について説明する。本実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置の使用時には容量式、あるいは重量式の材料供給フィーダ１によってバイオマス物質、例えば水分を含有する木粉等のリグノセルロース物質が、反応、混練、脱揮用の第１の押出機２の原料供給口１４からシリンダ１０の内部に投入される（バイオマス物質供給工程）。
【００８４】
投入されたバイオマス物質は、シリンダ１０内のフルフライト形状のスクリュエレメント１９ａによって構成されるスクリュ１１の搬送部１９により前方に輸送され、乾燥部２０に到達する。
【００８５】
さらに、乾燥部２０において、バイオマス物質は、混練用のニーディングディスク２０ｂおよびフルフライト形状のスクリュエレメント２０ａによって順次前方に輸送される。このとき、バイオマス物質は、シリンダ１０に取付けられた電気式ヒータ、あるいは熱媒等の加熱装置２６により加熱される。これにより、バイオマス物質の含水分が蒸発分離し、分離された水分がベント口１５から水蒸気としてシリンダ１０の外部に放出される。
【００８６】
さらに、乾燥部２０を通るバイオマス物質はニーディングディスク２０ｂによって微粉砕されて含水分の蒸発分離が促進されるとともに、後工程に搬送される（粉砕搬送工程）。
【００８７】
また、乾燥部２０を通過したバイオマス物質は、反応・混練部２１に到達する。このとき、反応・混練部２１に流入されたバイオマス物質はニーディングディスク部２１ａにおける上流部分の第１のニーディングディスク２１ａ1 を経て第２のニーディングディスク２１ａ2 側に搬送される。ここで、第１のニーディングディスク２１ａ1 はスクリュ溝内部の原料充満率が高く、第２のニーディングディスク２１ａ2 はスクリュ溝内部の原料充満率が低くなるように設定されているので、バイオマス物質が第１のニーディングディスク２１ａ1 を通る際に更に微粉砕される。
【００８８】
さらに、第１の押出機２の運転中、液体注入装置５からシリンダ１０の液体注入口１６に溶剤および酸触媒が供給される（反応用薬剤注入工程）。このとき、溶剤および酸触媒は第２のニーディングディスク２１ａ2 の部分に注入される。
【００８９】
そして、注入された溶剤および酸触媒とバイオマス物質とは、第２のニーディングディスク２１ａ2 の部分で混練される。このとき、液体注入された溶剤および酸触媒が原料供給口１４側へ逆流することが、スクリュ溝内部の原料充満率が高くなる第１のニーディングディスク２１ａ1 によって防止される。
【００９０】
また、第２のニーディングディスク２１ａ2 の部分で混練された溶剤および酸触媒とバイオマス物質との混合物は続いてスクリュ溝内部の原料充填率が低くなるニーディングディスク部２１ａの下流側に押出される。そして、混練された溶剤および酸触媒とバイオマス物質との混合物は続いて、反応・混練部２１の下流側部分の複数のニーディングディスク２１ｂとフルフライトスクリュ２１ｃとを交互に並べた反応調整手段３６でさらに混練される（反応促進工程）。
【００９１】
このとき、反応・混練部２１のスクリュをニーディングディスクや、逆ネジレのフルフライトスクリュのみで構成される一つの長大な物とすると、液化されたバイオマス物質の一部がニーディングディスクからの強いせん断作用等により温度上昇を起こし、過剰な架橋反応を引き起こす可能性がある。そのため、本実施の形態では反応・混練部２１のスクリュは、搬送能力は強いが混練能力が低いフルフライトスクリュによっていくつかに分割され、そしてバイオマス物質は反応調整手段３６の複数のニーディングディスク２１ｂとフルフライトスクリュ２１ｃとによって緩やかに徐々に、あるいはステップ的に液化される。
【００９２】
また、反応・混練部２１において液化されたバイオマス物質は、反応停止部２２に送り込まれる。ここには、反応停止剤用の注入ポンプ４１から反応停止剤移送配管４０、そして反応、混練、脱揮用の第１の押出機２の停止剤供給口１７に取り付けられた反応停止剤用の注入弁４２を経由して圧送されてきた酸触媒の中和液が圧入される（反応停止剤注入工程）。
【００９３】
この中和液は、液化されたバイオマス物質と混合され、酸性条件を中和してバイオマス物質の液化反応を停止する。また、中和液により反応が停止された液化バイオマス物質中には、未反応の過剰溶剤が含まれている。これらの過剰溶剤は、反応停止部２２の次に設けられた脱揮部２３によって除去される（脱揮工程）。
【００９４】
この脱揮部２３においては、反応、混練、脱揮を行う第１の押出機２の真空ベント口１８に取り付けられたベントポート４４に、真空配管４５とコンデンサー４６を経由して接続された真空ポンプ４７により、真空状態が形成される。この真空により、液化されたバイオマス物質中の未反応の過剰溶剤が除去される。
【００９５】
また、脱揮部２３では反応停止部２２と隣り合う部分に配置された樹脂シールおよび逆ネジレのスクリュ、あるいはニーディングディスク等で、第１の押出機２の真空ベント口１８に脱揮作用による中和液の吸引を防ぐ。さらに、脱揮部２３のフルフライトスクリュ４８を通過したバイオマス物質の液化物は、押出部２４のフルフライトスクリュ４９によって均質化されながら、ジャンクション部８へ搬送される。
【００９６】
また、反応、混練、脱揮用の第１の押出機２で液化されたバイオマス物質は、ジャンクション部８を経由して、脱揮、冷却用の単軸あるいは二軸押出機からなる第２の押出機４に送り込まれる（バイオマス物質の液化物供給工程）。
【００９７】
なお、本実施の形態ではジャンクション部８は、第１の押出機２と第２の押出機４との間を密閉系で接続しているが、ジャンクション部８を取外し、第１の押出機２の吐出口から第２の押出機４の接続口へ直接流し込むことも可能である。
【００９８】
そして、第２の押出機４に送り込まれたバイオマス物質の液化物は、シリンダ５３内のスクリュ５４によって脱揮、冷却用の第２の押出機４の先端のノズル３に向かって搬送される（搬送工程）。
【００９９】
このとき、第２の押出機４ではジャケット部５８に冷却水、あるいは熱媒を流してシリンダ５３の冷却、あるいは温度調節が行われる。さらに、スクリュ冷却継手部５７からスクリュ５４に導入される冷却水、あるいは熱媒によってスクリュ５４が冷却、あるいは温度調節される。そのため、第２の押出機４によるバイオマス物質の液化物の搬送中、第２の押出機４のシリンダ５３内を搬送されるバイオマス物質の液化物はシリンダ５３およびスクリュ５４を介して原料特性に応じた温度まで冷却および均質化される。
【０１００】
また、第２の押出機４によるバイオマス物質の液化物の搬送中、真空ポンプ６４の駆動にともない真空リアベント部５９および真空ベント部６０にそれぞれ真空状態が形成される。そして、この真空により、第２の押出機４のシリンダ５３内を流れる液化されたバイオマス物質中の未反応の過剰溶剤が除去される。この場合、シリンダ５３の設定温度は、真空リアベント部５９および真空ベント部６０では脱揮効果を促進するために比較的高温に設定され、それ以降の部分ではバイオマス物質の原料特性に応じた必要温度まで冷却するために比較的低温に設定される。
【０１０１】
また、脱揮、冷却用の第２の押出機４により必要な温度まで冷却されたバイオマス物質の液化物は、脱揮、冷却用の第２の押出機４の先端に取り付けられたノズル３から、最終的な液化物として吐出される。
【０１０２】
次に、本実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置の実験機（図３参照）および比較用の実験機（図４参照）を用いて行った第１の実験の結果を、次に示す実施例（１−１）〜（１−６）および比較例（１−１）〜（１−４）を用いて説明する。
【０１０３】
ここで、用いたバイオマス物質は、含水率約２０％のオガクズ（マツ）である。溶剤としては、多価アルコール系のポリエチレングリコールとグリセリンを７０：３０の比で混合した物を使用した。さらに、酸触媒は硫酸を使用し、ポリエチレングリコールとグリセリンの混合液に約３％（３重量部）添加した。すなわち、溶剤と酸触媒の混合液として、第１の押出機２に注入した。反応停止剤としては、水酸化マグネシウム水溶液を使用した。なお、この実験結果は次の表１および表２に示す通りである。ここで、バイオマス物質の液化物における未液化残渣率は
未液化残渣率（％）＝残渣重量（ｇ）／仕込み木粉重量（ｇ）×１００
である。
【０１０４】
【表１】
【表２】
（実施例１−１）：
図３は、本実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置の実験機全体の概略構成を示すものである。ここでは、反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１として、東芝機械製の同方向回転二軸押出機（形格：ＴＥＭ−３７ＢＳ）を、また脱揮、冷却用の第２の押出機１０２として東芝機械製の同方向回転軸押出機（形格：ＴＥＭ−３７Ｂ）をそれぞれ使用し、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２を反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１にタンデム型に接続した。ただし、第１の押出機１０１のジャンクション部１０３から第２の押出機１０２の接続口１１１へ直接流し込む開放系とした。さらに、スクリュ口径は、どちらの機械も３７ｍｍである。
【０１０７】
また、木粉用の材料供給フィーダ１０４には容量式の単軸スクリュフィーダを使用し、溶剤と酸触媒の混合液および反応停止剤の中和液の注入には二連式のプランジャポンプ１０５を使用した。なお、図３中で、１２１は溶剤と酸触媒の混合液の注入装置、１２２は反応停止剤の中和液の注入装置である。
【０１０８】
さらに、反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１は、Ｌ／Ｄ＝４８、シリンダ温度調節は７ゾーンで加熱・冷却制御である。また、シリンダには、基部からジャンクション部１０３に向かって原料供給口１０６、ベント口１０７、液体注入口１０８、停止剤供給口１０９、真空ベント口１１０が設けられている。この真空ベント口１１０には真空ポンプ１２３と、コンデンサ１２４とを備えた第１の脱揮装置１２５が連結されている。
【０１０９】
ここで、ベント口１０７には、木粉の舞い上がり、あるいは盛り上がりを押さえるベントブロックが取り付けられ、真空引きは行わず、大気開放とした。さらに、液体注入口１０８および反応停止剤供給口１０９には、液体注入弁が取り付けられている。ただし、本実施例１の液体は常温で液体であるため、加熱は行わず、常温で注入した。スクリュは、搬送部、乾燥部、反応・混練部、反応停止部、脱揮部、押出部から構成されるものを使用した。
【０１１０】
また、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２は、Ｌ／Ｄ＝３２、シリンダは加熱・冷却が可能であり、シリンダ基部には、ジャンクション部１０３との接続口１１１が設けられている。さらに、ジャンクション部１０３との接続口１１１の前後には、真空リアベント口１１２と真空ベント口１１３が設けられている。そして、真空リアベント口１１２および真空ベント口１１３には真空ポンプ１２６と、コンデンサ１２７とを備えた第２の脱揮装置１２８が連結されている。
【０１１１】
なお、第２の押出機１０２のシリンダを冷却、或いは温度調節を行うための図示しないジャケット部の内部に冷却水を通水して接続口１１１に流れ込んだ液化物を冷却するようにした。
【０１１２】
また、スクリュは、全てフルフライトスクリュから構成されるものを使用し、スクリュ冷却は実施しなかった。スクリュ回転数は、３０ｒｐｍで固定とした。さらに、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２の先端には、内径約１０ｍｍのノズル１１４を取り付け、そこから液化された木粉が吐出された。
【０１１３】
また、反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１の反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１７０℃に設定し、木粉３．５ｋｇ／Ｈを原料供給口１０６へ、溶剤と酸触媒６．０ｋｇ／Ｈを液体注入口１０８に供給し、木粉比約３３％の液化物を作成した。
【０１１４】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２の先端に取り付けられたノズル１１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観の良好な液体状態で吐出された。さらに、吐出された液化物の未液化残渣率は約１４％と従来より良好であり、その他の物性も良好であった。
【０１１５】
（実施例１−２）：
実施例１−１と全く同様の装置、シリンダ設定温度を用い、木粉３．０ｋｇ／Ｈを原料供給口１０６へ、溶剤と酸触媒の混合液３．８ｋｇ／Ｈを液体注入口１０８に供給し、木粉比約４０％の液化物を作成した。
【０１１６】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１の出口における液化物の温度は約１６０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２の先端に取り付けられたノズル１１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観の良好な液体状態で吐出された。さらに、吐出された液化物の未液化残渣率は約７％と極めて理想的であり、その他の物性も良好であった。
【０１１７】
（実施例１−３）：
実施例１−１と全く同様の装置を用い、木粉３．０ｋｇ／Ｈを原料供給口１０６へ、溶剤と酸触媒の混合液３．８ｋｇ／Ｈを液体注入口１０８に供給し、木粉比約４０％の液化物を作成した。ただし、反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１８０℃に変更した。
【０１１８】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２の先端に取り付けられたノズル１１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観の良好な液体状態で吐出された。さらに、吐出された液化物の未液化残渣率は約７％と極めて良好であったが、その他の物性が許容範囲内ではあるが若干低下した。
【０１１９】
（実施例１−４）：
実施例１−１と全く同様の装置を用い、木粉３．０ｋｇ／Ｈを原料供給口１０６へ、溶剤と酸触媒の混合液３．８ｋｇ／Ｈを液体注入口１０８に供給し、木粉比約４０％の液化物を作成した。ただし、反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度をさらに１９０℃に変更した。
【０１２０】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１の出口における吐出物は、ゲル化していた。その後、反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１のトルクが次第に上昇し、トルクオーバで停止した。この原因は、シリンダ設定温度が高すぎたために、シリンダ内部で過剰に液化物の架橋反応が進行し、液化物が高分子化したためと推測された。
【０１２１】
（実施例１−５）：
実施例１−１と全く同様の装置、シリンダ設定温度を用い、木粉３．３ｋｇ／Ｈを原料供給口１０６へ、溶剤と酸触媒の混合液２．８ｋｇ／Ｈを液体注入口１０８に供給し、木粉比約５０％の液化物を作成した。
【０１２２】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２の先端に取り付けられたノズル１１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観は硬い液体状態、すなわち若干流動性が劣る状態で吐出された。ここで、吐出された液化物の未液化残渣率は約１９％と従来よりは良好であり、その他の物性も良好であった。
【０１２３】
（実施例１−６）：
実施例１−１と全く同様の装置を用い、木粉３．３ｋｇ／Ｈを原料供給口１０６へ、溶剤と酸触媒の混合液２．８ｋｇ／Ｈを液体注入口１０８に供給し、木粉比約５０％の液化物を作成した。ただし、反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１６０℃に変更した。
【０１２４】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１の出口における液化物の温度は約１６５℃であった。また脱揮、冷却用の第２の押出機１０２の先端に取り付けられたノズル１１４の出口での液化物の温度は約２５℃であり、外観は硬い液体状態、すなわち若干流動性が劣る状態で吐出された。ここで、吐出された液化物の未液化残渣率は約３６％と高かったが、その他の物性はそれほど悪くなかった。
【０１２５】
（比較例１−１）：
図４は本実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置との比較用の実験機全体の概略構成を示すものである。本実験機では、反応、混練用の押出機２０１として、東芝機械製の同方向回転二軸押出機（形格：ＴＥＭ−３７ＢＳ）を使用し、冷却用の押出機は使用しなかった。さらに、木粉用の原料供給フィーダ２０２には容量式の単軸スクリュフィーダを、溶剤と酸触媒の混合液の注入には二連式のプランジャポンプ２０３を使用した。なお、図４中で、２１１は溶剤と酸触媒の混合液の注入装置である。
【０１２６】
また、反応、混練用の押出機２０１は、Ｌ／Ｄ＝３９、シリンダ温度調節は６ゾーンで加熱・冷却制御である。さらに、シリンダには、基部から反応、混練用の押出機２０１の先端に取り付けられたノズル２０４に向かって原料供給口２０５、ベント口２０６、液体注入口２０７が設けられている。先端に取り付けられたノズル２０４は、内径約１０ｍｍであり、そこから液化された木粉が吐出された。
【０１２７】
また、本実験機による実験の初期段階では、ベント口２０６および液体注入口２０７には盲栓を取り付けた。すなわち、木粉中に含有される水蒸気の除去は行わず、溶剤と酸触媒の混合液はシリンダ基部の原料供給口２０５に木粉と一緒に供給した。
【０１２８】
しかし、この場合、溶剤と酸触媒の混合液の量が木粉に比べて比較的多いために、シリンダ内の搬送部のスクリュで原料を安定して輸送することができず、運転ができなかった。
【０１２９】
そのため、液体注入口２０７に液体注入弁を取り付け、溶剤と酸触媒の混合液をサイドフィード方式で供給することにした。ただし、この混合液は常温で液体であるため、混合液の加熱は行わず、常温で注入した。
【０１３０】
このように溶剤と酸触媒の供給をサイドフィード方式へ変更することにより、搬送部の木粉の輸送は安定した。しかし、今度は、木粉中に含有される水分が搬送部で蒸発分離して、原料供給口２０５に逆流する現象が発生した。そのため、木粉が原料供給口２０５の側壁等に付着して、安定した原料供給を阻害するようになった。
【０１３１】
そこで、ベント口２０６に取り付けられた盲栓を取り外し、替わりに水蒸気を放出しながら木粉の舞い上がり、あるいは盛り上がりを押さえるベントブロックを取り付けた。この場合、水蒸気の流れと同時に木粉が飛散するのを防ぐため、真空引きは行わず、大気開放とした。この変更により、水蒸気の原料供給口２０５への逆流は大幅に低減され、安定した原料供給が可能になった。
【０１３２】
以上の変更に伴い、本実験機による押出機２０１のスクリュは、搬送部、乾燥部、反応・混練部、押出部から構成されるものに変更された。そして、反応、混練用の押出機２０１の反応・混練部および押出部のシリンダ設定温度を１７０℃に設定し、木粉３．０ｋｇ／Ｈを原料供給口２０５ヘ、溶剤と酸触媒６．０ｋｇ／Ｈを液体注入口２０７に供給し、木粉比約３３％の液化物を作成した。
【０１３３】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練用の押出機２０１の出口における液化物の温度は約１６５℃であった。また、吐出物の外観は泥状であった。さらに、吐出された液化物の未液化残渣率は約３５％と高く、その他の物性も良くなかった。
【０１３４】
（比較例１−２）：
実施例１−１と全く同様の装置、シリンダ設定温度を用い、木粉３．０ｋｇ／Ｈを原料供給口２０５ヘ、溶剤と酸触媒の混合液４．５ｋｇ／Ｈを液体注入口２０７に供給し、木粉比約４０％の液化物を作成した。
【０１３５】
この実験では、スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練用の押出機２０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、吐出物の外観はペースト状であった。さらに、吐出された液化物の未液化残渣率は約３２％と高く、その他の物性もあまり良くなかった。
【０１３６】
（比較例１−３）：
実施例１−１と全く同様の装置、シリンダ設定温度を用い、木粉３．０ｋｇ／Ｈを原料供給口２０５へ、溶剤と酸触媒の混合液３．０ｋｇ／Ｈを液体注入口２０７に供給し、木粉比約５０％の液化物を作成した。
【０１３７】
この実験では、スクリュ回転数１２０ｒｐｍの時の反応、混練用の押出機２０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、吐出物の外観はペースト状であった。さらに、吐出された液化物の未液化残渣率は約３７％と高く、その他の物性もあまり良くなかった。
【０１３８】
（比較例１−４）：
滞留時間を長くするためにスクリュ回転数を６０ｒｐｍに低下した。この場合には、反応、混練用の押出機２０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、 吐出物の外観は硬い泥状であった。さらに、吐出された液化物の未液化残渣率は約２８％とと意外に低かったが、その他の物性はあまり良くなかった。
【０１３９】
また、上記表１および表２の実験結果における実施例（１−１）〜（１−６）と比較例（１−１）〜（１−４）との比較は次の通りである。すなわち、比較例（１−１）〜（１−３）の構成では、反応、混練用押出機２０１のＬ／Ｄが短いため、滞留時間が不足し、反応不足により未液化残渣率が高い。また、冷却用押出機を使用していない、および反応停止処理を行っていないため、吐出後のバイオマス物質の液化物の蓄熱により、架橋反応が進行し、バイオマス物質の液化物が高分子化している。この二つの理由から、バイオマス物質の液化物の流動性が低下し、工業的に有用なバイオマス物質の液化物を得ることができなかった。
【０１４０】
一方、実施例（１−１）〜（１−６）の構成では、反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１のＬ／Ｄが長いために、必要な反応時間に対して滞留時間が十分あることより、未液化残渣率が低くなった。
【０１４１】
また、反応、混練、脱揮用の第１の押出機１０１において反応停止処理を行ったことにより、バイオマス物質の液化物の架橋反応が抑制されたため、高分子化が生ぜず、流動性の良いバイオマス物質の液化物を得ることができた。さらに、脱揮、冷却用の第２の押出機１０２を使用したことにより、バイオマス物質の液化物の蓄熱量が冷却により低減されたことにより、架橋反応が抑制されるとともに、バイオマス物質の液化物の均質化、および急速な温度低下による酸化防止も行われたため、高品質のバイオマス物質の液化物を得ることができた。
【０１４２】
ただし、シリンダ設定温度はリグノセルロース物質としてのバイオマス物質の液化物の液化率および架橋反応に微妙な影響を及ぼし、適正温度は１７０℃〜１８０℃前後にある事が判明した。すなわち、１６０℃以下では反応不足となり、１９０℃以上では架橋反応が進行してバイオマス物質の液化物の流動性が失われる。
【０１４３】
また、本発明装置による利点として、高いバイオマス物質比でも液化が可能な事が挙げられる。従来の方法（比較例（１−１）〜（１−４））では、木粉比が約３３％程度の場合で、未液化残渣率が３０数％程度であった。しかしながら、本発明における実施例１−５に示したように、木粉比が約５０％でも、２０％以下の未液化残渣率が達成できた。
【０１４４】
さらに、脱揮処理を本装置中で行っているため後処理が不要となり、本装置でバイオマス物質の液化物を製造するための全てのプロセスを、連続して行うことができるようになった。
【０１４５】
また、上記表１および表２では記述されていないが、スクリュ回転数を変更した場合、バイオマス物質の液化物中の未液化残渣率は変化した。すなわち、滞留時間が短くなるような運転条件の場合（例えば、スクリュ回転数を速くする、あるいは処理量を増大させる場合）は未液化残渣率は増大し、滞留時間が長くなるような運転条件の場合（例えば、スクリュ回転数を遅くする、あるいは処理量を低下させる場合）は、未液化残渣率が低下した。このことは、用途に応じて、バイオマス物質の液化物の特性を変化させられることを意味し、実際の工業化において、幅広い生産形態を可能にする。その結果、上記実施例（１−１）〜（１−６）および比較例（１−１）〜（１−３）の実験結果の比較から、本発明の装置が、バイオマス物質の液化に有効であることが確認された。
【０１４６】
次に、糖類物質としてのバイオマス物質として、乾燥した澱粉を用いた第２の実験を行なった。そして、この第２の実験の結果を、次に示す実施例（２−１）〜（２−２）および比較例（２−１）〜（２−４）を用いて説明する。
【０１４７】
なお、図５は、この第２の実験で使用したバイオマス物質液化物の製造装置の実験機全体の概略構成を示すものである。ここでは、反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１として、東芝機械製の同方向回転二軸押出機（形格：ＴＥＭ−３７ＢＳ）を、また脱揮、冷却用の第２の押出機３０２として東芝機械製の同方向回転軸押出機（形格：ＴＥＭ−３７Ｂ）をそれぞれ使用し、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２を反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１にカスケード型に接続した。ただし、第１の押出機３０１と第２の押出機３０２とのジャンクション部３０３は、反応・混練用第１の押出機３０１と冷却用第２の押出機３０２を固定しない開放系とした。さらに、スクリュ口径は、どちらの機械も３７ｍｍである。
【０１４８】
澱粉用の原料供給フィーダ３０４には容量式の単軸スクリュフィーダを使用し、溶剤と酸触媒の混合液および反応停止剤の注入には二連式のプランジャポンプ３０５を使用した。なお、図５中で、３２１は溶剤と酸触媒の混合液の注入装置、３２２は反応停止剤の中和液の注入装置である。
【０１４９】
さらに、反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１は、Ｌ／Ｄ＝４８、シリンダ温度調節は７ゾーンで加熱・冷却制御である。また、シリンダには、基部からジャンクション部３０３に向かって原料供給口３０６、液体注入口３０７、停止剤供給口３０８、真空ベント口３０９が設けられている。この真空ベント口３０９には真空ポンプ３２３と、コンデンサ３２４とを備えた第１の脱揮装置３２５が連結されている。
【０１５０】
なお、澱粉は乾燥しているため、木粉用の装置のような水蒸気排出用のべント口１０７（図３参照）は省略することができる。液体注入口３０７および反応停止剤供給口３０８には、液体注入弁が取り付けられている。ただし、ここで注入される液体は常温で液体であるため、加熱は行わず、常温で注入される。スクリュは、搬送部、反応・混練部、反応停止部、脱揮部、押出部から構成されるものを使用した。
【０１５１】
また、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２は、Ｌ／Ｄ＝３２、シリンダは加熱・冷却が可能であり、シリンダ基部には、ジャンクション部３０３との接続口３１１が設けられている。さらに、ジャンクション部３０３との接続口３１１の前後には、真空リアベント口３１２と真空ベント口３１３が設けられている。そして、真空リアベント口３１２および真空ベント口３１３には真空ポンプ３２６と、コンデンサ３２７とを備えた第２の脱揮装置３２８が連結されている。
【０１５２】
また、第２の押出機３０２のスクリュは、全てフルフライトスクリュから構成されるものを使用し、スクリュ冷却は実施しなかった。スクリュ回転数は、３０ｒｐｍで固定とした。さらに、第２の押出機３０２の先端には、内径約１０ｍｍのノズル３１４が取り付けられ、そこから液化された澱粉が吐出される。
【０１５３】
また、この第２の実験で用いた溶剤ととしては、多価アルコール系のポリエチレングリコールとグリセリンを７０：３０の比で混合した物を使用した。さらに、酸触媒は硫酸を使用し、ポリエチレングリコールとグリセリンの混合液に約３％（３重量部）添加した。すなわち、溶剤と酸触媒の混合液として、押出機に注入した。反応停止剤としては、水酸化マグネシウム水溶液を使用した。
【０１５４】
（実施例２−１）：
反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１の反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１８０℃に設定し、澱粉６．８ｋｇ／Ｈを原料供給口３０６へ、溶剤と酸触媒９．２ｋｇ／Ｈを液体注入口３０７に供給し、澱粉比約４３％の液化物を作成した。スクリュ回転数８０ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１の出口における液化物の温度は約１８０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２の先端に取り付けられたノズル３１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観の良好な液体状態で吐出された。吐出された液化物の未溶解残渣率は０％と極めて良好であり、その他の物性も比較的良好であった。
【０１５５】
（実施例２−２）：
実施例２−１と全く同様の装置、シリンダ設定温度を用い、澱粉６．５ｋｇ／Ｈを原料供給口３０６ヘ、溶剤と酸触媒の混合液６．５ｋｇ／Ｈを液体注入口３０７に供給し、澱粉比約５０％の液化物を作成した。スクリュ回転数１８０ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１の出口における液化物の温度は約１８０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２の先端に取り付けられたノズル３１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観の良好な液体状態で吐出された。吐出された液化物の未溶解残渣率は０％と極めて良好であり、その他の物性も良好であった。
【０１５６】
（比較例２−１）：
実施例２−１と全く同様の装置を用い、澱粉６．８ｋｇ／Ｈを原料供給口３０６ヘ、溶剤と酸触媒の混合液９．２ｋｇ／Ｈを液体注入口３０７に供給し、澱粉比約４３％の液化物を作成した。ただし、第１の押出機３０１の反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１７０℃とした。スクリュ回転数１００ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２の先端に取り付けられたノズル３１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観は硬い液体状態で吐出された。吐出された液化物の未溶解残渣率は０％であったが、その他の物性が許容範囲内ではあるが若干低下した。
【０１５７】
（比較例２−２）：
実施例２−１と全く同様の装置を用い、澱粉６．５ｋｇ／Ｈを原料供給口３０６ヘ、溶剤と酸触媒の混合液６．５ｋｇ／Ｈを液体注入口３０７に供給し、澱粉比約５０％の液化物を作成した。ただし、第１の押出機３０１の反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１５０℃とした。スクリュ回転数６０ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１の出口における液化物の温度は約１５０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２の先端に取り付けられたノズル３１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観は流動性の乏しいゲル状態で吐出された。吐出された液化物の未溶解残渣率は４２％であり、極めて液化率が低かった。
【０１５８】
（比較例２−３）：
実施例２−１と全く同様の装置を用い、澱粉６．５ｋｇ／Ｈを原料供給口３０６ヘ、溶剤と酸触媒の混合液６．５ｋｇ／Ｈを液体注入口３０７に供給し、澱粉比約５０％の液化物を作成した。ただし、第１の押出機３０１の反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１６０℃とした。スクリュ回転数６０ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１の出口における液化物の温度は約１６０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２の先端に取り付けられたノズル３１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観は流動性の乏しいゴム状態で吐出された。吐出された液化物の未溶解残渣率は２５％とと液化率が低かった。
【０１５９】
（比較例２−４）：
実施例２−１と全く同様の装置を用い、澱粉６．５ｋｇ／Ｈを原料供給口３０６へ、溶剤と酸触媒の混合液６．５ｋｇ／Ｈを液体注入口３０７に供給し、澱粉比約５０％の液化物を作成した。ただし、第１の押出機３０１の反応・混練部、脱揮部および押出部のシリンダ設定温度を１７０℃とした。スクリュ回転数１８０ｒｐｍの時の反応、混練、脱揮用の第１の押出機３０１の出口における液化物の温度は約１７０℃であった。また、脱揮、冷却用の第２の押出機３０２の先端に取り付けられたノズル３１４の出口での液化物の温度は約１７℃であり、外観は硬い液体状態で吐出された。吐出された液化物の未溶解残渣率は０％であったが、その他の物性が若干悪かった。
【０１６０】
なお、この第２の実験の実験結果は次の表３および表４に示す通りである。
【０１６１】
【表３】
【表４】
以上の第１の実験および第２の実験の通り、実施例（１−１）〜（１−６），（２−１）〜（２−２）および比較例（１−１）〜（１−３），（２−１）〜（２−４）で、本発明の装置が、バイオマス物質の液化に有効であることが確認された。
【０１６４】
すなわち、比較例（１−１）〜（１−３）の構成では、反応、混練用押出機のＬ／Ｄが短いため、滞留時間が不足し、反応不足により未溶解残渣率が高い。また、冷却用押出機を使用していない、および反応停止処理を行っていないため、吐出後の液化物の蓄熱により架橋反応が進行し、液化物が高分子化している。この二つの理由から、流動性が低下し、工業的に有用なバイオマス物質の液化物を得ることができなかった。
【０１６５】
一方、実施例（１−１）〜（ｌ−６）の構成では、反応、混練、脱揮用押出機のＬ／Ｄが長いために、必要な反応時間に対して滞留時間が十分あることより、未溶解残渣率が低くなった。また、脱揮、冷却押出機を使用したこと、および反応停止処理を行ったことより、液化物の蓄熱による架橋反応が抑制されたため、高分子化がおきず、流動性の良い液化物を得ることができた。
【０１６６】
また、実施例（１−１）〜（１−６），（２−１）〜（２−２）および比較例（１−１）〜（１−３），（２−１）〜（２−４）より、シリンダ設定温度は糖類物質としてのバイオマス物質の液化率および架橋反応に微妙な影響を及ぼし、適正温度は１７０℃〜１８０℃前後にある事が判明した。すなわち、１６０℃以下では反応不足となり、１９０℃以上では架橋反応が進行して流動性が失われる。
【０１６７】
そこで、上記構成のものにあっては次の効果を奏する。すなわち、本実施の形態では、反応、混練、脱揮を行う二軸押出機からなる第１の押出機２と脱揮、冷却用の単軸あるいは二軸押出機からなる第２の押出機４とをタンデム型に接続して組み合わせ、バイオマス物質と、溶剤および酸触媒、あるいはそれらの混合物をそれぞれ別々の場所から供給し、先に供給されたバイオマス物質中に含有されている水分を反応、混練、脱揮用の第１の押出機２のベント口１５から除去した後に、乾燥されたバイオマス物質とポンプ３１、３４により反応、混練、脱揮用の第１の押出機２に圧入された溶剤を酸触媒下で反応・混練することで液化させ、この生成したバイオマス物質の液化物にポンプ４１により圧入される酸触媒の中和剤を混合して酸性雰囲気を消滅させて反応を停止することで過剰反応を防ぎ、未反応の過剰溶剤を真空除去した後に、バイオマス物質の液化物を第２の押出機４で脱揮、冷却することにより、バイオマス物質の液化が高効率、連続的、定常的に処理できるようになる。そのため、バイオマス物質の液化を連続的かつ安定的に実施可能であり、かつ高品質の液化物を工業的に得ることができる。
【０１６８】
さらに、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施できることは勿論である。
【０１６９】
【発明の効果】
請求項１、２の発明では材料供給部から第１の押出機に供給されたバイオマス物質を粉砕搬送部で粉砕しながら搬送し、反応用薬剤注入部で反応用薬剤を注入した状態で、反応促進部でバイオマス物質と反応用薬剤とを混合し、混練してバイオマス物質の液状化反応を促進させたのち、反応停止剤注入部で、反応停止剤を注入して液状化反応されるバイオマス物質の反応を停止させることにより、バイオマス物質の過剰反応による高分子化を防止する。続いて、バイオマス物質の液化物に残る未反応の過剰溶剤を脱揮部で除去した後、第１の押出機から送り出される高温のバイオマス物質の液化物を第２の押出機に供給し、バイオマス物質の液化物を冷却しながらバイオマス物質の液化物の取出し口側に搬送するようにしたものである。そのため、例えば生分解性または生物崩壊性を有する種々の樹脂原料等として有用なバイオマス物質の液化物を多量に効率よく、再現性良く連続的に、かつ低コストで製造できるとともに、得られる液化物の品質にバラツキが生じることなく製造安定性に優れる。
【０１７０】
また、請求項３の発明では第１の押出機にシリンダの温度を調整する温度調整手段を設けたので、第１の押出機の駆動時に温度調整手段によってシリンダの温度を調整することにより、シリンダの温度をバイオマス物質の炭化・劣化を防止する比較的低温状態に設定したり、バイオマス物質の反応、混練、脱揮を促進する比較的高温状態に設定することができる。
【０１７１】
また、請求項４の発明ではバイオマス物質中に含有される水分を除去するベント口が、第１の押出機の材料供給部と反応用薬剤注入部との間に設けられ、ベント口の周囲にバイオマス物質の乾燥部が配置されているので、第１の押出機の駆動中、材料供給部と反応用薬剤注入部との間のベント口からバイオマス物質中に含有される水分を除去することにより、ベント口の周囲の乾燥部でバイオマス物質を乾燥させることができる。
【０１７２】
また、請求項５の発明では第１の押出機の駆動中、シリンダ内の２本のスクリュの回転にともない粉砕搬送部と、乾燥部と、反応促進部と、反応停止剤注入部と脱揮部との間に配置される反応停止部と、脱揮部と、この脱揮部から押出される液状化されたバイオマス物質の押出部とにそれぞれ配置される各スクリュによってバイオマス物質をシリンダ内で円滑に順次搬送させることができる。
【０１７３】
また、請求項６の発明では反応促進部のシリンダの内部の２本のスクリュに複数のニーディングディスクと複数のスクリュセグメントとを交互に配置することにより、バイオマス物質がニーディングディスクを通過する際にバイオマス物質の反応が急速に進行することを防止してバイオマス物質の反応を好適な状態に調整することができる。
【０１７４】
また、請求項７の発明では第１の押出機の粉砕搬送部のシリンダの設定温度を１５０℃以下の低温状態に設定することにより、粉砕搬送部を通るバイオマス物質の炭化・劣化を防止するとともに、反応促進部および脱揮部のシリンダの設定温度を１６０℃〜１９０℃の高温状態に設定することにより、バイオマス物質の反応、混練、脱揮を促進することができる。
【０１７５】
また、請求項８の発明では第１の押出機に対して第２の押出機をタンデム型に接続することにより、第１の押出機から送られるバイオマス物質の液化物を第２の押出機を構成する単軸押出機のシリンダの内部の１本のスクリュの回転、あるいは二軸押出機のシリンダの内部の２本のスクリュの回転により、バイオマス物質の液化物の取出し口側に円滑に搬送することができる。
【０１７６】
また、請求項９の発明では第１の押出機から第２の押出機にバイオマス物質の液化物を送り出す際に、第２の押出機の第２の脱揮部によってバイオマス物質の液化物中から未反応の溶剤を除去することができる。
【０１７７】
また、請求項１０の発明ではバイオマス物質の液化物の用途に応じて、第２の押出機の冷却手段によってバイオマス物質の液化物の過剰反応を防止する室温に冷却することができる。
【０１７８】
また、請求項１１の発明ではフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種の物質と酸触媒あるいはそれらの混合物からなる反応用薬剤を反応用薬剤注入部に注入させることにより、バイオマス物質の液状化反応を促進させることができる。
【０１７９】
また、請求項１２の発明では酸触媒を中和する物質によって形成された反応停止剤を反応停止剤注入部に注入させることにより、反応促進部の酸触媒下で進行するバイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応を停止し、架橋反応の過剰反応による高分子化を防止することができる。
【０１８０】
また、請求項１３の発明では反応停止部で酸触媒を中和する物質により、バイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応が停止された後に、液状化されたバイオマス物質中に含まれる未反応の過剰溶剤を脱揮部のベント口で吸引除去することができる。
【０１８１】
また、請求項１４の発明ではバイオマス物質の液化物の製造時には第１の押出機に供給されたバイオマス物質を粉砕搬送工程で粉砕しながら搬送し、反応用薬剤注入工程で反応用薬剤を注入するとともに、次の反応促進工程でバイオマス物質と反応用薬剤とを混合し、混練してバイオマス物質の液状化反応を促進させたのち、反応停止剤注入工程で、反応停止剤を注入し、液状化反応されるバイオマス物質の反応を停止させることにより、バイオマス物質の過剰反応による高分子化を防止し、さらに次の脱揮工程で未反応の溶剤を除去してバイオマス物質の液化物を製造した後、この第１の押出機から送り出される高温のバイオマス物質の液化物を第２の押出機に供給し、バイオマス物質の液化物を冷却しながらバイオマス物質の液化物の取出し口側に搬送するようにしたので、バイオマス物質の液化物を多量に効率よく、再現性良く連続的に、かつ低コストで製造できるとともに、得られる液化物の品質にバラツキが生じることなく製造安定性に優れる。
【０１８２】
また、請求項１５の発明では第１の押出機の粉砕搬送工程のシリンダの設定温度を１５０℃以下の低温状態に設定することにより、粉砕搬送工程におけるバイオマス物質の炭化・劣化を防止するとともに、反応促進工程および脱揮工程のシリンダの設定温度を１６０℃〜１９０℃の高温状態に設定することにより、バイオマス物質の反応、混練、脱揮を促進することができる。
【０１８３】
また、請求項１６の発明ではフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種の物質と酸触媒あるいはそれらの混合物からなる反応用薬剤を反応用薬剤注入工程で注入させることができる。
【０１８４】
また、請求項１７の発明では反応促進工程の酸触媒下で進行するバイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応を、反応停止剤注入工程で、酸触媒を中和する物質によって形成される反応停止剤を注入して停止することにより、架橋反応等の過剰反応による高分子化を防止することができる。
【０１８５】
また、請求項１８の発明では第１の押出機から第２の押出機にバイオマス物質の液化物の押出物を送り出す際に、第２の押出機の第２の脱揮工程によってバイオマス物質の液化物の押出物中から未反応の溶剤を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態におけるバイオマス物質液化物の製造装置全体を示す概略構成図。
【図２】第１の実施の形態の製造装置で使用される第１の押出機を示す概略構成図。
【図３】第１の実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置における第１の実験で使用される実施例（１−１）〜（１−６）の実験装置の概略構成図。
【図４】第１の実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置における第１の実験で使用される比較例（１−１）〜（１−４）の実験装置の概略構成図。
【図５】第１の実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置における第２の実験で使用される実施例（２−１）〜（２−２）および比較例（２−１）〜（２−４）の実験装置の概略構成図。
【符号の説明】
２ 第１の押出機
３ 吐出ノズル（取出し口）
４ 第２の押出機
１４ 原料供給口（材料供給部）
２３ 脱揮部
２５ 粉砕搬送部
２７ 液体注入部（反応用薬剤注入部）
３７ 反応促進部
３８ 液体中和剤注入部（反応停止剤注入部）
５４ スクリュ（搬送手段）
５７ スクリュ冷却継手部（冷却手段）
５８ ジャケット部（冷却手段）
Claims (18)
- バイオマス物質が供給される材料供給部と、
この材料供給部から供給されたバイオマス物質を粉砕しながら搬送する粉砕搬送部と、
この粉砕搬送部で粉砕されたバイオマス物質の液状化反応を促進させるための反応用薬剤を注入する反応用薬剤注入部と、
上記バイオマス物質と上記反応用薬剤とを混合し、混練して上記バイオマス物質の液状化反応を促進させる反応促進部と、
この反応促進部の下流側に配置され、液状化反応される上記バイオマス物質の反応を停止させる反応停止剤を注入する反応停止剤注入部と、
この反応停止剤注入部の下流側に配置され、未反応薬剤を除去する脱揮部とを備え、上記バイオマス物質の液化物を製造する第１の押出機と、
この第１の押出機から送り出される高温の上記バイオマス物質の液化物を冷却する冷却手段と、
この冷却手段で上記バイオマス物質の液化物を冷却しながら上記バイオマス物質の液化物の取出し口側に搬送する搬送手段とを備えた第２の押出機とを具備することを特徴とするバイオマス物質液化物の製造装置。 - 上記第１の押出機はシリンダの内部に２本のスクリュが回転自在に挿入された二軸押出機であることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス物質液化物の製造装置。
- 上記第１の押出機は上記シリンダの温度を調整する温度調整手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のバイオマス物質液化物の製造装置。
- 上記第１の押出機はバイオマス物質中に含有される水分を除去するベント口が、上記材料供給部と上記反応用薬剤注入部との間に設けられ、上記ベント口の周囲に上記バイオマス物質の乾燥部が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス物質液化物の製造装置。
- 上記第１の押出機は上記シリンダ内の２本のスクリュに上記粉砕搬送部と、上記乾燥部と、上記反応促進部と、上記反応停止剤注入部と上記脱揮部との間に配置される反応停止部と、上記脱揮部と、この脱揮部から押出される液状化された上記バイオマス物質の押出部とにそれぞれ配置されるスクリュが設けられていることを特徴とする請求項１、２、４のいずれかに記載のバイオマス物質液化物の製造装置。
- 上記反応促進部は上記シリンダの内部の２本のスクリュに複数のニーディングディスクと複数のスクリュセグメントとを交互に配置して上記バイオマス物質の反応を調整する反応調整手段が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のバイオマス物質液化物の製造装置。
- 上記第１の押出機は上記粉砕搬送部の上記シリンダの設定温度が上記バイオマス物質の炭化・劣化を防止する１５０℃以下の低温状態に設定され、上記反応促進部および上記脱揮部の上記シリンダの設定温度が反応、混練、脱揮を促進する１６０℃〜１９０℃の高温状態に設定されていることを特徴とする請求項５に記載のバイオマス物質液化物の製造装置。
- 上記第２の押出機は加熱・冷却能力を持つシリンダの内部に１本のスクリュが回転自在に挿入された単軸押出機、あるいは加熱・冷却能力を持つシリンダの内部に２本のスクリュが回転自在に挿入された二軸押出機が上記第１の押出機に対してタンデム型に接続されたものであることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス物質液化物の製造装置。
- 上記第２の押出機は上記第１の押出機から送り出される上記バイオマス物質の液化物の押出物中から未反応薬剤を除去する第２の脱揮部が設けられていることを特徴とする請求項１または８に記載のバイオマス物質液化物の製造装置。
- 上記第２の押出機は上記バイオマス物質の液化物の用途に応じて、上記冷却手段によって上記バイオマス物質の液化物が過剰反応を防止する室温に冷却されていることを特徴とする請求項１または８に記載のバイオマス物質液化物の製造装置。
- 上記反応用薬剤注入部に注入される反応用薬剤はフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種の物質と酸触媒あるいはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１に記載のバイオマス物質液化物の製造装置。
- 上記反応停止剤注入部に注入される反応停止剤は上記酸触媒を中和する物質によって形成され、上記反応促進部の酸触媒下で進行する上記バイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応を停止し、架橋反応の過剰反応による高分子化を防止するものであることを特徴とする請求項１１に記載のバイオマス物質液化物の製造装置。
- 上記脱揮部で上記未反応薬剤を除去する手段は上記反応停止部で上記酸触媒を中和する物質により、上記バイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応が停止された後に、液状化されたバイオマス物質中に含まれる過剰薬剤をも吸引除去するベント口を備えていることによることを特徴とする請求項１２に記載のバイオマス物質液化物の製造装置。
- バイオマス物質の液化物を製造する第１の押出機にバイオマス物質を供給するバイオマス物質供給工程と、
上記材料供給部から供給されたバイオマス物質を粉砕しながら搬送する粉砕搬送工程と、
この粉砕搬送工程で粉砕されたバイオマス物質に液状化反応を促進させるための反応用薬剤を注入する反応用薬剤注入工程と、
上記バイオマス物質と上記反応用薬剤とを混合し、混練して上記バイオマス物質の液状化反応を促進させる反応促進工程と、
この反応促進工程で液状化反応されたのち、上記バイオマス物質の液状化反応を停止させる反応停止剤を注入する反応停止剤注入工程と、
この反応停止剤注入工程で注入された反応停止剤によって液状化反応が停止された上記バイオマス物質から未反応薬剤を除去する脱揮工程と、
上記第１の押出機で製造された高温の上記バイオマス物質の液化物を上記第１の押出機とタンデムに接続された第２の押出機に供給するバイオマス物質の液化物供給工程と、
上記第２の押出機に供給された上記バイオマス物質の液化物を冷却しながら上記バイオマス物質の液化物の取出し口側に搬送する搬送工程と
を具備することを特徴とするバイオマス物質液化物の製造方法。 - 上記第１の押出機での上記粉砕搬送工程は上記バイオマス物質の温度が上記バイオマス物質の炭化・劣化を防止する１５０℃以下の低温状態に設定され、
上記反応促進工程および上記脱揮工程での上記バイオマス物質の温度が反応、混練、脱揮を促進する１６０℃〜１９０℃の高温状態に設定されていることを特徴とする請求項１４に記載のバイオマス物質液化物の製造方法。 - 上記反応用薬剤注入工程で注入される反応用薬剤はフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種の物質と酸触媒あるいはそれらの混合物であることを特徴とする請求項１４に記載のバイオマス物質液化物の製造方法。
- 上記反応停止剤注入工程は上記反応促進工程の酸触媒下で進行する上記バイオマス物質とフェノール類、多価アルコール類および環状エステル類から選択される一種または二種以上の物質との反応を、上記酸触媒を中和する物質によって形成される反応停止剤を注入して停止し、架橋反応等の過剰反応による高分子化を防止する工程であることを特徴とする請求項１６に記載のバイオマス物質液化物の製造方法。
- 上記第２の押出機での上記搬送工程は上記第１の押出機から送り出される上記バイオマス物質の液化物の押出物中から未反応薬剤を除去する第２の脱揮工程を具備することを特徴とする請求項１４に記載のバイオマス物質液化物の製造方法。
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