JP4028588B2 - How to use lignocellulosic biomass - Google Patents

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Description

本発明は、木材等のリグノセルロース系バイオマスの利用方法に関し、さらに詳しくは、木材等のリグノセルロース系バイオマスからメタンを主成分とする可燃性ガスを回収するリグノセルロース系バイオマスの利用方法に関するものである。 The present invention relates to a method for using lignocellulosic biomass such as wood, and more particularly to a method for using lignocellulosic biomass for recovering combustible gas mainly composed of methane from lignocellulosic biomass such as wood. is there.

光合成生物が太陽光のエネルギーを利用して二酸化炭素と水から合成した有機物、及びそれらが他の生物によって変換されて生成した有機物の総体であるバイオマスは、有機物の生成に関与した生物が生育できる環境を維持することにより、繰り返し再生産することができる。また、バイオマスを燃焼させて熱エネルギーを得る場合でも、発生する二酸化炭素(CO2)を再び同じ有機物として固定することができるため、地球温暖化の原因とされる大気中の二酸化炭素濃度の上昇を引き起こさない。この意味で、バイオマスは、太陽光や風力と同じく再生可能でカーボンニュートラルな燃料源と考えられる。
特に、セルロース及びヘミセルロースを主成分とする繊維細胞がリグニンを主成分とする細胞間層によって結合されているリグノセルロース系バイオマスは、光合成効率が高く、しかもわが国土を含め地球全体に広く繁茂する樹木等の高等植物の構成体であることから、再生可能でカーボンニュートラルな燃料源として今後一層広く利用することが期待されている。
Biomass, which is the total of organic matter synthesized from carbon dioxide and water by using photosynthetic organisms, and the organic matter produced by converting them with other organisms, allows the organisms involved in the production of organic matter to grow By maintaining the environment, it can be repeatedly reproduced. In addition, even when biomass is burned to obtain thermal energy, the generated carbon dioxide (CO 2 ) can be fixed again as the same organic matter, increasing the concentration of carbon dioxide in the atmosphere, which is a cause of global warming. Does not cause. In this sense, biomass is considered to be a renewable and carbon-neutral fuel source, like solar and wind power.
In particular, lignocellulosic biomass, in which fiber cells mainly composed of cellulose and hemicellulose are combined by an intercellular layer composed mainly of lignin, has a high photosynthetic efficiency and is a tree that thrives widely throughout the earth including Japan. Therefore, it is expected to be used more widely as a renewable and carbon neutral fuel source in the future.

ところが、リグノセルロース系バイオマスは、石炭、石油や天然ガスなどの化石燃料と比較すると単位重量あたりの発熱量が小さく、しかも、通常は固形物であってかさ密度も小さいため、森林等の生育場所で採取されてから消費されるまでの間に長距離輸送したり、大量に貯蔵したりするには適しておらず、また、自動車のエンジン等の内燃機関の燃料として用いることができない。このため、リグノセルロース系バイオマスをそのままの形態で燃料として使用するには制約があり、今後一層広く利用されるためには、単位重量あたりの発熱量が大きくて輸送もしやすく、また、内燃機関の燃料としても利用できる流体燃料へと転換することが求められる。
ところで、一般に、炭素と水素を含有する有機系の燃料は、炭素に対する水素の比率が多いほど均一に燃焼することが可能であり、したがって、燃焼に際して発生する窒素酸化物、未燃焼の炭化水素又は一酸化炭素(CO)などの汚染物質の発生量も少ないという傾向がある。このため、炭素1原子に対して水素4原子をもつメタン(CH4)は、炭素含有量がゼロである水素に次いで最もクリーンな燃料と考えられる。また、メタンは容易に水素と二酸化炭素に改質できるため、クリーンで効率の高い発電装置である燃料電池の燃料として使用することも可能である。
以上の理由から、リグノセルロース系バイオマスを燃料として利用する場合、一旦、メタンや水素を主成分とする可燃性ガスに転換して使用することが好ましい。
However, lignocellulosic biomass has a lower calorific value per unit weight than fossil fuels such as coal, oil, and natural gas, and is usually a solid and has a low bulk density. It is not suitable for long-distance transportation or storage in large quantities from when it is sampled to when it is consumed, and it cannot be used as fuel for internal combustion engines such as automobile engines. For this reason, there are restrictions on the use of lignocellulosic biomass as fuel as it is, and in order to be used more widely in the future, the calorific value per unit weight is large and easy to transport. It is required to switch to a fluid fuel that can also be used as fuel.
By the way, in general, an organic fuel containing carbon and hydrogen can be uniformly burned as the ratio of hydrogen to carbon increases. Therefore, nitrogen oxides generated during combustion, unburned hydrocarbons or There is a tendency that the amount of pollutants such as carbon monoxide (CO) is also low. For this reason, methane (CH 4 ) having 4 hydrogen atoms per carbon atom is considered to be the cleanest fuel after hydrogen with zero carbon content. In addition, since methane can be easily reformed into hydrogen and carbon dioxide, it can be used as a fuel for a fuel cell which is a clean and highly efficient power generator.
For the above reasons, when lignocellulosic biomass is used as a fuel, it is preferably once converted into a combustible gas mainly composed of methane or hydrogen.

リグノセルロース系バイオマスからメタンや水素を主成分とする可燃性ガスを回収するためには、従来は、該リグノセルロース系バイオマスを、酸素をほとんど供給しない状態で別の熱源から得た熱を与えて十分な高温状態にすることにより、水素やメタンなどの低分子ガスを主成分とする可燃性ガスとチャーに分解する(以下、熱分解という)か、又はリグノセルロース系バイオマスが完全燃焼するのに必要な量より少ない量だけ酸素を供給して不完全燃焼させ、それに伴って発生する熱によって十分な高温状態にすることにより水素やメタンなどの低分子ガスを主成分とする可燃性ガスを得る(以下、ガス化という)のが通常であった。   In order to recover flammable gas mainly composed of methane and hydrogen from lignocellulosic biomass, conventionally, the lignocellulosic biomass is supplied with heat obtained from another heat source with almost no oxygen supplied. By making the temperature sufficiently high, it decomposes into combustible gas and char mainly composed of low molecular gases such as hydrogen and methane (hereinafter referred to as thermal decomposition), or lignocellulosic biomass is completely burned. By supplying oxygen less than the required amount, incomplete combustion is performed, and the heat generated is brought to a sufficiently high temperature to obtain a combustible gas mainly composed of low molecular gases such as hydrogen and methane. (Hereinafter referred to as gasification) was normal.

ところが、リグノセルロース系バイオマスは、酸素をほとんど含まない石炭などの炭化水素燃料とは異なり酸素を比較的多く含む。このため、リグノセルロース系バイオマスを、水素やメタンなどの低分子ガスを主成分とする可燃性ガスを得るために必要な程度の温度まで加熱すると、少量の酸素を供給して行うガス化の場合はもちろん、酸素をほとんど供給しない熱分解の場合においても、含有する炭素の大部分はメタンではなく一酸化炭素に転換される。そして、一酸化炭素はそれ自身が有毒であるだけでなく発熱量も低く、さらに燃料電池の燃料として使用する場合には電解質を劣化させるという問題がある。
このため、一酸化炭素を含むガスを燃料として使用するためには、下式(1)や(2)の反応によって水素やメタンに転換することが好ましいが、そのためには熱分解又はガス化の工程とは別の工程が必要であり、さらにその工程においては高価な触媒や非常に高い温度を必要とするという問題がある。
CO+H2O → H2+CO2 (1)
CO+3H2 → CH4+H2O (2)
However, lignocellulosic biomass contains a relatively large amount of oxygen, unlike hydrocarbon fuels such as coal, which hardly contain oxygen. For this reason, when lignocellulosic biomass is heated to a temperature necessary to obtain a combustible gas mainly composed of low molecular gases such as hydrogen and methane, gasification is performed by supplying a small amount of oxygen. Of course, even in the case of pyrolysis with little oxygen supply, most of the carbon contained is converted to carbon monoxide instead of methane. Carbon monoxide itself is not only toxic but also has a low calorific value, and further has a problem of degrading the electrolyte when used as a fuel for a fuel cell.
Therefore, in order to use a gas containing carbon monoxide as fuel, it is preferable to convert it to hydrogen or methane by the reaction of the following formulas (1) and (2). There is a problem that a process different from the process is required, and that an expensive catalyst and a very high temperature are required in the process.
CO + H 2 O → H 2 + CO 2 (1)
CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O (2)

また、このような従来の方法においては、水素と一酸化炭素を主成分とするガスを得る熱分解又はガス化の工程は、通常、リグノセルロース系バイオマスを千℃前後の高温状態にして行われる。そして、このような高温状態にさらされる部材は高価な耐熱材料によって構成する必要があり、しかも、産業上利用可能な耐熱材料では寿命が短いためメンテナンスも頻繁に行わなければならないという問題があった。
さらに、比較的低い温度でリグノセルロース系バイオマスを熱分解又はガス化するとタール分が生成するが、千℃前後の温度では生成したタール分は完全には分解できない。このため、通常の運転状態では水素と一酸化炭素を主成分とする可燃性ガス中にタール分が含有されることになるが、そのタール分はガスが冷却された後には凝縮し、ガスが流れるダクトやガスの貯蔵容器内に付着する。これを防止するためには、さらに高価な耐熱材料を用いた上で温度を上昇させるか、ガスの冷却前又は冷却と同時にタール分を取り除く工程を別途設ける必要があるという問題がある。
Further, in such a conventional method, the pyrolysis or gasification step for obtaining a gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide is usually performed with lignocellulosic biomass at a high temperature of about 1000 ° C. . And the member exposed to such a high temperature state needs to be composed of an expensive heat-resistant material, and the heat-resistant material that can be used industrially has a short life and has to be frequently maintained. .
Furthermore, when lignocellulosic biomass is pyrolyzed or gasified at a relatively low temperature, a tar content is generated, but at a temperature around 1000 ° C., the generated tar content cannot be completely decomposed. For this reason, in a normal operation state, a tar content is contained in a combustible gas mainly composed of hydrogen and carbon monoxide. The tar content is condensed after the gas is cooled, and the gas is It adheres to flowing ducts and gas storage containers. In order to prevent this, there is a problem that it is necessary to further increase the temperature after using an expensive heat-resistant material or to separately provide a step of removing tar before or simultaneously with cooling of the gas.

また、一般に、木材等のリグノセルロース系バイオマスは含水率が高いが、従来の方法においては、熱分解又はガス化の工程において、リグノセルロース系バイオマスに含まれている水分をすべて同時に蒸発させることになる。このため、熱分解の工程においては、水分蒸発のために必要なだけの熱を別の熱源から余分に得なければならず、一方、ガス化の工程においては、水分を蒸発させるために発生した熱が奪われるため、必要な高温状態にするためには、外部から助燃剤を供給して燃焼温度を上げなければならない。いずれにしてもリグノセルロース系バイオマスが含有する水分を蒸発させるためにエネルギーを損失するという問題があった。
このような問題を避けるためには、リグノセルロース系バイオマスをあらかじめ乾燥した上で熱分解又はガス化する必要があるが、その場合でも、乾燥のために熱が必要になるか、あるいは非常に長時間乾燥した場所で貯留しておく必要があるという問題がある。
In general, lignocellulosic biomass such as wood has a high water content, but in the conventional method, all the water contained in the lignocellulosic biomass is evaporated at the same time in the pyrolysis or gasification step. Become. For this reason, in the process of pyrolysis, it is necessary to obtain extra heat necessary for water evaporation from another heat source, while in the gasification process, it is generated to evaporate water. Since heat is taken away, in order to obtain a necessary high temperature state, a combustion aid must be supplied from the outside to raise the combustion temperature. In any case, there is a problem that energy is lost to evaporate the water contained in the lignocellulosic biomass.
In order to avoid such problems, it is necessary to dry the lignocellulosic biomass in advance and then pyrolyze or gasify it, but even in that case, heat is required for drying or it is very long. There is a problem that it is necessary to store in a dry place for hours.

特表平09−508663Special table hei 09-508663 特開2001−131560JP2001-131560

本発明では、上記の従来の技術の問題点を解決し、木材等のリグノセルロース系バイオマスから、メタンを主成分として一酸化炭素及びタール分を含まない可燃性ガスを、高価な耐熱性材料を必要とするような高温状態を経ることなく、しかも一酸化炭素及びタール分を除去するための工程を付加することなく得ることができ、さらに、リグノセルロース系バイオマスが含有する水分を蒸発させることによるエネルギーの損失が伴わないリグノセルロース系バイオマスの利用方法を提供することを目的とする。   In the present invention, the above-mentioned problems of the conventional techniques are solved, and from lignocellulosic biomass such as wood, combustible gas containing methane as a main component and not containing carbon monoxide and tar content, an expensive heat-resistant material. It can be obtained without passing through a high temperature state as required, and without adding a process for removing carbon monoxide and tar content, and by evaporating the water contained in the lignocellulosic biomass It aims at providing the utilization method of lignocellulosic biomass without the loss of energy.

上記目的を達成するために、リグノセルロース系バイオマスの利用方法に係る第1の発明は、リグノセルロース系バイオマスを水酸化ナトリウムを主要有効成分とする蒸解薬液に浸漬させることによりセルロース系繊維を離解させて蒸解物混合液を得る蒸解工程、該蒸解物混合液に水、水溶液又は水を媒体とする懸濁液を加えた上でセルロース系繊維懸濁液と蒸解廃液に分離する洗浄工程、該セルロース系繊維懸濁液、又は該セルロース系繊維懸濁液中のセルロース系繊維を加水分解して得た単糖類溶液、又は該単糖類溶液中の単糖類を酸生成分解して得た有機酸溶液を嫌気性微生物によって処理し、メタンを主成分とする可燃性ガスを発生せしめるメタン発酵工程からなるようにしたものである。   In order to achieve the above object, a first invention relating to a method for using lignocellulosic biomass is to disaggregate cellulosic fibers by immersing lignocellulosic biomass in a cooking chemical containing sodium hydroxide as a main active ingredient. A cooking step for obtaining a cooked mixture, a washing step for adding water, an aqueous solution or a suspension containing water as a medium to the cooked mixture, and separating into a cellulosic fiber suspension and a cooking waste solution, the cellulose -Based fiber suspension, or a monosaccharide solution obtained by hydrolyzing cellulose-based fibers in the cellulose-based fiber suspension, or an organic acid solution obtained by acid-generating and decomposing monosaccharides in the monosaccharide solution Is treated with anaerobic microorganisms, and consists of a methane fermentation process in which a combustible gas mainly composed of methane is generated.

また、リグノセルロース系バイオマスの利用方法に係る第2の発明は、前記蒸解廃液は濃縮分離工程に移送し、該濃縮分離工程においてナトリウムイオン高濃度含有液とナトリウムイオン低濃度含有液に分離し、該ナトリウムイオン高濃度含有液から前記蒸解薬液の有効成分を回収するようにしたものである。   The second invention according to the method of using lignocellulosic biomass, the cooking waste liquid is transferred to a concentration and separation step, and in the concentration and separation step, separated into a sodium ion high-concentration containing liquid and a sodium ion low-concentration containing liquid, The active ingredient of the cooking chemical solution is recovered from the solution containing a high concentration of sodium ions.

また、リグノセルロース系バイオマスの利用方法に係る第3の発明は、前記ナトリウムイオン高濃度含有液は回収ボイラにおいて燃焼し、生成する燃焼残渣から前記蒸解薬液の有効成分を回収するとともに、該回収ボイラでは燃焼熱を蒸気又は温水として回収するようにしたものである。   The third aspect of the invention relates to a method for utilizing lignocellulosic biomass, wherein the liquid containing a high concentration of sodium ions is combusted in a recovery boiler, and the active ingredient of the cooking chemical is recovered from the generated combustion residue, and the recovery boiler Then, combustion heat is recovered as steam or hot water.

また、リグノセルロース系バイオマスの利用方法に係る第4の発明は、前記ナトリウムイオン低濃度含有液は、前記セルロース系繊維懸濁液、単糖類溶液、又は有機酸溶液と混合の上、前記メタン発酵工程に移送し、嫌気性微生物によって処理するようにしたものである。   Moreover, 4th invention which concerns on the utilization method of lignocellulosic biomass is the said methane fermentation after mixing the said sodium ion low concentration containing liquid with the said cellulose fiber suspension, a monosaccharide solution, or an organic acid solution. It is transferred to the process and treated with anaerobic microorganisms.

また、リグノセルロース系バイオマスの利用方法に係る第5の発明は、前記メタン発酵工程の処理済液は、前記蒸解工程又は洗浄工程に返送して再利用するようにしたものである。   Moreover, 5th invention which concerns on the utilization method of lignocellulosic biomass returns the processed liquid of the said methane fermentation process to the said digestion process or a washing | cleaning process, and is made to reuse.

また、リグノセルロース系バイオマスの利用方法に係る第6の発明は、前記メタン発酵工程において生成する可燃性ガスを前記蒸解物混合液、蒸解廃液又はナトリウムイオン高濃度含有液と接触させ、該可燃性ガス中の二酸化炭素及び/又は硫化水素を該蒸解物混合液中、蒸解廃液中又はナトリウムイオン高濃度含有液中に吸収させるようにしたものである。   Moreover, 6th invention which concerns on the utilization method of lignocellulosic biomass is made to contact the said combustible gas produced | generated in the said methane fermentation process with the said digested liquid mixture, cooking waste liquid, or a sodium ion high concentration containing liquid, This combustible Carbon dioxide and / or hydrogen sulfide in the gas is absorbed into the digested mixture, in the cooking waste, or in a solution containing a high concentration of sodium ions.

また、リグノセルロース系バイオマスの利用方法に係る第7の発明は、前記蒸解工程及び/又は濃縮分離工程において供給した熱の一部を回収し、該回収熱によって前記メタン発酵工程の処理対象液を加温するようにしたものである。   Moreover, 7th invention which concerns on the utilization method of lignocellulosic biomass collect | recovers part of the heat | fever supplied in the said cooking process and / or a concentration separation process, and uses the recovered heat for the process liquid of the said methane fermentation process. It is designed to warm up.

第1乃至第7のいずれか一つの発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法においては、メタンを主成分とする可燃性ガスは、最終的には有機物が嫌気性微生物によって分解されることによって生成するため、該可燃性ガス中には一酸化炭素及びタール分は含まれない。また、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法を構成する工程は、最も温度が高くなる蒸解工程や濃縮分離工程でも200℃程度以下で行われるため、高価な耐熱性材料を必要とすることはない。さらに、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法を構成する工程はすべて水溶液中又は水を媒体とする懸濁液中で進行するため、リグノセルロース系バイオマスに含まれる水分を蒸発させる必要はなく、したがって、該水分を蒸発させることによるエネルギーの損失は伴わないという効果がある。   In the method for using lignocellulosic biomass according to any one of the first to seventh inventions, the combustible gas containing methane as a main component is finally generated when organic substances are decomposed by anaerobic microorganisms. Therefore, carbon monoxide and tar content are not included in the combustible gas. In addition, the process that constitutes the method of using the lignocellulosic biomass of the present invention is performed at about 200 ° C. or less even in the cooking process or the concentration separation process where the temperature is highest, so that an expensive heat-resistant material is required. Absent. Furthermore, since the steps constituting the method of using the lignocellulosic biomass of the present invention all proceed in an aqueous solution or a suspension using water as a medium, it is not necessary to evaporate the water contained in the lignocellulosic biomass, Therefore, there is an effect that no energy is lost due to evaporation of the moisture.

このうち特に第2の発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法においては、蒸解薬液の有効成分の原料となる薬品の消費量を低減することができるという効果がある。
また、特に第3の発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法においては、蒸解薬液の有効成分を単純な工程で回収できるとともに、メタン発酵工程に移送されなかった有機物が有する化学エネルギーを有効に利用できるという効果がある。
Among these, in particular, the method for using lignocellulosic biomass of the second invention has an effect of reducing the amount of chemicals used as the raw material of the active ingredient of the cooking chemical.
In particular, in the method for using lignocellulosic biomass of the third invention, the effective components of the cooking chemical can be recovered in a simple process, and the chemical energy of the organic matter that has not been transferred to the methane fermentation process can be used effectively. There is an effect.

さらに、特に第4の発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法においては、ナトリウムイオン低濃度含有液に含まれているメタノール等の有機物もあわせてメタンを主成分とする可燃性ガスに転換することができるという効果がある。
また、特に第5の発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法においては、系外に排出されて放流された場合に水質汚濁の問題を引き起こす可能性のある排水の量を低減するとともに、蒸解薬液の有効成分の原料となる薬品の消費量をさらに低減することができるという効果がある。
Furthermore, in particular, in the method for using lignocellulosic biomass of the fourth invention, organic substances such as methanol contained in the low concentration sodium ion-containing liquid can be converted into a combustible gas mainly composed of methane. There is an effect that can be done.
In particular, in the method of using lignocellulosic biomass of the fifth invention, the amount of waste water that may cause water pollution problems when discharged and discharged outside the system is reduced. There is an effect that it is possible to further reduce the amount of chemicals used as the raw material of the active ingredient.

さらに、特に第6の発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法においては、可燃性ガス中のメタン濃度を高め、特に、二酸化炭素及び硫化水素を(そのうちでも特に、有害な硫化水素を)わずかしか、又はほとんど含まない可燃性ガスを得ることができるという効果がある。
最後に、特に第7の発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法においては、メタン発酵工程の進行を促進し、該処理対象液中の有機物をメタンを主成分とする可燃性ガスに転換するために必要な時間を短くすることができるという効果がある。
Further, particularly in the method of using lignocellulosic biomass of the sixth invention, the concentration of methane in the combustible gas is increased, and in particular, carbon dioxide and hydrogen sulfide (particularly harmful hydrogen sulfide) are slightly present. Or there exists an effect that the combustible gas which hardly contains can be obtained.
Finally, in the method of using lignocellulosic biomass of the seventh invention in particular, in order to promote the progress of the methane fermentation process and convert the organic matter in the liquid to be treated into a combustible gas mainly composed of methane. There is an effect that the required time can be shortened.

本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法においては、リグノセルロース系バイオマスを、木材のように大型のものについては破砕し、稲わら、麦わら、バガス等の草本類のように小型のものについては必要に応じて切断して蒸解釜に供給し、水酸化ナトリウムを主要有効成分とする蒸解薬品を溶解せしめた水溶液又は分散せしめた懸濁液(以下、蒸解薬液と総称する)と混合して浸漬させた状態で一定時間保持する。その際、リグノセルロース系バイオマスを蒸解薬液に浸漬させるに先立って蒸気と接触させ、含水率を60%程度に上昇させるとともに脱気することにより、リグノセルロース系バイオマスへの蒸解薬品の浸透速度を速めることができる。また、該蒸解薬液は、リグノセルロース系バイオマスに対するナトリウムイオン(Na)の重量比(乾ベース)がNa2O換算で5〜50%と
なり、かつ蒸解薬液中のナトリウムイオン濃度がNa2O換算で2〜100g/lとなるように調整すればよい。
この蒸解工程において、リグノセルロース系バイオマスの細胞間層の主成分であるリグニンが、主として水酸化ナトリウムが解離して生成する水酸イオン(OH)によって開裂せしめられて分解することにより、蒸解薬液中に溶解する。その結果、セルロース及びヘミセルロースを主成分とする繊維細胞は離解し、一部はピーリング反応等によって低分子化しつつ蒸解薬液中に分散することによって蒸解物混合液が得られる。
該蒸解物混合液中には、セルロース及びヘミセルロースを主成分とする繊維細胞(以下、セルロース系繊維という)に加えて、蒸解薬液に由来するナトリウムイオン等の無機成分と、リグニンの分解生成物やセルロース系繊維のピーリング反応による剥脱生成物等の有機成分を含む。特に、ナトリウムイオンについては、主として炭酸イオン(CO3 2−)や有機酸イオン等の陰イオンとともに弱酸−強アルカリのナトリウム塩として含有されるとともに、一部は中和されずに水酸化ナトリウムとして含有される。このため、蒸解物混合液のpHは通常10以上となる。
In the method of using lignocellulosic biomass of the present invention, lignocellulosic biomass is crushed for large ones such as wood and necessary for small ones such as rice straw, wheat straw, bagasse and the like. According to the above, it is cut and supplied to the digester, mixed with an aqueous solution in which cooking chemicals containing sodium hydroxide as a main active ingredient are dissolved, or mixed with a suspended suspension (hereinafter collectively referred to as a cooking chemical) and soaked. Hold for a certain period of time. At that time, the lignocellulosic biomass is brought into contact with steam prior to immersing it in the cooking chemical solution, the moisture content is increased to about 60% and degassing to increase the rate of penetration of the cooking chemical into the lignocellulosic biomass. be able to. The cooking chemical solution has a sodium ion (Na + ) weight ratio (dry basis) to lignocellulosic biomass of 5 to 50% in terms of Na 2 O, and the sodium ion concentration in the cooking chemical solution is in terms of Na 2 O. It may be adjusted to 2 to 100 g / l.
In this cooking step, the lignocellulosic biomass lignin, which is the main component of the intercellular layer, is cleaved and decomposed mainly by the hydroxide ions (OH ) generated by dissociation of sodium hydroxide, thereby producing a cooking chemical solution. Dissolve in. As a result, fiber cells mainly composed of cellulose and hemicellulose are disaggregated, and a part thereof is dispersed in the cooking chemical liquid while being reduced in molecular weight by a peeling reaction or the like, thereby obtaining a cooked product mixture.
In the digested liquid mixture, in addition to fiber cells mainly composed of cellulose and hemicellulose (hereinafter referred to as cellulosic fibers), inorganic components such as sodium ions derived from the cooking chemical liquid, decomposition products of lignin, It contains organic components such as exfoliated products resulting from the peeling reaction of cellulosic fibers. In particular, sodium ions are mainly contained as weak acid-strong alkali sodium salts together with anions such as carbonate ions (CO 3 2− ) and organic acid ions, and some are not neutralized as sodium hydroxide. Contained. For this reason, the pH of the cooked mixture is usually 10 or more.

蒸解工程においては、圧力容器で構成した蒸解釜を密閉状態にした上で、前記蒸解薬液を沸騰させることなく100℃以上に加熱することにより、リグノセルロース系バイオマスのセルロース系繊維を充分に離解させるために蒸解釜内部に保持すべき時間を短くし、蒸解釜の容積及び設置スペースを小さくすることができる。その際、蒸解薬液をセルロース系繊維の離解に適した温度まで上昇させるに先立って、比較的低い温度で一定時間保持することによって、蒸解薬液をリグノセルロース系バイオマスに充分かつ均一に浸透させることができる。
なお、蒸解薬液の加熱は、蒸解釜の内部に直接蒸気を吹き込むか、又は蒸解薬液を循環ラインに抜き出し、該循環ラインに設けた間接熱交換器に蒸気を供給し、蒸気と蒸解薬液を間接熱交換することによって加熱して蒸解釜の内部に戻すか、又は蒸解釜の内部に設けた熱交換用配管に蒸気を供給し、蒸気と蒸解薬液を間接的に熱交換させることによって行うことができる。
In the cooking step, after the digester composed of the pressure vessel is sealed, the cellulosic fibers of the lignocellulosic biomass are sufficiently disaggregated by heating to 100 ° C. or higher without boiling the cooking chemical. Therefore, the time to be held in the digester can be shortened, and the capacity and installation space of the digester can be reduced. At that time, prior to raising the cooking chemical to a temperature suitable for disaggregation of the cellulosic fibers, the cooking chemical can be sufficiently and uniformly permeated into the lignocellulosic biomass by holding it at a relatively low temperature for a certain period of time. it can.
The cooking chemical solution is heated by blowing steam directly into the digester or by extracting the cooking chemical solution into a circulation line and supplying the indirect heat exchanger provided in the circulation line to indirectly connect the steam and the cooking chemical solution. Heat by exchanging heat and return to the inside of the digester or by supplying steam to the heat exchange pipe provided inside the digester and indirectly exchanging heat between the steam and the cooking chemical it can.

上記の蒸解工程においては、水酸化ナトリウムに加えて硫化ナトリウムを有効成分とする蒸解薬液を用いることによって、リグノセルロース系バイオマスを蒸解釜内部に保持すべき時間をさらに短くすることができる。この場合、蒸解薬液中に溶解せしめられた硫化ナトリウムは、下式(3)のように水酸化ナトリウムと硫化水素ナトリウムに加水分解される。
Na2S+H2O → NaOH+NaSH (3)
このうち水酸化ナトリウムは蒸解の主要有効成分として機能し、一方、硫化水素ナトリウムは、解離して生成する硫化水素イオン(SH)が、リグニンの結合箇所のうち水酸イオンでは不十分にしか開裂できない箇所を開裂することによって、又はリグニンの分解生成物の縮合を防止することによって脱リグニンを促進する。
これにより、110〜120℃程度の温度でリグノセルロース系バイオマスに蒸解薬品を浸透させた後、160℃程度以上まで加熱して保持する運転条件においては、セルロース系繊維を離解させるために蒸解釜内部で保持すべき時間は1時間から5時間程度にすることができる。この際、必要な保持時間をさらに短縮するためには、蒸解薬液は180℃以上、好ましくは200℃以上に加熱して保持すればよい。
なお、このような比較的高い温度条件においては、セルロース系繊維の主成分であるセルロース及び/又はヘミセルロースは、解重合によって重合度や分子量が小さくなるため、後段のメタン発酵工程、又はメタン発酵工程の前処理工程、すなわちセルロース系繊維を単糖類に加水分解する工程及び該単糖類を有機酸に酸生成分解する工程でのセルロース系繊維の加水分解の必要度を軽減することができる。
In the above cooking step, by using a cooking chemical liquid containing sodium sulfide as an active ingredient in addition to sodium hydroxide, it is possible to further shorten the time during which lignocellulosic biomass should be held in the cooking kettle. In this case, the sodium sulfide dissolved in the cooking solution is hydrolyzed into sodium hydroxide and sodium hydrogen sulfide as shown in the following formula (3).
Na 2 S + H 2 O → NaOH + NaSH (3)
Of these, sodium hydroxide functions as the main active ingredient in cooking, while sodium hydrogen sulfide is dissociated and the hydrogen sulfide ions (SH ) produced by dissociation are not sufficient in the lignin bonding sites. Delignification is promoted by cleaving the sites that cannot be cleaved or by preventing condensation of degradation products of lignin.
As a result, after the cooking chemical has been infiltrated into lignocellulosic biomass at a temperature of about 110 to 120 ° C, the inside of the digester is used to disaggregate the cellulosic fibers under the operating conditions of heating to about 160 ° C or higher. The time to be maintained in can be set to about 1 to 5 hours. At this time, in order to further shorten the necessary holding time, the cooking chemical solution may be heated and held at 180 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or higher.
In such a relatively high temperature condition, cellulose and / or hemicellulose, which are the main components of the cellulosic fiber, have a lower polymerization degree and molecular weight due to depolymerization. It is possible to reduce the necessity of hydrolysis of the cellulosic fibers in the pretreatment step, that is, the step of hydrolyzing the cellulosic fibers into monosaccharides and the step of acid-generating and decomposing the monosaccharides into organic acids.

上記の蒸解工程に、セルロース系繊維が寸断された腐朽部分を含むリグノセルロース系バイオマスや、蒸解工程に先立って大きさが均一でない破砕片へと破砕されたリグノセルロース系バイオマスを供する場合には、蒸解工程で離解せしめられたセルロース系繊維の長さが不均一になり、強度も低下する傾向がある。しかし、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法においては、セルロース系繊維は最終的にはメタン発酵工程又はその前処理工程に送られてメタンを主成分とする可燃性ガスに分解されるため、セルロース系繊維の長さや強度を管理する必要はない。このため、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法においては、腐朽を防止するために乾燥状態で貯蔵したり、破砕片のスクリーニングを厳密に行ったりする必要はなく、むしろ、部分的に腐朽している廃材など
も原料として利用することができる。
また、樹木の樹皮や葉のように、セルロース、ヘミセルロース及びリグニン以外の成分を多く含む生細胞バイオマスが混入する場合にも、蒸解工程で離解せしめられたセルロース系繊維の長さが不均一になり、強度も低下する傾向があるが、上記のように本発明においては問題ない。むしろ、樹皮や葉に含まれ、蒸解工程において蒸解物混合液中に移行する窒素、リン及びカリウムなどの栄養成分を下流の工程を経由して最終的には適度の量だけメタン発酵工程又はその前処理工程に移行せしめることにより、そこで繁殖せしめられる微生物の栄養源を供給することができる。このため、樹木の枝打ちや枝払いによって発生し皮剥ぎを行うことが難しい枝条なども広く原料として利用することができ、あるいは製材工場などで廃棄物となった樹皮や枝葉を栄養源として積極的に受け入れることもできる。特に、現状ではあまり利用方法がなく廃棄物として処理されることが多い街路樹等の剪定樹も有効に利用することができる。
In the above cooking process, when providing lignocellulosic biomass containing a decayed portion in which cellulosic fibers are cut, and lignocellulosic biomass crushed into fragments that are not uniform in size prior to the cooking process, The length of the cellulosic fiber disaggregated in the cooking process tends to be non-uniform and the strength tends to decrease. However, in the method of using lignocellulosic biomass of the present invention, the cellulosic fiber is finally sent to the methane fermentation process or its pretreatment process and decomposed into a combustible gas mainly composed of methane, There is no need to manage the length or strength of the cellulosic fibers. For this reason, in the method of using lignocellulosic biomass of the present invention, it is not necessary to store it in a dry state to prevent decay, or to strictly conduct screening of crushed pieces, but rather to partially decay. Waste materials that are available can be used as raw materials.
In addition, even when living cell biomass containing many components other than cellulose, hemicellulose, and lignin is mixed, such as tree bark and leaves, the length of cellulosic fibers disaggregated in the cooking process becomes uneven. The strength also tends to decrease, but there is no problem in the present invention as described above. Rather, nutrient components such as nitrogen, phosphorus, and potassium that are contained in the bark and leaves and migrate into the digested mixture in the cooking process are finally passed through the downstream process, and finally the methane fermentation process or its proper amount. By shifting to the pretreatment step, a nutrient source for microorganisms to be propagated there can be supplied. For this reason, branches that are generated by tree pruning or pruning and difficult to peel off can be widely used as raw materials, or the bark and branches and leaves that have become waste in sawmills etc. are actively used as nutrients. Can also accept. In particular, pruned trees such as street trees that are not often used and are often treated as waste can be used effectively.

上記の蒸解工程で発生した蒸解物混合液は洗浄工程に送られ、水、水溶液又は水を媒体とする懸濁液(以下、洗浄液という)を加えられた上で、セルロース系繊維が液中に分散した懸濁液(以下、セルロース系繊維懸濁液という)と蒸解廃液に分離される。この際、洗浄液中に溶解又は分散している固形分(以下、分散している固形分も含めて溶解固形分と総称する)の濃度を、蒸解物混合液中のセルロース系繊維を除く溶解固形分の濃度より低くした上で、理想的には、蒸解物混合液中のセルロース系繊維以外の液体部分と洗浄液を混合させることなく、セルロース系繊維のみを蒸解物混合液側から洗浄液側に移行させることによって、セルロース系繊維以外の溶解固形分の濃度が低いセルロース系繊維懸濁液と、セルロース系繊維をほとんど含まずセルロース系繊維以外の溶解固形分の濃度が高い蒸解廃液に分離することができる。
なお、ここで蒸解物混合液中に含有され、そのほとんどが蒸解廃液中に留まる溶解固形分としては、上記のようにナトリウムイオン等の無機成分とリグニンの分解生成物等の有機成分がある。また、蒸解廃液中においても、ナトリウムイオンは弱酸−強アルカリのナトリウム塩又は水酸化ナトリウムとして含有されるため、該蒸解廃液のpHは通常10以上となる。
The digested liquid mixture generated in the above cooking process is sent to the washing process, and after adding water, an aqueous solution or a suspension containing water as a medium (hereinafter referred to as washing liquid), the cellulosic fibers are in the liquid. It is separated into a dispersed suspension (hereinafter referred to as cellulosic fiber suspension) and cooking waste liquid. At this time, the concentration of the solid content dissolved or dispersed in the cleaning liquid (hereinafter collectively referred to as dissolved solid content including the dispersed solid content) is the dissolved solid excluding the cellulosic fibers in the digested liquid mixture. Ideally, only the cellulosic fibers are transferred from the digested liquid side to the washing liquid side without mixing the liquid part other than the cellulosic fibers in the digested liquid and the cleaning liquid. Can be separated into a cellulosic fiber suspension having a low concentration of dissolved solids other than cellulosic fibers and a cooking waste liquid containing almost no cellulosic fibers and having a high concentration of dissolved solids other than cellulosic fibers. it can.
Here, the dissolved solid content contained in the digested liquid mixture and most of which remains in the digested waste liquid includes inorganic components such as sodium ions and organic components such as lignin decomposition products as described above. Also in the cooking waste liquid, sodium ions are contained as a weak acid-strong alkali sodium salt or sodium hydroxide, so that the pH of the cooking waste liquid is usually 10 or more.

実際の洗浄工程においては、セルロース系繊維懸濁液と蒸解廃液の分離は、稀釈洗浄、置換洗浄、又は稀釈洗浄と置換洗浄の組合せで行われる。稀釈洗浄においては、蒸解物混合液からセルロース系繊維以外の液体部分を除去することによってセルロース系繊維の濃度を高め、そのようにして得たセルロース系繊維濃縮液を洗浄液で稀釈することによってセルロース系繊維懸濁液を得、一方、除去された液体部分は蒸解廃液となる。置換洗浄においては、蒸解物混合液をセルロース系繊維懸濁液の媒体として必要な量以上の洗浄液と接触させ、その界面において蒸解物混合液中のセルロース系繊維以外の液体成分が洗浄液のうちセルロース系繊維懸濁液の媒体となる側に移行するのを抑制しつつ、セルロース系繊維を洗浄液のうちセルロース系繊維懸濁液の媒体となる側に拡散・移行させ、一方、残余の洗浄液は蒸解物混合液のうちセルロース系繊維が脱離した残余部分とともに蒸解廃液となる。この際、稀釈洗浄においてはセルロース系繊維濃縮液中にセルロース系繊維以外の液体成分が若干量残存するため、また置換洗浄においては洗浄液側に蒸解物混合液中のセルロース系繊維以外の液体部分が移行することを完全に防ぐことができないため、実際の洗浄工程で得られるセルロース系繊維懸濁液中のセルロース系繊維以外の溶解固形分の濃度は、もともとの蒸解物混合液よりは低いが洗浄液よりは高くなる。
セルロース系繊維懸濁液中のセルロース系繊維以外の溶解固形分の濃度を低くするためには、洗浄液として水又は溶解固形分の濃度が十分に低い液体を用いた上で洗浄液の量を増やし、さらに必要であれば稀釈洗浄及び/又は置換洗浄を複数段重ねればよい。なお、複数段の洗浄を行う場合には、最後段の洗浄では、水又は溶解固形分の濃度が十分に低い液体を洗浄液として用い、そこでセルロース系繊維懸濁液と分離された洗浄廃液を一つ前の段の洗浄での洗浄液として使用し、そこで発生した洗浄廃液をさらに一つ前の段の洗浄での洗浄液として使用する、というように洗浄液をカスケード的に使用することによって、最終的に発生する蒸解廃液の量を抑制することができる。
In the actual washing process, the cellulosic fiber suspension and cooking waste liquid are separated by dilution washing, displacement washing, or a combination of dilution washing and substitution washing. In dilution washing, the concentration of cellulosic fibers is increased by removing the liquid portion other than cellulosic fibers from the digested mixture, and the cellulosic fiber concentrate is diluted with the washing solution to obtain cellulosic fibers. A fiber suspension is obtained, while the removed liquid part becomes cooking waste. In the replacement cleaning, the digested liquid mixture is brought into contact with a cleaning liquid of a necessary amount or more as a medium for the cellulosic fiber suspension. The cellulosic fibers are diffused and transferred to the cellulose fiber suspension medium side of the cleaning liquid while suppressing the transfer to the medium fiber suspension medium side, while the remaining cleaning liquid is digested. It becomes a cooking waste liquid with the remaining part which the cellulose fiber detach | desorbed among the mixed liquid. At this time, in dilution washing, liquid components other than cellulosic fibers remain in the cellulose fiber concentrate, and in substitution washing, liquid parts other than cellulosic fibers in the digested liquid mixture are present on the washing liquid side. Since it cannot completely prevent the migration, the concentration of dissolved solids other than the cellulosic fibers in the cellulosic fiber suspension obtained in the actual washing process is lower than the original digest mixture, but the washing solution Higher than.
In order to lower the concentration of dissolved solids other than cellulose fibers in the cellulosic fiber suspension, the amount of the cleaning liquid is increased after using water or a liquid having a sufficiently low concentration of the dissolved solids as the cleaning liquid, If necessary, a plurality of stages of dilution cleaning and / or replacement cleaning may be performed. When performing multiple stages of washing, in the last stage of washing, a liquid having a sufficiently low concentration of water or dissolved solids is used as the washing liquid, and the washing waste liquid separated from the cellulosic fiber suspension is used as a washing liquid there. By using the cleaning liquid in cascade, such as using the cleaning liquid in the previous stage cleaning and using the cleaning waste liquid generated there as the cleaning liquid in the previous stage cleaning, The amount of cooking waste liquid generated can be suppressed.

本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法においては、セルロース系繊維懸濁液は後段のメタン発酵工程又はその前処理工程に移送して嫌気性微生物で処理されるが、洗浄工程における洗浄が完全でない場合、セルロース系繊維懸濁液には、蒸解物混合液中に含まれていたナトリウムイオンの一部が、蒸解物混合液中の他の溶解固形分とともに、主として弱酸−強アルカリのナトリウム塩又は水酸化ナトリウムとして移行する。このようにして移行したナトリウムイオンのセルロース系繊維に対する比率が著しく高いと、該ナトリウムイオンは、メタン発酵工程又はその前処理工程における阻害要因となることがある。
この問題は、上記のように、洗浄液として水又はナトリウムイオンの濃度が低い液体を用いた上で洗浄液の量を増やし、さらに必要であれば稀釈洗浄及び/又は置換洗浄を複数段重ねることにより、セルロース系繊維懸濁液中のセルロース系繊維に対するナトリウムイオンの重量比はNa2O換算で1%以下にすることによって回避できる。
In the method of using lignocellulosic biomass of the present invention, the cellulosic fiber suspension is transferred to the subsequent methane fermentation step or its pretreatment step and treated with anaerobic microorganisms, but the washing in the washing step is not complete. In the case of the cellulosic fiber suspension, a part of sodium ions contained in the cooked mixture is mainly a weak acid-strong alkali sodium salt or other dissolved solids in the cooked mixture. Migrate as sodium hydroxide. When the ratio of sodium ions transferred in this manner to the cellulosic fibers is remarkably high, the sodium ions may be an inhibiting factor in the methane fermentation process or its pretreatment process.
As described above, this problem is caused by increasing the amount of the cleaning liquid after using a liquid having a low concentration of water or sodium ions as the cleaning liquid, and further stacking multiple stages of dilution cleaning and / or replacement cleaning if necessary. The weight ratio of sodium ions to cellulosic fibers in the cellulosic fiber suspension can be avoided by setting it to 1% or less in terms of Na 2 O.

ただし、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法においては、セルロース系繊維懸濁液中のセルロース系繊維に対するナトリウムイオンの比率は極端に低くする必要はない。むしろ、上記のようにセルロース系繊維に対するナトリウムイオンの比率がメタン発酵工程又はその前処理工程において阻害要因とならない程度であれば、セルロース系繊維懸濁液中にナトリウムイオンが残存することは、該セルロース系繊維懸濁液がメタン発酵工程又はその前処理工程に移送された際に、以下のような好ましい効果をもたらす。
まず、ナトリウムイオンはメタン発酵工程又はその前処理工程において繁殖せしめられる微生物の栄養源となる。また、ナトリウムイオンは、上記のようにセルロース系繊維懸濁液へ弱酸−強アルカリのナトリウム塩又は水酸化ナトリウムとして移行するため、該セルロース系繊維懸濁液はアルカリ性を呈する。ところで、メタン発酵工程又はその前処理工程における酸生成分解工程においては有機酸が生成することによって処理対象液のpHが低くなり、このため酸生成分解工程以降の工程が阻害されることがある。したがって、セルロース系繊維懸濁液がアルカリ性であることは、有機酸の生成によるpHの低下によってメタン発酵工程が阻害されることを抑制する効果がある。
一方、セルロース系繊維懸濁液中のセルロース系繊維に対するナトリウムイオンのNa2O換算での重量比を0.01%未満にしようとすると、洗浄工程において使用する洗浄液の量を極端に増やし、しかも洗浄段数も3段以上にする必要がある。そして、洗浄液の量を増やせば蒸解廃液の量が増えるため、後段の濃縮分離工程など蒸解廃液の処理工程への負荷が大きくなり、洗浄の段数を増やせばその分だけ洗浄にかかる設備費・運転費が上昇する。
以上の理由から、セルロース系繊維懸濁液中のセルロース系繊維に対するナトリウムイオンのNa2O換算での重量比は0.01%以上1%以下とすることが好ましい。
However, in the method of using lignocellulosic biomass of the present invention, the ratio of sodium ions to cellulosic fibers in the cellulosic fiber suspension need not be extremely low. Rather, as long as the ratio of sodium ions to cellulosic fibers is not a hindrance factor in the methane fermentation step or its pretreatment step, sodium ions remain in the cellulosic fiber suspension. When the cellulosic fiber suspension is transferred to the methane fermentation step or its pretreatment step, the following advantageous effects are brought about.
First, sodium ions become a nutrient source for microorganisms to be propagated in the methane fermentation process or its pretreatment process. Moreover, since sodium ions migrate to the cellulose fiber suspension as a weak acid-strong alkali sodium salt or sodium hydroxide as described above, the cellulose fiber suspension exhibits alkalinity. By the way, in the acid production / decomposition process in the methane fermentation process or its pretreatment process, the pH of the liquid to be treated is lowered due to the generation of the organic acid, and thus the processes after the acid production / decomposition process may be hindered. Therefore, the fact that the cellulosic fiber suspension is alkaline has an effect of suppressing the inhibition of the methane fermentation process due to the decrease in pH due to the generation of the organic acid.
On the other hand, an attempt to weight ratio of at terms of Na 2 O of sodium ions to cellulosic fibers of the cellulosic fiber suspension in less than 0.01%, extremely increases the amount of washing liquid used in the cleaning step, moreover cleaning stages It is necessary to have more than 3 stages. And if the amount of washing liquid is increased, the amount of cooking waste liquid will increase, so the burden on the processing process of cooking waste liquid such as the subsequent concentration separation process will increase, and if the number of washing stages is increased, the equipment cost and operation cost for washing will increase accordingly. Expense increases.
For the above reasons, the weight ratio of sodium ions to cellulose fibers in the cellulosic fiber suspension in terms of Na 2 O is preferably 0.01% or more and 1% or less.

前記洗浄工程のうちの少なくとも一部は、前記蒸解工程が行われるのと同じ蒸解釜で行うことができる。具体的には、蒸解釜の底部の供給口から洗浄液を供給することにより底部付近に洗浄液の領域を形成し、その上部に滞留する蒸解物混合液中のセルロース系繊維を該洗浄液領域中に拡散・移行せしめ、生成したセルロース系繊維懸濁液を底部の抜出口より抜き出し、一方、残余の蒸解廃液は、洗浄液領域よりも上部に位置する別の抜出口から抜き出すことによって、又はセルロース系繊維懸濁液を抜き出し終わった後にセルロース系繊維懸濁液と同じ抜出口から抜き出すことによって、セルロース系繊維懸濁液と蒸解廃液を分離することができる。
特に、蒸解釜として、リグノセルロース系バイオマスと蒸解薬液を連続的に供給し、蒸解物混合液を連続的に抜き出す連続式蒸解釜を用いる場合には、洗浄液を底部の供給口から連続的に供給し、生成したセルロース系繊維懸濁液を底部の抜出口より連続的に抜き出し、一方、前記洗浄液領域よりも上部に位置する別の抜出口より蒸解廃液を連続的に抜き出すことによって、セルロース系繊維懸濁液と蒸解廃液を分離することができる。一方、リグノセルロース系バイオマスと蒸解薬液を供給した後、設定した温度で設定した時間だけ保持した後、蒸解物混合液を排出するバッチ式蒸解釜の場合には、保持時間終了後、洗浄液を底部より供給し、セルロース系繊維が洗浄液中に移行して生成したセルロース系繊維懸濁液と残余の蒸解廃液を別々に抜き出すことによって、セルロース系繊維懸濁液と蒸解廃液を分離することができる。
なお、洗浄工程の少なくとも一部を蒸解釜の内部で行うため洗浄液を底部から供給する場合、洗浄液の温度が低いと蒸解釜から排出されるセルロース系繊維懸濁液の温度も低くなる。ところが、セルロース系繊維の主成分であるセルロース及び/又はヘミセルロースは、蒸解釜から抜き出されるセルロース系繊維懸濁液の温度が高いほど解重合が進んでその重合度や分子量が小さくなり、後段のメタン発酵工程又はその前処理工程でのセルロース系繊維の加水分解の必要度が軽減される。このため、釜内に供給する洗浄液を加熱して温度を高くし、排出されるセルロース系繊維懸濁液の温度を高くすることが好ましい。
At least a part of the washing step can be performed in the same digester as the cooking step. Specifically, by supplying the cleaning liquid from the supply port at the bottom of the digester, a region of the cleaning liquid is formed near the bottom, and the cellulosic fibers in the mixture of the digested material staying at the top are diffused into the cleaning liquid region. -The cellulosic fiber suspension formed and withdrawn from the outlet at the bottom, while the remaining cooking waste liquid is withdrawn from another outlet located above the washing liquid region, or the cellulosic fiber suspension. By extracting the suspension from the same outlet as the cellulosic fiber suspension after the extraction of the turbid liquid, the cellulosic fiber suspension and the cooking waste liquid can be separated.
In particular, when using a continuous digester that continuously supplies lignocellulosic biomass and cooking chemicals and continuously extracts the digested liquor as the digester, supply the cleaning solution continuously from the supply port at the bottom. The cellulosic fiber suspension is continuously drawn out from the bottom outlet and the cooking waste liquid is continuously drawn out from another outlet located above the washing liquid region. Suspension and cooking waste liquid can be separated. On the other hand, after supplying lignocellulosic biomass and cooking chemical liquid, after holding for a set time at the set temperature, and in the case of a batch type digester that discharges the cooked mixture, the washing liquid is placed at the bottom after the holding time is over. The cellulosic fiber suspension and the cooking waste liquid can be separated by separately feeding the cellulosic fiber suspension produced by the transfer of the cellulose fiber into the cleaning liquid and the remaining cooking waste liquid.
In addition, when supplying a washing | cleaning liquid from a bottom part in order to perform at least one part of a washing | cleaning process inside a digester, when the temperature of a washing | cleaning liquid is low, the temperature of the cellulosic fiber suspension discharged | emitted from a digester will also become low. However, cellulose and / or hemicellulose, which are the main components of cellulosic fibers, depolymerize as the temperature of the cellulosic fiber suspension extracted from the digester increases and the degree of polymerization and molecular weight decrease. The necessity of hydrolysis of cellulosic fibers in the methane fermentation process or its pretreatment process is reduced. For this reason, it is preferable to raise the temperature by heating the cleaning liquid supplied into the kettle and raising the temperature of the cellulosic fiber suspension to be discharged.

前記洗浄工程において蒸解廃液と分離されたセルロース系繊維懸濁液は、必要であればノットなどの未蒸解部分や異物を除去され、さらに必要であればセルロース系繊維の加水分解等の前処理工程を経た上でメタン発酵工程に移送される。そして、該メタン発酵工程においては、嫌気状態にされた処理容器内で繁殖せしめられた嫌気性微生物によって処理され、セルロース系繊維懸濁液に含まれる有機物は、最終的には主としてメタン、二酸化炭素及び水に転換され、水中に溶存できない成分がガス体として放出されることにより、メタンを主成分とする可燃性ガスが得られる。   The cellulosic fiber suspension separated from the cooking waste liquid in the washing step is freed from uncooked parts such as knots and foreign matters if necessary, and further if necessary, a pretreatment step such as hydrolysis of cellulosic fibers. And then transferred to the methane fermentation process. In the methane fermentation process, the organic matter that is treated by the anaerobic microorganisms propagated in the anaerobic treatment container and contained in the cellulosic fiber suspension is finally mainly methane, carbon dioxide. And the component which cannot be melt | dissolved in water is discharge | released as a gas body, and the combustible gas which has methane as a main component is obtained.

一般に、嫌気性微生物によって有機物からメタンを得る工程は、有機物を酸生成菌によって分解して酢酸などの揮発性脂肪酸を主体とする有機酸、又は水素及び二酸化酸素を得る酸生成分解工程と、メタン生成菌によって有機酸、又は水素及び二酸化炭素、又はメタノールからメタンを得るメタン生成工程からなる。ところが、セルロース系繊維の主成分であるセルロースは、通常、酸生成菌によっては分解されにくいため、あらかじめ単糖類のグルコースに加水分解することが好ましい。これは、セルロースとともにセルロース系繊維を構成するヘミセルロースについても同様であるが、ヘミセルロースの場合には、グルコースに加えてマンロースやキシロースなどの他の単糖類へと加水分解される。   In general, the step of obtaining methane from an organic substance by an anaerobic microorganism includes an organic acid mainly composed of volatile fatty acids such as acetic acid by decomposing the organic substance by an acid-producing bacterium, or an acid generation and decomposition step of obtaining hydrogen and oxygen dioxide, It consists of a methane production step of obtaining methane from organic acids, hydrogen and carbon dioxide, or methanol by the producing bacteria. However, since cellulose, which is the main component of cellulosic fibers, is generally difficult to be degraded by acid-producing bacteria, it is preferably hydrolyzed to monosaccharide glucose in advance. The same applies to hemicellulose which constitutes cellulose-based fibers together with cellulose, but in the case of hemicellulose, it is hydrolyzed to other monosaccharides such as manrose and xylose in addition to glucose.

セルロースやヘミセルロースは、塩酸や硫酸等の強酸によって加水分解することも可能であるが、セルラーゼやヘミセルラーゼと総称される加水分解酵素群を用いて加水分解する、すなわち酵素糖化することが最も経済的である。しかし、これらの酵素群はリグノセルロース系バイオマスの細胞間層の主成分とするリグニンを分解することはできないのみならず、分子量が非常に大きいため、繊維細胞が有する平均直径10Å程度の毛細管空隙を通過して表層の細胞から内部の細胞に浸透することができない。このため、リグノセルロース系バイオマスを機械的に破砕する程度では、該リグノセルロース系バイオマスを構成する繊維細胞の主成分であるセルロースやヘミセルロースを酵素糖化することは実際上不可能である。
ところが、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法では、上記の蒸解工程においてリグニンが分解された上でセルロース系繊維が離解されているため、加水分解酵素群が容易に接触することができ、したがって、セルロース系繊維の主成分であるセルロースやヘミセルロースは迅速に酵素糖化される。このため、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法では、前記セルロース系繊維懸濁液中にセルラーゼやヘミセルラーゼを生産する微生物、すなわちセルラーゼ生産菌やヘミセルラーゼ生産菌を繁殖させることによって、又はセルロース系繊維懸濁液にセルラーゼ生産菌やヘミセルラーゼ生産菌の培養液、培養濾液、培養抽出液等のセルラーゼ含有液やヘミセルラーゼ含有液、又はセルラーゼ製剤やヘミセルラーゼ製剤を添加することによって、セルロース系繊維懸濁液中のセルロース系繊維を単糖類に加水分解することができる。
特に、セルロース系繊維懸濁液の洗浄を完全には行わず、セルロース系繊維懸濁液が若干のナトリウムイオンを含んでアルカリ性を呈する場合には、該セルロース系繊維懸濁液中に好アルカリのセルラーゼ生産菌やヘミセルラーゼ生産菌を繁殖させるか、セルロース系繊維懸濁液に耐アルカリ性のセルラーゼやヘミセルラーゼを添加するによってセルロース及び/又はヘミセルロースを加水分解することが好ましい。
Cellulose and hemicellulose can be hydrolyzed with strong acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid, but it is most economical to hydrolyze, ie enzymatic saccharification, using a group of hydrolases collectively called cellulase and hemicellulase. It is. However, these enzymes are not only capable of degrading lignin, which is the main component of the intercellular layer of lignocellulosic biomass, but also have a very large molecular weight, so that the capillary voids with an average diameter of about 10 mm that fiber cells have It cannot pass through the surface cells and penetrate the cells inside. For this reason, it is practically impossible to enzymatically saccharify cellulose and hemicellulose, which are the main components of the fiber cells constituting the lignocellulosic biomass, to the extent that the lignocellulosic biomass is mechanically crushed.
However, in the method of using lignocellulosic biomass of the present invention, since the lignin is decomposed and the cellulosic fibers are disaggregated in the above cooking step, the hydrolase group can be easily contacted, and therefore Cellulose and hemicellulose, which are the main components of cellulosic fibers, are rapidly enzymatically saccharified. For this reason, in the method of using lignocellulosic biomass of the present invention, a cellulase or hemicellulase-producing microorganism, that is, a cellulase-producing bacterium or a hemicellulase-producing bacterium is propagated in the cellulosic fiber suspension, or cellulose Cellulase-based suspensions by adding cellulase-containing liquids or hemicellulase-containing liquids, such as cellulase-producing bacteria or hemicellulase-producing bacteria culture solutions, culture filtrates, culture extracts, or cellulase preparations or hemicellulase preparations Cellulosic fibers in the fiber suspension can be hydrolyzed to monosaccharides.
In particular, when the cellulosic fiber suspension is not completely washed and the cellulosic fiber suspension contains some sodium ions and exhibits alkalinity, the cellulosic fiber suspension contains an alkaliphilic solution. Cellulose and / or hemicellulose are preferably hydrolyzed by breeding cellulase-producing bacteria and hemicellulase-producing bacteria, or adding alkali-resistant cellulase or hemicellulase to the cellulosic fiber suspension.

このような加水分解工程は、嫌気状態にした処理容器内に、嫌気性のセルラーゼ生産菌やヘミセルラーゼ生産菌を酸生成菌と共存させることにより、又はセルラーゼ活性やヘミセルラーゼ活性を有する酸生成菌を繁殖させることにより、又は酸生成菌の繁殖下にセルラーゼ含有液やヘミセルラーゼの含有液、又はセルラーゼ製剤やヘミセルラーゼ製剤を添加することにより酸生成分解工程と一体化された工程とすることができる。あるいは、嫌気性のセルラーゼ生産菌やヘミセルラーゼ生産菌を酸生成菌及びメタン生成菌と共存させることにより、又はセルラーゼ活性やヘミセルラーゼ活性を有する酸生成菌及びメタン生成菌を共存させることにより、又は酸生成菌及びメタン生成菌の繁殖下にセルラーゼ含有液やヘミセルラーゼ含有液、又はセルラーゼ製剤やヘミセルラーゼ製剤を添加することにより酸生成分解工程及びメタン生成工程と一体化された工程とすることができる。
ただし、一般には、酸生成菌やメタン生成菌が有するセルラーゼ活性やヘミセルラーゼ活性は弱く、また、セルラーゼ活性の強いセルラーゼ生産菌やヘミセルラーゼ活性の強いヘミセルラーゼ生産菌が繁殖しやすい条件と、酸生成菌やメタン生成菌が繁殖しやすい条件は異なる。このため、一つの処理容器内で嫌気性微生物を繁殖させることによって加水分解工程と酸生成工程、又は加水分解工程と酸生成工程及びメタン発酵工程を並行して進行させようとした場合、加水分解工程が律速となって酸生成分解工程以降の工程が進まないという問題がある。また、外部で生産したセルラーゼ含有液やヘミセルラーゼ含有液、又はセルラーゼ製剤やヘミセルラーゼ製剤を添加する方法は、その生産のために原料となるセルロースやヘミセルロースを別途供給しなければならないため経済的でない。
このため、セルロース系繊維懸濁液は、別の処理容器であらかじめセルロース系繊維をグルコース等の単糖類へ加水分解することによって単糖類溶液に変換した後、酸生成分解工程以降のメタン発酵工程を行うことが好ましい。あるいは、セルロース系繊維懸濁液を一部分岐し、該分岐液を培地としてセルラーゼ生産菌やヘミセルラーゼ生産菌を培養し、得られた培養液、培養濾液又は培養抽出液を残余のセルロース系繊維懸濁液と混合することにより加水分解を行った上で、酸生成分解工程以降のメタン発酵工程を行うことが好ましい。
なお、セルラーゼ生産菌やヘミセルラーゼ生産菌を酸生成分解工程以降の工程が行われる処理容器とは別の処理容器内に繁殖させる場合、該セルラーゼ生産菌やヘミセルラーゼ生産菌は必ずしも嫌気性である必要はなく、好気性微生物を用いてもよい。
Such a hydrolysis step is carried out by allowing an anaerobic cellulase-producing bacterium or hemicellulase-producing bacterium to coexist with an acid-producing bacterium in an anaerobic treatment container, or an acid-producing bacterium having cellulase activity or hemicellulase activity. Or by adding a cellulase-containing liquid or hemicellulase-containing liquid, or a cellulase preparation or a hemicellulase preparation under the growth of acid-producing bacteria. it can. Alternatively, by causing anaerobic cellulase-producing bacteria and hemicellulase-producing bacteria to coexist with acid-producing bacteria and methanogens, or by causing cellulase activity and hemicellulase activity to have acid-producing bacteria and methanogens, or By adding a cellulase-containing liquid or hemicellulase-containing liquid, or a cellulase preparation or a hemicellulase preparation under the growth of acid-producing bacteria and methanogenic bacteria, the process may be integrated with the acid-generating decomposition process and the methane-generating process. it can.
However, generally, cellulase activity and hemicellulase activity possessed by acid-producing bacteria and methanogens are weak, and cellulase-producing bacteria with strong cellulase activity and hemicellulase-producing bacteria with strong hemicellulase activity are prone to breed, Conditions under which producers and methanogens are likely to reproduce are different. For this reason, when anaerobic microorganisms are propagated in one processing vessel, hydrolysis and acid generation processes, or hydrolysis and acid generation processes and methane fermentation processes are performed in parallel. There is a problem that the process becomes rate-determining and the process after the acid generation decomposition process does not proceed. In addition, the method of adding an externally produced cellulase-containing liquid or hemicellulase-containing liquid, or a cellulase preparation or a hemicellulase preparation is not economical because cellulose or hemicellulose as a raw material must be separately supplied for the production. .
For this reason, the cellulosic fiber suspension is converted into a monosaccharide solution by hydrolyzing the cellulosic fiber into a monosaccharide such as glucose in a separate processing vessel, and then the methane fermentation process after the acid generation decomposition process is performed. Preferably it is done. Alternatively, the cellulosic fiber suspension is partly branched, cellulase-producing bacteria or hemicellulase-producing bacteria are cultured using the branched liquid as a medium, and the resulting culture solution, culture filtrate or culture extract is used as the remaining cellulosic fiber suspension. It is preferable to perform the methane fermentation process after the acid generation decomposition process after hydrolyzing by mixing with a turbid liquid.
In addition, when cellulase-producing bacteria and hemicellulase-producing bacteria are propagated in a processing container different from the processing container in which the steps after the acid generation and decomposition step are performed, the cellulase-producing bacteria and hemicellulase-producing bacteria are not necessarily anaerobic. There is no need to use aerobic microorganisms.

前記セルロース系繊維懸濁液中のセルロース系繊維が加水分解されることによって得られた単糖類の水溶液を、嫌気状態で酸生成菌及びメタン生成菌によって処理する場合、メタン生成菌によるメタン生成が律速になる。このため、処理速度を速めるためには、嫌気状態に保たれた処理容器内においてメタン生成菌の菌体濃度を高める必要がある。
処理容器内の菌体濃度を高める方法としては、処理容器の内部に充填材を設け、その表面に嫌気性微生物の生物膜を付着増殖させる固定床法や、嫌気性微生物が付着増殖する担体を粒状化し、上昇流によって流動させる流動床などがあるが、特に、嫌気性微生物の自己集塊作用を利用して、菌体を沈降性に優れた粒状汚泥として処理容器内に保持するUASB法が、最もメタン生成速度が速い。
ただし、前記セルロース系繊維懸濁液中のセルロース系繊維が加水分解されることによって得られた単糖類溶液にUASB法を適用する場合には、単糖類を有機酸に分解する酸生成菌がマイナスに帯電したバイオポリマーを大量に生成して、メタン生成菌の緻密な粒状汚泥の生成を妨げるという問題がある。この問題を回避するためには、酸生成分解工程とメタン生成工程を分離し、該酸生成分解工程において単糖類を有機酸に分解して得た有機酸溶液をUASB法を用いたメタン生成工程で処理すればよい。
なお、一般に、酸生成菌が繁殖しやすい条件とメタン生成菌が繁殖しやすい条件は異なるため、メタン生成工程にUASB法以外の方法を用いる場合においても、酸生成分解工程とメタン生成工程を分離し、それぞれの工程の運転条件を最適化することが好ましい。
When the aqueous solution of monosaccharides obtained by hydrolyzing the cellulosic fibers in the cellulosic fiber suspension is treated with acid-producing bacteria and methanogens in an anaerobic state, methane production by the methanogen is caused. Become rate-limiting. For this reason, in order to increase the processing speed, it is necessary to increase the concentration of methanogenic bacteria in a processing container kept in an anaerobic state.
As a method for increasing the bacterial cell concentration in the processing container, a fixed bed method in which a biofilm of anaerobic microorganisms is attached to and proliferated on the surface of the processing container, or a carrier on which anaerobic microorganisms adhere and grow can be used. There is a fluidized bed that is granulated and fluidized by an upward flow, and in particular, there is a UASB method that uses a self-aggregation action of anaerobic microorganisms to hold cells in a processing vessel as granular sludge having excellent sedimentation properties. The fastest methane production rate.
However, when the UASB method is applied to a monosaccharide solution obtained by hydrolyzing cellulosic fibers in the cellulosic fiber suspension, acid-producing bacteria that decompose monosaccharides into organic acids are negative. There is a problem that a large amount of highly charged biopolymer is produced to prevent the formation of dense granular sludge of methanogens. In order to avoid this problem, the acid generation decomposition step and the methane generation step are separated, and an organic acid solution obtained by decomposing monosaccharides into organic acids in the acid generation decomposition step is used as a methane generation step using the UASB method. Can be processed.
In general, the conditions under which acid-producing bacteria are likely to propagate are different from the conditions under which methane-producing bacteria are likely to propagate. Therefore, even when a method other than the UASB method is used for the methane production process, the acid production decomposition process and the methane production process are separated. However, it is preferable to optimize the operating conditions of each process.

セルラーゼ生産菌、ヘミセルラーゼ生産菌、酸生成菌及びメタン生成菌などの微生物が繁殖するためには、セルロース系繊維、単糖類、又は有機酸のように炭素、水素及び酸素のみを含む有機物以外に、窒素、リン、カリウム、さらには鉄などの栄養成分を供給する必要がある。このため、メタン発酵工程又はその前処理工程に先立って処理対象液にそれらの栄養成分を添加することが好ましい。
この目的のためには、上記のように、蒸解工程に樹木の樹皮や葉を供給し、それら供給物から蒸解物混合液中に移行した栄養成分を下流の工程を経由してメタン発酵工程又はその前処理工程に移行させることもできるが、樹皮や葉は、洗浄工程において蒸解物混合液から分離されたセルロース系繊維懸濁液と混合し、該混合物をメタン発酵工程又はその前処理工程に移送することもできる。その際、樹皮や葉は、あらかじめ発酵等によって分解しやすくした上でセルロース系繊維懸濁液と混合することによって、微生物が利用しやすくすることができる。
なお、栄養源としては、樹木の樹皮や葉だけでなく、厨芥、下水汚泥、屎尿、及びビール製造などの食品製造工程で生じる排水や廃棄物等の有機系廃棄物を利用することができる。このうち、特に、下水汚泥や屎尿などのセルロース系繊維の含有量が少ない有機系廃棄物についてはセルロースやヘミセルロースを加水分解する必要性があまりないため、セルロース系繊維懸濁液中のセルロース系繊維を加水分解することによって得た単糖類溶液と混合して酸生成分解工程に移送することによって、加水分解工程における処理対象液の液量がいたずらに増えることを回避することができる。
In order to propagate microorganisms such as cellulase-producing bacteria, hemicellulase-producing bacteria, acid-producing bacteria and methanogens, cellulosic fibers, monosaccharides, or organic substances such as organic acids containing only carbon, hydrogen and oxygen It is necessary to supply nutrients such as nitrogen, phosphorus, potassium, and iron. For this reason, it is preferable to add those nutrient components to a process target liquid prior to a methane fermentation process or its pretreatment process.
For this purpose, as described above, the bark and leaves of the tree are supplied to the cooking process, and the nutrient components transferred from these supplies into the cooking mixture are passed through the downstream process to the methane fermentation process or Although it can be transferred to the pretreatment step, the bark and leaves are mixed with the cellulosic fiber suspension separated from the digested mixture in the washing step, and the mixture is put into the methane fermentation step or the pretreatment step. It can also be transported. At that time, the bark and leaves are easily decomposed by fermentation or the like, and then mixed with the cellulosic fiber suspension to facilitate the use of microorganisms.
As a nutrient source, not only bark and leaves of trees, but also organic waste such as wastewater and waste generated in food production processes such as dredging, sewage sludge, manure, and beer production can be used. Of these, especially for organic wastes with a low content of cellulosic fibers such as sewage sludge and manure, it is not necessary to hydrolyze cellulose and hemicellulose, so cellulosic fibers in cellulosic fiber suspensions By mixing with the monosaccharide solution obtained by hydrolyzing and transferring to the acid generation and decomposition step, it is possible to avoid an unnecessarily increase in the amount of the liquid to be treated in the hydrolysis step.

本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法で得られたメタンを主成分とする可燃性ガスは、必要であればガスホルダーに貯留された後、隣接して設置されたガス燃焼ボイラで燃焼させ、発生した熱を蒸気等で回収して利用したり、さらに必要であれば蒸気タービンを回転させて電力に変換することができる。あるいは、ガスエンジンで燃焼させて動力を直接利用したり、発電機と連結して発電することができる。
また、メタン発酵工程で得られた可燃性ガスから二酸化炭素及び/又は硫化水素(H2S)を除去し、メタンを主成分として二酸化炭素と硫化水素をわずかしか、又はほとんど含まない可燃性ガスを得た場合、該可燃性ガスは改質器で水素に改質した上で、隣接して設置した燃料電池によって電力に転換することができ、さらには、天然ガス自動車又は改質器を設けた燃料電池自動車に燃料として供給することができる。
あるいはまた、これらの可燃性ガスは、ボンベに充填して該ボンベをトラック等で輸送することによって、又はパイプラインに供給することによって、遠隔の消費地まで輸送することができる。
Combustible gas mainly composed of methane obtained by the method of using lignocellulosic biomass of the present invention, if necessary, after being stored in a gas holder, burned in a gas combustion boiler installed adjacently, The generated heat can be recovered and used with steam or the like, and further converted into electric power by rotating the steam turbine if necessary. Or it can burn with a gas engine and can use power directly, or it can connect with a generator and can generate electric power.
Also, carbon dioxide and / or hydrogen sulfide (H 2 S) is removed from the flammable gas obtained in the methane fermentation process, and flammable gas containing methane as the main component and little or no carbon dioxide and hydrogen sulfide. The combustible gas can be reformed into hydrogen by a reformer and then converted into electric power by a fuel cell installed adjacent thereto, and further, a natural gas vehicle or a reformer is provided. The fuel cell vehicle can be supplied as fuel.
Alternatively, these combustible gases can be transported to a remote consumer by filling the cylinder and transporting the cylinder by truck or the like or by feeding it to a pipeline.

特に、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法を用いた装置に近接して天然ガスのパイプラインが敷設されている場合には、必要に応じて、メタン発酵工程で得られた可燃性ガスから二酸化炭素及び/又は硫化水素を除去し、メタンを主成分として二酸化炭素と硫化水素をわずかしか、又はほとんど含まない可燃性ガスとした上で、該可燃性ガスを必要な圧力まで加圧し、既設のパイプラインに供給することが好便である。その場合、ガス会社などのパイプラインの所有者に可燃性ガスを販売する利用方法が可能であり、あるいは、パイプラインの所有者に託送量を支払った上で、遠隔の消費者に可燃性ガスを販売する利用方法も可能である。
また、その際、パイプラインへの供給口に可燃性ガスの流量を計測する自動計量装置を設置し、計測された供給量とあらかじめ設定した価格に基づき、コンピュータを用いてパイプラインの所有者又は遠隔の消費者に自動的に課金するシステムとすることができる。特に、消費者が二酸化炭素の排出枠を設定されている場合には、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法によって得られたメタンを主成分とする可燃性ガスはカーボンニュートラルな燃料であることから、消費者の二酸化炭素の排出枠に余裕が生じ、その余裕分を二酸化炭素の排出権として販売することが可能であるため、それも考慮した価格設定とすることができる。
In particular, when a natural gas pipeline is laid in the vicinity of the apparatus using the lignocellulosic biomass utilization method of the present invention, if necessary, from the combustible gas obtained in the methane fermentation process After removing carbon dioxide and / or hydrogen sulfide, making flammable gas containing methane as a main component and little or little carbon dioxide and hydrogen sulfide, pressurizing the combustible gas to a required pressure, It is convenient to supply to the pipeline. In that case, it is possible to use the combustible gas by selling the combustible gas to the owner of the pipeline, such as a gas company. It is possible to use it to sell
At that time, an automatic metering device that measures the flow rate of the combustible gas is installed at the supply port to the pipeline, and the pipeline owner or computer is used by the computer based on the measured supply amount and the preset price. It can be a system that automatically charges remote consumers. In particular, when a consumer has a carbon dioxide emission allowance, the methane-based combustible gas obtained by the method of using the lignocellulosic biomass of the present invention is a carbon neutral fuel. Therefore, a margin is generated in the consumer's carbon dioxide emission allowance, and the margin can be sold as the carbon dioxide emission right.

さて、蒸解薬液の有効成分である水酸化ナトリウムや硫化ナトリウムは非常に高価な薬品であり、また、その原料となる炭酸ナトリウムや硫酸ナトリウムも高価であるため、蒸解薬液は回収して繰り返し再利用することが好ましい。このため、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法の一形態では、前記蒸解廃液は濃縮分離工程に移送し、該濃縮分離工程においてナトリウムイオン高濃度含有液とナトリウムイオン低濃度含有液に分離することにより、蒸解薬液に含まれ蒸解廃液に移行したナトリウムイオンを、さらに少量のナトリウムイオン高濃度含有液に移行せしめた上で、該ナトリウムイオン高濃度含有液から前記蒸解薬液の有効成分を回収することとした。   Now, sodium hydroxide and sodium sulfide, which are the active ingredients of cooking chemicals, are very expensive chemicals, and sodium carbonate and sodium sulfate as raw materials are also expensive, so the cooking chemicals can be recovered and reused repeatedly. It is preferable to do. For this reason, in one form of the utilization method of the lignocellulosic biomass of the present invention, the cooking waste liquid is transferred to a concentration and separation step, and is separated into a high sodium ion concentration containing solution and a low sodium ion concentration containing solution in the concentration and separation step. Thus, after the sodium ions contained in the cooking chemical liquid and transferred to the cooking waste liquid are transferred to a small amount of sodium ion high-concentration containing liquid, the active ingredient of the cooking chemical liquid is recovered from the sodium ion high-concentration containing liquid. It was decided.

前記洗浄工程でセルロース系繊維懸濁液と分離された蒸解廃液は濃縮分離工程に移送され、ナトリウムイオン高濃度含有液とナトリウムイオン低濃度含有液に分離される。この分離は、蒸解廃液中の水分及び揮発成分を蒸発させて濃縮し、ナトリウムイオン高濃度含有液を得る蒸発工程と、蒸発した成分を凝縮させてナトリウムイオン低濃度含有液を得る凝縮工程を組み合わせることによって行うことができる。この濃縮分離工程には蒸気と蒸解廃液を間接的に熱交換させて水分及び揮発成分を蒸発させる間接型蒸発缶と、発生した蒸気及び揮発成分を冷却水と間接的に熱交換させて凝縮させる間接型凝縮器を組み合わせて使用することができる。特に、蒸気との間接熱交換によって生成した揮発成分含有蒸気を残余の液体と間接的に熱交換させることによって、残余の液体からさらに水分と揮発成
分を蒸発させるとともに、もとの揮発成分含有蒸気は凝縮せしめる多重効用蒸発缶を用いることによって、蒸気の使用量を低減することができる。
このような濃縮分離工程において、蒸解廃液中に含有されるナトリウムイオンは、わずかな量だけが飛散してナトリウムイオン低濃度含有液側に移行することを除いて大部分がナトリウムイオン高濃度含有液に移行させられる。この結果、ナトリウムイオンは大量の蒸解物混合液から少量のナトリウムイオン高濃度含有液に移行することになるため、該ナトリウムイオンを水酸化ナトリウム等の蒸解薬液の有効成分として回収することは、比較的容易に行えるようになる。
なお、上記のように蒸解廃液は、ナトリウムイオンを主として弱酸−強アルカリのナトリウム塩又は水酸化ナトリウムとして含有するためpHは通常10以上であるが、これらナトリウム成分が濃縮されるナトリウムイオン高濃度含有液では、pHはこれよりさらに高くなる。また、ナトリウムイオン低濃度含有液については、わずかの量のナトリウムイオンが飛散して移行するだけであるためpHは蒸解廃液よりも低くはなるが、それでも主として弱酸−強アルカリのナトリウム塩又は水酸化ナトリウムとして移行するためアルカリ性を呈する。
The cooking waste liquid separated from the cellulosic fiber suspension in the washing step is transferred to the concentration separation step and separated into a sodium ion high-concentration containing liquid and a sodium ion low-concentration containing liquid. This separation combines the evaporation step of concentrating by evaporating the water and volatile components in the cooking waste liquid to obtain a sodium ion high concentration liquid, and the condensation step of condensing the evaporated component to obtain a low sodium ion concentration liquid. Can be done. In this concentration and separation process, steam and cooking waste liquid are indirectly heat-exchanged to indirectly evaporate moisture and volatile components, and the generated steam and volatile components are indirectly heat-exchanged with cooling water to condense. An indirect condenser can be used in combination. In particular, the volatile component-containing steam generated by indirect heat exchange with the steam is indirectly heat-exchanged with the remaining liquid to further evaporate moisture and volatile components from the remaining liquid, and the original volatile component-containing steam. The amount of steam used can be reduced by using a multi-effect evaporator that condenses.
In such a concentration and separation process, most of the sodium ions contained in the cooking waste liquid are scattered and transferred to the low concentration sodium ion concentration liquid side, except for a small amount. It is moved to. As a result, sodium ions will be transferred from a large amount of the digested mixture to a small amount of sodium ion high-concentration containing liquid. Can be done easily.
As mentioned above, the cooking waste liquid contains sodium ions mainly as a weak acid-strong alkali sodium salt or sodium hydroxide, so that the pH is usually 10 or more. However, these sodium components are concentrated to a high concentration. In liquids, the pH is even higher. In addition, in the case of a solution containing a low concentration of sodium ions, only a small amount of sodium ions is scattered and transferred, so the pH is lower than that of the cooking waste solution, but it is still mainly a weak acid-strong alkali sodium salt or hydroxide. It exhibits alkalinity because it migrates as sodium.

前記蒸解工程において水酸化ナトリウムに加えて硫化ナトリウムを有効成分とする蒸解薬液を用いる場合には、蒸解薬液中には、硫化ナトリウムが加水分解して生成する硫化水素イオンが含まれる。その大部分は蒸解工程において硫酸イオン(SO4 2−)やチオ硫酸イオン(S2O3 2−)に酸化されるが、一部は蒸解物混合液中に硫化水素イオンのままとどまり、この硫化水素イオンは、セルロース系繊維に随伴してごく一部だけがセルロース系繊維懸濁液に移行することを除けば、蒸解廃液中に移行する。さらに、そのうちの大部分は蒸発工程においてナトリウムイオン高濃度含有液に残留するが、残りのわずかな量の硫化水素イオンは硫化水素やメタンチオール(CH3SH)等のチオールとして蒸解廃液から蒸発する。また、後述のように、蒸解廃液をメタン発酵工程において生成する可燃性ガスと接触させ、該可燃性ガス中の硫化水素を該蒸解廃液中に吸収させた場合には、その硫化水素に起因する硫化水素イオンについても、その一部が蒸発工程において再び硫化水素として又はメタンチオール等のチオールとして蒸解廃液から蒸発する。
このように一旦蒸発した硫化水素及びチオールは、その大部分が後段の凝縮過程でナトリウムイオン低濃度含有液側に移行するが、その一部は水蒸気とともに気相にとどまる。硫化水素やチオールは気相のまま大気中に放散すると悪臭の問題が生じるが、これらはいずれも酸性又は弱酸性であって容易にアルカリ性水溶液に溶解するため、それらを含む含有するガスを、アルカリ性水溶液である蒸解物混合液、蒸解廃液又はナトリウムイオン高濃度含有液、あるいは蒸解工程に使用する前の蒸解薬液に気液接触させることにより、吸収除去することができる。
In the cooking step, when a cooking chemical liquid containing sodium sulfide as an active ingredient in addition to sodium hydroxide is used, the cooking chemical liquid contains hydrogen sulfide ions generated by hydrolysis of sodium sulfide. Most of them are oxidized to sulfate ions (SO 4 2− ) and thiosulfate ions (S 2 O 3 2− ) in the cooking process, but some remain as hydrogen sulfide ions in the digested liquid mixture. Hydrogen sulfide ions move into the cooking liquor, except that only a small portion of the hydrogen sulfide ions are transferred to the cellulosic fiber suspension along with the cellulosic fibers. In addition, most of them remain in the high-concentration solution of sodium ions in the evaporation process, but the remaining small amount of hydrogen sulfide ions evaporate from the cooking waste as thiols such as hydrogen sulfide and methanethiol (CH 3 SH). . In addition, as will be described later, when the cooking waste liquid is brought into contact with the combustible gas generated in the methane fermentation step, and hydrogen sulfide in the combustible gas is absorbed in the cooking waste liquid, it results from the hydrogen sulfide. Some of the hydrogen sulfide ions are also evaporated from the cooking waste liquid again as hydrogen sulfide or as a thiol such as methanethiol in the evaporation step.
Most of the hydrogen sulfide and thiol once evaporated in this way migrate to the low-concentration sodium ion-containing liquid side in the subsequent condensation process, but part of the hydrogen sulfide and thiol remain in the gas phase together with water vapor. When hydrogen sulfide and thiols are released into the atmosphere in the gas phase, the problem of malodor occurs, but these are both acidic or weakly acidic and easily dissolved in an alkaline aqueous solution. Absorption can be removed by gas-liquid contact with a digested product mixture solution, a cooking waste solution or a solution containing a high concentration of sodium ions, or a cooking chemical solution before use in the cooking process.

なお、蒸解廃液中に硫化ナトリウム及び/又は硫化水素ナトリウムが比較的高い濃度で含まれる場合には、濃縮分離工程で用いられる間接型蒸発缶の材料が腐食することがある。この問題は、蒸解廃液を空気又は酸素と接触させることにより、下式(4)及び(5)の反応によって硫化ナトリウム及び硫化水素ナトリウムをチオ硫酸ナトリウム(Na2S2O3)に酸化させることにより回避又は軽減できる。
2Na2S+2O2+H2O → Na2S2O3+NaOH (4)
2NaSH+2O2 → Na2S2O3+H2O (5)
そして、前記濃縮分離工程の前にこのような蒸解廃液酸化工程を経ることによって、上記のように濃縮分離工程で蒸発する硫化水素及びチオールの量を減少させることができる。
In the case where sodium sulfide and / or sodium hydrogen sulfide is contained in the cooking waste liquid at a relatively high concentration, the material of the indirect evaporator used in the concentration and separation process may corrode. The problem is that sodium sulfide and sodium hydrogen sulfide are oxidized to sodium thiosulfate (Na 2 S 2 O 3 ) by the reaction of the following formulas (4) and (5) by bringing the cooking waste liquid into contact with air or oxygen. Can be avoided or reduced.
2Na 2 S + 2O 2 + H 2 O → Na 2 S 2 O 3 + NaOH (4)
2NaSH + 2O 2 → Na 2 S 2 O 3 + H 2 O (5)
And by passing through such a cooking waste liquid oxidation process before the concentration separation process, the amount of hydrogen sulfide and thiol evaporated in the concentration separation process can be reduced as described above.

さて、蒸解廃液から濃縮分離されたナトリウムイオン高濃度含有液中には有機酸イオンがナトリウム塩として溶解しているだけでなく、それ以外にも非揮発性の有機物が高濃度で溶解している。これらの有機酸イオンを含む有機物は燃焼して水や二酸化炭素に酸化分解されることによって燃焼熱を発生するが、特に、前記濃縮分離工程で該ナトリウムイオン高濃度含有液の含水率を50%程度以下に抑えられれば、有機物の燃焼熱が該ナトリウムイオン高濃度含有液に含まれる水分の蒸発潜熱を上回り、その燃焼熱を回収して利用できるようになる
このようにナトリウムイオン高濃度含有液が有する化学エネルギーを有効に利用するため、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法の一形態においては、前記ナトリウムイオン高濃度含有液は回収ボイラにおいて燃焼し、生成する燃焼残渣から前記蒸解薬液の有効成分を回収するとともに、該回収ボイラでは燃焼熱を蒸気又は温水として回収することとした。特に、回収ボイラの水管壁で蒸気を発生させて蒸気タービンを回転させた場合には、回収された熱エネルギーを電力に転換することもできる。
Now, not only organic acid ions are dissolved as sodium salt in the high concentration sodium ion concentration liquid separated from the cooking waste liquid, but also non-volatile organic substances are dissolved in high concentration. . The organic matter containing these organic acid ions is combusted and oxidatively decomposed into water and carbon dioxide to generate combustion heat. In particular, the water content of the high concentration sodium ion-containing liquid is 50% in the concentration and separation step. If it is suppressed to about a level or less, the combustion heat of the organic substance exceeds the latent heat of vaporization of the water contained in the liquid containing high concentration of sodium ions, and the heat of combustion can be recovered and used. In order to effectively use the chemical energy of the lignocellulosic biomass of the present invention, in the form of the method for using lignocellulosic biomass of the present invention, the liquid containing sodium ions at a high concentration is combusted in a recovery boiler, and the cooking chemical liquid is formed from the generated combustion residue. While recovering the active ingredients, the recovery boiler recovers the combustion heat as steam or hot water. In particular, when steam is generated at the water pipe wall of the recovery boiler and the steam turbine is rotated, the recovered thermal energy can be converted into electric power.

ナトリウムイオン高濃度含有液を回収ボイラで燃焼させると、有機酸ナトリウムは炭酸ナトリウム(Na2CO3)に転換され、もともとナトリウムイオン高濃度含有液中に含まれていた炭酸ナトリウムとともに燃焼残渣として回収される。この燃焼残渣を水に溶解し、得られた水溶液に水酸化カルシウム(Ca(OH)2)を添加すると、下式(6)の反応によって水酸化ナトリウムとともに難溶性の炭酸カルシウム(CaCO3)が生成し、水溶液中に分散した炭酸カルシウムを除去することによって、水酸化ナトリウムの水溶液又は懸濁液を得ることができる。
Na2CO3+Ca(OH)2 → 2NaOH+CaCO3 (6)
When the sodium ion high-concentration liquid is burned in the recovery boiler, the organic acid sodium is converted to sodium carbonate (Na 2 CO 3 ) and recovered as a combustion residue together with the sodium carbonate originally contained in the sodium ion high-concentration liquid. Is done. When this combustion residue is dissolved in water and calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) is added to the resulting aqueous solution, the poorly soluble calcium carbonate (CaCO 3 ) is dissolved together with sodium hydroxide by the reaction of the following formula (6). By removing the calcium carbonate formed and dispersed in the aqueous solution, an aqueous solution or suspension of sodium hydroxide can be obtained.
Na 2 CO 3 + Ca (OH) 2 → 2NaOH + CaCO 3 (6)

前記蒸解工程において水酸化ナトリウムに加えて硫化ナトリウムを有効成分とする蒸解薬液を用いる場合、該硫化ナトリウムは、上記の蒸解工程及び蒸解廃液酸化工程によって硫酸ナトリウムやチオ硫酸ナトリウムに変化し、ナトリウムイオン高濃度溶液側に移行する。これらの硫黄含有ナトリウム成分はナトリウムイオン高濃度含有液を燃焼する際に、硫化ナトリウムに転換されて燃焼残渣中に移行し、最終的には水酸化ナトリウムとともに共存して上記水溶液又は懸濁液中に溶解又は分散することになる。このため、この混合水溶液又は混合懸濁液は再び蒸解薬液として使用することができる。
その際、特に、ナトリウムイオン高濃度含有液中に硫化ナトリウム及び/又は硫化水素ナトリウムが比較的高い濃度で含まれる場合、それらの硫黄含有ナトリウム成分は、下式(7)及び(8)でナトリウムイオン高濃度含有液の燃焼ガス中の二酸化炭素と反応して硫化水素を生成する。
Na2S+CO2+H2O → Na2CO3+H2S (7)
2NaSH+CO2+H2O → Na2CO3+2H2S (8)
この問題は、ナトリウムイオン高濃度含有液の燃焼工程に先立って、上式(4)又は(5)の反応によって硫化ナトリウム及び硫化水素ナトリウムをチオ硫酸ナトリウムに酸化する工程を経ることによって回避することができる。なお、この酸化は、上記のようにナトリウムイオン高濃度含有液を濃縮分離する前の蒸解廃液の段階で行ってもよく、また、ナトリウムイオン高濃度含有液を濃縮分離してから行ってもよい。
In the cooking step, when using a cooking chemical solution containing sodium sulfide as an active ingredient in addition to sodium hydroxide, the sodium sulfide is changed to sodium sulfate or sodium thiosulfate by the above cooking step and cooking waste liquid oxidation step, and sodium ions Move to the high concentration solution side. These sulfur-containing sodium components are converted into sodium sulfide when combusting a liquid containing a high concentration of sodium ions and transferred into the combustion residue, and finally coexist with sodium hydroxide in the aqueous solution or suspension. It will be dissolved or dispersed in. For this reason, this mixed aqueous solution or mixed suspension can be used again as a cooking chemical.
At that time, particularly, when sodium sulfide and / or sodium hydrogen sulfide is contained in a relatively high concentration in the liquid containing a high concentration of sodium ions, those sulfur-containing sodium components are represented by the following formulas (7) and (8). It reacts with carbon dioxide in the combustion gas of the high ion concentration liquid to produce hydrogen sulfide.
Na 2 S + CO 2 + H 2 O → Na 2 CO 3 + H 2 S (7)
2NaSH + CO 2 + H 2 O → Na 2 CO 3 + 2H 2 S (8)
This problem can be avoided by going through the step of oxidizing sodium sulfide and sodium hydrogen sulfide to sodium thiosulfate by the reaction of the above formula (4) or (5) prior to the combustion step of the liquid containing high concentration of sodium ions. Can do. In addition, this oxidation may be performed at the stage of the cooking waste liquid before concentration separation of the high concentration sodium ion solution as described above, or may be performed after concentration concentration separation of the high concentration sodium ion solution. .

ただし、上記の工程においても、もともと蒸解薬液中に含まれていたすべてのナトリウムイオンや硫黄分を完全に回収することは通常不可能であり、わずかに系外に流出した分については、ナトリウムイオン高濃度含有液を回収ボイラで燃焼するに先立って、又は燃焼残渣を水に溶解せしめる際に炭酸ナトリウムを補給することによって補うことができる。あるいは、水酸化ナトリウムに加えて硫化ナトリウムを有効成分とする蒸解薬液を用いる場合には、ナトリウムイオン高濃度含有液を回収ボイラで燃焼するに先立って硫酸ナトリウムを補充することで補うことができる。   However, even in the above process, it is usually impossible to completely recover all the sodium ions and sulfur originally contained in the cooking chemical. It can be supplemented by replenishing sodium carbonate prior to burning the high concentration liquid in the recovery boiler or when dissolving the combustion residue in water. Or when using the cooking chemical | medical solution which uses sodium sulfide as an active ingredient in addition to sodium hydroxide, it can supplement by replenishing sodium sulfate before burning a sodium ion high concentration content liquid with a recovery boiler.

本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法の蒸解工程からメタン発酵工程に至る工程を用いてメタンを主成分とする可燃性ガスと蒸解廃液を得るための装置(以下、メタンガス発生装置という)と、該蒸解廃液から濃縮分離することによって得たナトリウムイオン高濃度含有液を燃焼させて前記蒸解薬液の有効成分を得るための装置(以下、蒸解薬液回収装置という)は、必ずしも近接して設置する必要はなく、また、メタンガス発生装置一式に対して、蒸解薬液回収装置一式を設置する必要もない。
むしろ、上記のようにリグノセルロース系バイオマスは、森林等の生育場所で採取されてから消費されるまでの間に長距離輸送したり、大量に貯蔵したりするのには適していないのに対して、蒸解廃液は液体であり輸送も貯蔵も比較的行いやすいこと、及びナトリウムイオン高濃度含有液を燃焼させる回収ボイラは大規模化する方が経済的であることを考慮すれば、メタンガス発生装置は森林等のリグノセルロース系バイオマスの採取場所に比較的近い場所に設置し、蒸解薬液回収装置については、複数のメタンガス発生装置から発生する蒸解廃液から濃縮分離されるナトリウムイオン高濃度含有液を集中的に処理する装置を設置すること
が好適である。
その際、蒸解廃液をナトリウムイオン高濃度含有液とナトリウムイオン低濃度含有液を分離する濃縮分離装置については、メタンガス発生装置に近接して設置してもよいし、蒸解薬液回収装置に近接して設置し、複数のメタンガス発生装置から発生する蒸解廃液を集めた上で濃縮分離してもよい。特に、複数のメタンガス発生装置から発生する蒸解廃液を集めた上で濃縮分離する場合には、蒸解廃液酸化工程についても、複数のメタンガス発生装置から発生する蒸解廃液を集めた上で実施することが好ましい。
A device for obtaining combustible gas containing methane as a main component and a cooking waste liquid (hereinafter referred to as a methane gas generator) using the steps from the cooking step to the methane fermentation step of the method of using the lignocellulosic biomass of the present invention, An apparatus (hereinafter referred to as a cooking chemical recovery apparatus) for burning the liquid containing a high concentration of sodium ions obtained by concentrating and separating from the cooking waste liquid to obtain an active ingredient of the cooking chemical liquid (hereinafter referred to as a cooking chemical recovery apparatus) must be installed close to each other. In addition, it is not necessary to install a cooking chemical recovery device set for the methane gas generator set.
Rather, lignocellulosic biomass, as described above, is not suitable for long-distance transportation or storage in large quantities from when it is collected in a growing place such as a forest until it is consumed. In view of the fact that the cooking liquor is liquid and is relatively easy to transport and store, and that it is more economical to enlarge the recovery boiler that burns the liquid containing a high concentration of sodium ions, the methane gas generator Is installed at a location relatively close to the location where lignocellulosic biomass is collected, such as forests, and for the cooking chemical recovery device, concentrated sodium ion-concentrated liquid concentrated from the cooking waste liquid generated from multiple methane gas generators is concentrated. It is preferable to install an apparatus for processing automatically.
At that time, the concentration separation device that separates the high-concentration sodium ion-containing liquid and the low-concentration sodium ion-containing liquid from the cooking waste liquid may be installed close to the methane gas generator, or close to the cooking chemical recovery device. It is also possible to install and collect the cooking waste liquid generated from a plurality of methane gas generators, and then concentrate and separate it. In particular, when collecting and separating cooking waste liquids generated from a plurality of methane gas generators, the cooking waste liquid oxidation process may also be performed after collecting the cooking waste liquids generated from a plurality of methane gas generators. preferable.

本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法において、特に、水酸化ナトリウムに加えて硫化ナトリウムを有効成分とする蒸解薬液を用いる場合には、蒸解薬液回収装置としてクラフトパルプ工場に設置されている黒液濃縮装置以降又は回収ボイラ以降の蒸解薬液回収装置を利用することができる。すなわち、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法によって生成したナトリウムイオン高濃度含有液又は蒸解廃液は、クラフトパルプ工場の濃黒液又は稀黒液と混合され、そのままで又は濃縮された上で、さらに必要であれば混合液中の硫化ナトリウム及び/又は硫化水素ナトリウムを酸化した上で回収ボイラで燃焼される。そして、生成した燃焼残渣は水に溶解せしめられ、得られた水溶液は水酸化カルシウムを添加することにより苛性化され、副生した難溶性の炭酸カルシウムが除去されることによって蒸解薬液の有効成分の水溶液、すなわち水酸化ナトリウムと硫化ナトリウムの混合水溶液又は懸濁液(白液)が得られる。そして、この混合水溶液又は懸濁液の一部は本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法において使用され、残りはクラフトパルプ製造工程において白液として使用される。
このように本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法をクラフトパルプ製造工程と組み合わせると、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法を実施するにあたって蒸解廃液の再利用に用いる設備を新設する必要度を軽減できるという利点がある。一方、クラフトパルプ工場においても、回収ボイラで燃焼させる有機物の量が、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法において得られる蒸解廃液に含まれる有機物の分だけ増えるため、クラフトパルプ製造工程で必要になる熱又は電力を得るために燃焼させる化石燃料の量を減らせるという利点がある。特に、二酸化炭素による地球温暖化防止のため各クラフトパルプ製造会社又は工場にクラフトパルプの製造量に応じた二酸化炭素の排出枠が設定される場合には、リグノセルロース系バイオマスから得られ、したがってカーボンニュートラルな燃料である蒸解廃液又はナトリウムイオン高濃度含有液を使用することによって排出枠に余裕ができるため、その余裕分を二酸化炭素の排出権として販売することも可能である。
このように、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法とクラフトパルプ製造工程を結合した利用方法の場合、メタン発生装置における水酸化ナトリウムと硫化ナトリウムの混合水溶液又は懸濁液(白液)の受入部と、クラフトパルプ製造工程における蒸解廃液の受入部に、それぞれの液量を計測する自動計量装置を設置し、計測された受入量とあらかじめ設定した価格に基づき、コンピュータを用いて、メタンガス発生装置の所有者とクラフトパルプ製造工場の間の支払い金額を自動的に計算するシステムとすることができる。
In the method of using lignocellulosic biomass of the present invention, particularly when using a cooking chemical containing sodium sulfide as an active ingredient in addition to sodium hydroxide, black liquor installed in a kraft pulp factory as a cooking chemical recovery device A cooking chemical recovery device after the concentrator or after the recovery boiler can be used. That is, the high-concentration sodium ion-containing liquid or cooking waste liquid produced by the method of using lignocellulosic biomass of the present invention is mixed with the dark or dilute black liquor of the kraft pulp factory, and is left as it is or after being concentrated. Further, if necessary, sodium sulfide and / or sodium hydrogen sulfide in the mixed solution is oxidized and burned in a recovery boiler. The generated combustion residue is dissolved in water, and the resulting aqueous solution is causticized by adding calcium hydroxide, and the by-product hardly soluble calcium carbonate is removed to remove the active ingredient of the cooking chemical liquid. An aqueous solution, that is, a mixed aqueous solution or suspension (white liquor) of sodium hydroxide and sodium sulfide is obtained. And a part of this mixed aqueous solution or suspension is used in the utilization method of the lignocellulosic biomass of the present invention, and the rest is used as white liquor in the kraft pulp manufacturing process.
Thus, when the utilization method of lignocellulosic biomass of the present invention is combined with the kraft pulp manufacturing process, the necessity to newly install equipment used for reusing cooking waste liquid when implementing the utilization method of lignocellulosic biomass of the present invention. There is an advantage that it can be reduced. On the other hand, in the kraft pulp factory, the amount of organic matter burned in the recovery boiler is increased by the amount of organic matter contained in the cooking waste liquid obtained in the method of using the lignocellulosic biomass of the present invention. There is an advantage that the amount of fossil fuel burned to obtain the heat or power to be reduced can be reduced. In particular, in order to prevent global warming due to carbon dioxide, when each kraft pulp manufacturing company or factory has a carbon dioxide emission allowance according to the amount of kraft pulp produced, it is obtained from lignocellulosic biomass and therefore carbon. Since there is a margin in the emission allowance by using a cooking waste liquid or a solution containing a high concentration of sodium ions, which is a neutral fuel, it is also possible to sell the margin as carbon dioxide emission rights.
Thus, in the case of the utilization method which combined the utilization method of lignocellulosic biomass of the present invention and the kraft pulp manufacturing process, the acceptance of the mixed aqueous solution or suspension (white liquor) of sodium hydroxide and sodium sulfide in the methane generator And an automatic metering device that measures the amount of each of the cooking waste in the kraft pulp manufacturing process, and a methane gas generator using a computer based on the measured amount received and a preset price. It can be a system that automatically calculates the amount of payment between the owner and the kraft pulp mill.

また、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法とクラフトパルプ製造工程を結合する方法としては、別の方法も可能である。すなわち、クラフトパルプ製造工程からセルロース系繊維懸濁液であるパルプ懸濁液の一部を抜き出し、該パルプ懸濁液を、必要であれば単糖類溶液、さらには有機酸溶液に転換した上でメタン発酵工程に移送し、嫌気性微生物によって処理することによって、メタンを主成分とする可燃性ガスを発生せしめることができる。その際、生成した可燃性ガスは、クラフトパルプ製造工程において使用する熱や電力を得るための燃料として使用することもできるし、既存のパイプライン等を利用してパイプラインの所有者又は遠隔の消費者に販売することができる。
なお、この方法においても、パルプ懸濁液をメタン発酵工程に移送する分、クラフトパルプだけを製造していた従来の運転状態より黒液の発生量が増えることにより、クラフトパルプ工場において、クラフトパルプ製造量あたりの化石燃料の消費量を減らすことができるとともに二酸化炭素の排出枠に余裕ができるというメリットが生じる。また、可燃性ガスをパイプラインの所有者又は遠隔の消費者に販売する場合には、上記のようにパイプラインの所有者又は遠隔の消費者に自動的に課金するシステムとすることができ、また、消費者に二酸化炭素の排出枠が設定されている場合には、排出枠の余裕分を二酸化炭素の排出権として販売することが可能であるため、それも考慮した価格設定とすることができる。
Moreover, another method is also possible as a method of combining the utilization method of lignocellulosic biomass of the present invention and the kraft pulp manufacturing process. That is, a part of a pulp suspension which is a cellulosic fiber suspension is extracted from the kraft pulp manufacturing process, and the pulp suspension is converted into a monosaccharide solution or further an organic acid solution if necessary. By transferring to a methane fermentation process and processing with anaerobic microorganisms, combustible gas which has methane as a main component can be generated. At that time, the generated combustible gas can be used as a fuel for obtaining heat and electric power used in the kraft pulp manufacturing process, or the existing owner of the pipeline or the remote Can be sold to consumers.
In this method as well, the amount of black liquor generated in the kraft pulp factory is increased by the amount of black liquor produced compared to the conventional operating state in which only the kraft pulp was produced by transferring the pulp suspension to the methane fermentation process. There is a merit that the consumption of fossil fuel per production amount can be reduced and the carbon dioxide emission allowance can be afforded. When combustible gas is sold to the pipeline owner or remote consumer, it can be a system that automatically charges the pipeline owner or remote consumer as described above. In addition, when a carbon dioxide emission allowance is set for a consumer, it is possible to sell the margin of the emission allowance as carbon dioxide emission rights. it can.

さて、前記ナトリウムイオン低濃度含有液は、メタノールを主成分とする揮発性有機物を数千ppm含有する。したがって、該ナトリウムイオン低濃度含有液を系外に排出し、そのまま河川や海に放流すると、その有機物が有する化学エネルギーが有効に利用されないだけでなく、水質汚濁の問題を引き起こす可能性がある。
このため、発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法の一形態においては、前記ナトリウムイオン低濃度含有液は、前記セルロース系繊維懸濁液、単糖類溶液、又は有機酸溶液と混合の上、前記メタン発酵工程に移送し、嫌気性微生物によって処理することとした。これにより、ナトリウムイオン低濃度含有液が含有する有機物が、必要であれば酸生成分解などの前処理を受けた上で嫌気性微生物によって処理され、メタンを主成分とする可燃性ガスに転換される。
この際、メタノールはメタン生成菌によって直接メタンに転換されるため、加水分解工程及び酸生成分解工程を経る必要はない。したがって、ナトリウムイオン低濃度含有液は有機酸溶液と混合することが好ましく、これによって加水分解工程と酸生成分解工程での処理液量がナトリウムイオン低濃度含有液の分だけ増加することを回避することができる。
また、前記のようにナトリウムイオン低濃度含有液はアルカリ性であるため、これをメタン発酵工程に先立ってセルロース系繊維懸濁液、単糖類溶液、又は有機酸溶液と混合することは、メタン発酵工程の酸生成分解工程における有機酸の生成により、処理対象液のpHが低くなって酸生成分解工程以降の工程が阻害されることを抑制する効果もある。
Now, the said sodium ion low concentration containing liquid contains several thousand ppm of volatile organic substances which have methanol as a main component. Therefore, if the sodium ion low-concentration containing liquid is discharged out of the system and released into the river or the sea as it is, not only the chemical energy of the organic substance is not effectively used, but also a problem of water pollution may occur.
For this reason, in one form of the utilization method of the lignocellulosic biomass of the invention, the liquid containing a low concentration of sodium ions is mixed with the cellulosic fiber suspension, monosaccharide solution, or organic acid solution, and then the methane. They were transferred to the fermentation process and treated with anaerobic microorganisms. As a result, the organic matter contained in the low-concentration sodium ion-containing liquid is treated by anaerobic microorganisms after being subjected to pretreatment such as acid generation and decomposition, if necessary, and converted to a combustible gas mainly composed of methane. The
At this time, since methanol is directly converted to methane by the methanogen, it is not necessary to go through a hydrolysis step and an acid generation decomposition step. Therefore, it is preferable to mix the sodium ion low-concentration liquid with the organic acid solution, thereby avoiding an increase in the amount of the treatment liquid in the hydrolysis step and the acid generation decomposition step by the amount of the sodium ion low-concentration liquid. be able to.
Moreover, since the sodium ion low concentration containing liquid is alkaline as described above, mixing this with a cellulosic fiber suspension, a monosaccharide solution, or an organic acid solution prior to the methane fermentation process, The production of the organic acid in the acid generation / decomposition step has an effect of suppressing the pH of the liquid to be treated from being lowered and inhibiting the steps after the acid generation / decomposition step.

なお、ナトリウムイオン低濃度含有液のように、含有する有機物がメタノールを主成分として数千ppmである液体をメタン発酵工程で処理する場合、処理対象液中に硫化水素やチオール、さらにはジメチルスルフィド(CH3SCH3)やジメチルジスルフィド(CH3SSCH3)などの硫黄化合物が数百ppm程度共存すると、メタン発酵工程のうち特にメタン生成工程を阻害することがある。しかし、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法においては、有機物濃度が数〜数十%であるセルロース系繊維懸濁液、単糖類溶液又は有機酸溶液をメタン発酵工程で処理するため、硫黄化合物の有機物に対する比率が十分小さくなり、メタン生成工程に対する影響も無視できるようになる。 In addition, when a liquid containing organic substances containing methanol as the main component and having a concentration of several thousand ppm, such as a liquid containing a low concentration of sodium ions, is treated in the methane fermentation process, hydrogen sulfide, thiol, and dimethyl sulfide When sulfur compounds such as (CH 3 SCH 3 ) and dimethyl disulfide (CH 3 SSCH 3 ) coexist on the order of several hundred ppm, the methane production process may be particularly disturbed in the methane fermentation process. However, in the method of using lignocellulosic biomass of the present invention, a sulfur compound is used to treat a cellulosic fiber suspension, monosaccharide solution or organic acid solution having an organic substance concentration of several to several tens of percent in the methane fermentation step. The ratio of to organic matter becomes sufficiently small, and the influence on the methane production process can be ignored.

さて、メタン発酵工程においては処理対象液中の有機物のすべてが完全に分解されるわけではないため、メタン発酵工程の処理済液のBODは通常数百〜数千ppmであり、したがって、該処理済液を系外に排出しそのまま河川や海に放流すると、水質汚濁の問題を引き起こす可能性がある。
また、メタン発酵工程の処理対象液中には、上記のように洗浄工程において蒸解物混合液からセルロース系繊維懸濁液中にナトリウムイオンが移行することよって、また、ナトリウムイオン低濃度含有液をメタン発酵工程に移送する場合には、濃縮分離工程において飛散したナトリウムイオンがナトリウム低濃度含有液中に移行することによっても、ナトリウムイオンが含有される。このナトリウムイオンは、一部がメタン発酵工程において発生する汚泥に移行することを除けば、処理済液に移行するため、該処理済液を放流するとナトリウムイオンが流失することになり好ましくない。
In the methane fermentation process, not all organic substances in the liquid to be treated are completely decomposed. Therefore, the BOD of the treated liquid in the methane fermentation process is usually several hundred to several thousand ppm. If the spent solution is discharged out of the system and released into the river or the sea as it is, it may cause water pollution problems.
Further, in the liquid to be treated in the methane fermentation process, the sodium ion migrates from the digested liquid mixture into the cellulosic fiber suspension in the washing process as described above. In the case of transferring to the methane fermentation process, sodium ions are also contained by the sodium ions scattered in the concentration / separation process moving into the low-concentration sodium-containing solution. This sodium ion is transferred to the treated liquid except that a part thereof is transferred to the sludge generated in the methane fermentation process. If the treated liquid is discharged, the sodium ions are undesirably lost.

このため、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法の一形態では、前記メタン発酵工程の処理済液は、前記蒸解工程又は洗浄工程に返送して再利用するものとした。これにより、メタン発酵工程の処理対象液に移行したナトリウムイオンは、大部分が再び「蒸解工程、洗浄工程及び濃縮分離工程」又は「洗浄工程及び濃縮分離工程」を経て前記ナトリウムイオン高濃度含有液へと移行し、特に、有機酸ナトリウムや炭酸ナトリウム等のナトリウム塩は、上記のような蒸解薬液回収工程で蒸解薬液の主要有効成分である水酸化ナトリウム等へと転化されて再度蒸解薬品として使用されることになる。また、水酸化ナトリウムに加えて硫化ナトリウムを有効成分とする蒸解薬液を使用する場合には、メタン発酵工程の処理対象液に移行した硫酸イオンや硫化水素イオンなどの硫黄分についても、大部分が再び「蒸解工程、洗浄工程及び濃縮分離工程」又は「洗浄工程及び濃縮分離工程」を経て前記ナトリウムイオン高濃度含有液へと移行し、前記蒸解薬液回収工程で硫化ナトリウムへと転化されて再度蒸解薬品として使用されることになる。
これにより、仮にセルロース系繊維懸濁液側にナトリウムイオンが比較的多量に移行したとしても、該セルロース系繊維懸濁液からのナトリウムイオンの流失は非常に低いレベルに抑えられるため、ナトリウムイオンの流失を防ぐために前記洗浄工程でセルロース系繊維懸濁液側に移行するナトリウムイオンの濃度を著しく低いレベルに抑える必要はない。このため、洗浄工程において使用する洗浄液の量を極端に増やしたり、洗浄段数を増やすことによって設備費・運転費が上昇することを回避できる。
For this reason, in one form of the utilization method of the lignocellulosic biomass of this invention, the processed liquid of the said methane fermentation process shall be returned to the said cooking process or a washing | cleaning process, and shall be reused. As a result, most of the sodium ions transferred to the liquid to be treated in the methane fermentation step are again subjected to the “cooking step, washing step and concentration / separation step” or “washing step and concentration / separation step”. In particular, sodium salts such as organic acid sodium and sodium carbonate are converted to sodium hydroxide, which is the main active ingredient of cooking chemicals in the cooking chemical recovery process, and used again as cooking chemicals. Will be. In addition, when using a cooking chemical solution containing sodium sulfide as an active ingredient in addition to sodium hydroxide, most of the sulfur content such as sulfate ions and hydrogen sulfide ions transferred to the liquid to be treated in the methane fermentation process After passing through the “cooking process, washing process and concentration / separation process” or “washing process and concentration / separation process” again, the solution is transferred to the sodium ion high-concentration containing liquid, converted to sodium sulfide in the cooking chemical solution recovery process, and digested again. It will be used as a medicine.
As a result, even if a relatively large amount of sodium ions migrates to the cellulosic fiber suspension side, the sodium ion loss from the cellulosic fiber suspension can be suppressed to a very low level. In order to prevent the loss, it is not necessary to suppress the concentration of sodium ions that migrate to the cellulosic fiber suspension side to a remarkably low level in the washing step. For this reason, it is possible to avoid an increase in equipment costs and operating costs by extremely increasing the amount of cleaning liquid used in the cleaning process or increasing the number of cleaning stages.

前記メタン発酵工程においては、セルロースやヘミセルロースが加水分解されて生成したグルコースなどの単糖類が有機酸に分解される酸生成分解工程で二酸化炭素が発生し、その二酸化炭素の一部は同じく酸生成分解工程で発生した水素とともにメタンへと転換されるが、残りはガスとして放出される。また、二酸化炭素は、生成したメタンの一部が酸化されることによっても生成する。こうして、メタン発酵工程で生成した可燃性ガスは二酸化炭素を含むことになるが、二酸化炭素は不燃性であるため、二酸化炭素の存在によって該可燃性ガスの単位体積あたりの発熱量が低下することになる。
一方、リグノセルロース系バイオマスに硫黄分が含まれる場合や、樹皮や葉などの硫黄分を比較的多く含む生細胞バイオマスが混入する場合には、それらの硫黄分は蒸解工程にて主として硫酸イオンやチオ硫酸イオンに転換せしめられ、洗浄工程を経てセルロース系繊維懸濁液に移行する。特に、蒸解薬品として水酸化ナトリウムとともに硫化ナトリウムを使用する場合、硫化ナトリウムから上記の式(3)によって生成した硫化水素イオンは、蒸解過程で主として硫酸イオンやチオ硫酸イオンへと酸化され、同じくセルロース系繊維懸濁液に移行する。この硫酸イオンは最終的にはメタン発酵工程の処理対象液中に移行するが、メタン発酵工程においては、硫酸還元菌が硫酸イオンやチオ硫酸イオンとメタノールや有機酸を原料として硫化水素を生成せしめ、液中に溶解しきれなかった分はガスとして放出され、その結果、メタン発酵工程で生成した可燃性ガス中に硫化水素が含有されることになる。特に、セルロース系繊維懸濁液やナトリウムイオン低濃度含有液が硫化水素イオンを含有し、その結果、メタン発酵工程の処理対象液が硫化水素を含有する場合には、メタン発酵工程で発生した硫化水素が溶解する余地が小さくなるため、可燃性ガス中に含まれる硫化水素の濃度が高くなる傾向がある。
硫化水素は、それ自体が有臭で有毒であるだけでなく、それを含む可燃性ガスを燃焼させた場合には有毒で腐食性のある二酸化硫黄等の硫黄酸化物が生成するため、燃料として使用されるガス中に含まれることは好ましくない。
In the methane fermentation process, carbon dioxide is generated in the acid generation and decomposition process in which monosaccharides such as glucose produced by hydrolysis of cellulose and hemicellulose are decomposed into organic acids, and a part of the carbon dioxide is also produced as acid. It is converted into methane together with the hydrogen generated in the cracking process, but the rest is released as gas. Carbon dioxide is also generated when a portion of the generated methane is oxidized. Thus, although the combustible gas generated in the methane fermentation process contains carbon dioxide, since carbon dioxide is nonflammable, the calorific value per unit volume of the combustible gas is reduced due to the presence of carbon dioxide. become.
On the other hand, when lignocellulosic biomass contains sulfur, or when live cell biomass containing a relatively large amount of sulfur such as bark and leaves is mixed, the sulfur content is mainly sulfate ions or It is converted into thiosulfate ion and transferred to a cellulosic fiber suspension through a washing step. In particular, when sodium sulfide is used together with sodium hydroxide as a cooking chemical, hydrogen sulfide ions generated from sodium sulfide according to the above formula (3) are oxidized mainly into sulfate ions and thiosulfate ions in the cooking process, and also cellulose. Transition to system fiber suspension. This sulfate ion eventually moves into the liquid to be treated in the methane fermentation process, but in the methane fermentation process, sulfate-reducing bacteria produce hydrogen sulfide using sulfate ions, thiosulfate ions, methanol, and organic acids as raw materials. The portion that cannot be completely dissolved in the liquid is released as a gas, and as a result, hydrogen sulfide is contained in the combustible gas generated in the methane fermentation process. In particular, when the cellulosic fiber suspension or the low concentration sodium ion-containing liquid contains hydrogen sulfide ions, and as a result, the liquid to be treated in the methane fermentation process contains hydrogen sulfide, the sulfide generated in the methane fermentation process. Since there is less room for hydrogen to dissolve, the concentration of hydrogen sulfide contained in the combustible gas tends to increase.
Hydrogen sulfide is not only odorous and toxic in itself, but when flammable gas containing it is burned, toxic and corrosive sulfur oxides such as sulfur dioxide are generated. It is not preferable to be contained in the gas used.

このため、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法の一形態では、前記メタン発酵工程において生成する可燃性ガスを前記蒸解物混合液、蒸解廃液又はナトリウムイオン高濃度含有液と接触させ、該可燃性ガス中の二酸化炭素及び/又は硫化水素を該蒸解物混合液、蒸解廃液又はナトリウムイオン高濃度含有液中に吸収させることにより、メタンを主成分として二酸化炭素と硫化水素をわずかしか、又はほとんど含まない可燃性ガスを得ることとした。
上記のように蒸解物混合液、蒸解廃液及びナトリウムイオン高濃度含有液は、ナトリウムイオンを主として弱酸−強アルカリのナトリウム塩又は水酸化ナトリウムとして含有するためpHは通常10以上である。一方、二酸化炭素と硫化水素はともに酸性ガスであってアルカリ性水溶液には溶け易く、また、可燃性ガスの主成分であるメタンは水溶液には難溶であるため、メタン発酵工程において生成する可燃性ガスを蒸解廃液と接触させることによって、可燃性ガス中の二酸化炭素と硫化水素は選択的に吸収除去することができる。
蒸解物混合液、蒸解廃液又はナトリウムイオン高濃度含有液中に吸収された二酸化炭素と硫化水素は、下式(9)及び(10)の反応で蒸解物混合液、蒸解廃液又はナトリウムイオン高濃度含有液中に含まれる未反応の水酸化ナトリウムと反応し、それぞれ炭酸ナトリウム及び硫化水素ナトリウムに転換される。
CO2+2NaOH → Na2CO3+H2O (9)
H2S+NaOH → NaSH+H2O (10)
そして、特にメタンを主成分とする可燃性ガスを前記蒸解物混合液又は蒸解廃液と接触させた場合には、蒸解物混合液又は蒸解廃液中で生成した炭酸ナトリウム及び硫化水素ナトリウムは、洗浄工程及び濃縮分離工程、又は濃縮分離工程を経てナトリウムイオン高濃度含有液側に移行せしめられ、ほんのわずかな部分だけがセルロース系繊維懸濁液中又はナトリウムイオン低濃度含有液側に移行する。
Therefore, in one form of the method of using lignocellulosic biomass of the present invention, the combustible gas generated in the methane fermentation step is brought into contact with the digested liquid mixture, the cooking waste liquid or the liquid containing a high concentration of sodium ions, and the combustible By absorbing carbon dioxide and / or hydrogen sulfide in a sex gas into the digested liquid mixture, cooking waste liquid or liquid containing a high concentration of sodium ions, little or almost no carbon dioxide and hydrogen sulfide are mainly composed of methane. We decided to obtain combustible gas which did not contain.
As described above, the digested liquid mixture, the cooking waste liquid, and the liquid containing a high concentration of sodium ions contain sodium ions mainly as a weak acid-strong alkali sodium salt or sodium hydroxide, and therefore the pH is usually 10 or more. On the other hand, both carbon dioxide and hydrogen sulfide are acidic gases that are easily soluble in alkaline aqueous solutions, and methane, which is the main component of flammable gases, is hardly soluble in aqueous solutions. By bringing the gas into contact with the cooking waste liquid, carbon dioxide and hydrogen sulfide in the combustible gas can be selectively absorbed and removed.
Carbon dioxide and hydrogen sulfide absorbed in the digested liquor mixture, digested waste liquor or liquid containing a high concentration of sodium ions are dissolved in the digested liquor mixed liquor, digested waste liquor or high concentration of sodium ions in the reaction of the following formulas (9) and (10). It reacts with unreacted sodium hydroxide contained in the contained liquid, and is converted into sodium carbonate and sodium hydrogen sulfide, respectively.
CO 2 + 2NaOH → Na 2 CO3 + H 2 O (9)
H 2 S + NaOH → NaSH + H 2 O (10)
In particular, when the combustible gas mainly composed of methane is brought into contact with the digested liquid mixture or the cooking waste liquid, sodium carbonate and sodium hydrogen sulfide generated in the digested liquid mixture or the cooking waste liquid are washed. Then, after passing through the concentration / separation step, or the concentration / separation step, the solution is transferred to the liquid solution containing a high concentration of sodium ions, and only a small part is transferred to the cellulosic fiber suspension or the solution containing a low concentration of sodium ions.

なお、蒸解工程において蒸解薬液中の水酸化ナトリウムがほとんど消費され、蒸解物混合液、蒸解廃液又はナトリウムイオン高濃度含有液中の水酸化ナトリウム濃度があまり高くない場合には、該蒸解物混合液、蒸解廃液又はナトリウムイオン高濃度含有液と接触させた後の可燃性ガス中の硫化水素濃度を著しく低いレベルまで落とせないことがある。この場合には、蒸解物混合液、蒸解廃液又はナトリウムイオン高濃度含有液と接触させた後のガスを、水酸化ナトリウムを高濃度で含有する蒸解工程に使用する前の蒸解薬液と接触させることによって、可燃性ガス中の硫化水素濃度を著しく低いレベルまで落とすことができる。この場合、蒸解薬液中に吸収された硫化水素は上記の式(6)によって硫化水素ナトリウムに転換され、生成した硫化水素イオンは蒸解工程においてリグニンの分解に寄与することになる。   In addition, when the sodium hydroxide in the cooking chemical liquid is almost consumed in the cooking process and the concentration of sodium hydroxide in the cooking liquid mixture, cooking waste liquid or liquid containing a high concentration of sodium ions is not so high, the cooking liquid mixture In some cases, the hydrogen sulfide concentration in the combustible gas after being brought into contact with the cooking waste liquid or the liquid containing a high concentration of sodium ions cannot be lowered to a significantly low level. In this case, the gas after being brought into contact with the digested liquid mixture, the cooking waste liquid or the liquid containing a high concentration of sodium ions is brought into contact with the cooking chemical before being used in the cooking process containing sodium hydroxide at a high concentration. Can reduce the hydrogen sulfide concentration in the combustible gas to a significantly low level. In this case, the hydrogen sulfide absorbed in the cooking chemical is converted to sodium hydrogen sulfide by the above formula (6), and the generated hydrogen sulfide ions contribute to the decomposition of lignin in the cooking process.

蒸解物混合液、蒸解廃液又はナトリウムイオン高濃度含有液と可燃性ガスを気液接触させるにはガス吸収塔などのガス吸収装置を用いることができ、気液接触の方式としては、ガス中に蒸解物混合液、蒸解廃液又はナトリウムイオン高濃度含有液を噴霧するスプレー方式、ガス吸収器内に充填物を設け、充填物の表面で気液接触させる方式、蒸解廃液を多孔板を通して流下させてガスと気液接触させる方式、又は蒸解物混合液、蒸解廃液又はナトリウムイオン高濃度含有液中に可燃性ガスをバブリングさせる方式を用いることができる。
なお、二酸化炭素と硫化水素の平衡分圧は、いずれも吸収液の温度が低いほど小さいため、蒸解物混合液、蒸解廃液又はナトリウムイオン高濃度含有液を冷却した上で、メタン発酵工程で得られた可燃性ガスと接触させることによって接触後の可燃性ガス中の二酸化炭素と硫化水素の濃度を低くすることができる。その際、蒸解物混合液、蒸解廃液又はナトリウムイオン高濃度含有液の温度は50℃以下とすることが好ましい。
A gas absorption device such as a gas absorption tower can be used for gas-liquid contact between the digested liquid mixture, cooking waste liquid or high concentration sodium ion-containing liquid and combustible gas. Spray system for spraying the digested liquid mixture, digested waste liquid or liquid containing high concentration of sodium ions, providing a packing in the gas absorber, and contacting the liquid surface on the surface of the packed material A method of bringing gas into liquid contact, or a method of bubbling a combustible gas in a digested liquid mixture, a cooking waste liquid or a liquid containing a high concentration of sodium ions can be used.
Since the equilibrium partial pressure of carbon dioxide and hydrogen sulfide is lower as the temperature of the absorbing solution is lower, the equilibrium partial pressure is obtained in the methane fermentation process after cooling the digested product mixture, cooking waste solution, or solution containing a high concentration of sodium ions. The concentration of carbon dioxide and hydrogen sulfide in the combustible gas after contact can be lowered by contacting with the combustible gas generated. At that time, it is preferable that the temperature of the digested liquid mixture, the cooking waste liquid, or the liquid containing a high concentration of sodium ions is 50 ° C. or less.

さて、メタン発酵工程によりセルロース系繊維懸濁液を処理し、メタンを主成分とする可燃性ガスを回収する場合、律速過程となるのは通常メタン生成菌によるメタン生成工程であるが、このメタン生成工程は、メタン生成菌として代謝速度の速い中温性メタン生成菌や高温性メタン生成菌を使用することによりメタン生成速度を速くすることができる。しかし、中温性メタン生成菌の至適温度は30〜40℃であり、高温性メタン生成菌の至適温度は50〜57℃であるため、処理対象液をその温度まで加熱する又は維持するための熱源が必要である。
このため、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法の一形態では、前記蒸解工程及び/又は濃縮分離工程において供給した熱の一部を回収し、該回収熱によって前記メタン発酵工程の処理対象液を加温することとした。これにより、メタン発酵工程の処理対象液を加温するために新たな熱源を用意する必要はなくなるか、新たな熱源が必要になるにしてもその必要量は少なくて済む。なお、メタン生成工程を加水分解工程や酸生成分解工程と分離する場合、前記回収熱によるメタン発酵工程の処理対象液の加温は、セルラーゼ生産菌やヘミセルラーゼ生産菌及び/又は酸生成菌として至適温度がメタン生成菌と同程度のものを選ぶことによって、加水分解工程の前又は酸生成分解工程の前に行うことも可能である。
Now, when cellulosic fiber suspension is treated by methane fermentation process and flammable gas mainly containing methane is recovered, the rate-limiting process is usually the methane production process by methane producing bacteria. In the production step, the methanogenic rate can be increased by using a mesophilic methanogen or a thermophilic methanogen having a high metabolic rate as the methanogen. However, since the optimal temperature of mesophilic methanogen is 30-40 ° C and the optimal temperature of thermophilic methanogen is 50-57 ° C, to heat or maintain the liquid to be treated up to that temperature The heat source is necessary.
For this reason, in one form of the utilization method of the lignocellulosic biomass of the present invention, a part of the heat supplied in the cooking step and / or the concentration and separation step is recovered, and the liquid to be processed in the methane fermentation step is recovered by the recovered heat. Was to be heated. Thereby, it is not necessary to prepare a new heat source for heating the liquid to be treated in the methane fermentation process, or even if a new heat source is required, the necessary amount is small. In addition, when separating a methane production | generation process from a hydrolysis process and an acid production | generation decomposition process, the heating of the process target liquid of the methane fermentation process by the said collection | recovery heat is a cellulase production bacterium, a hemicellulase production bacterium, and / or an acid production bacterium. It is also possible to carry out before the hydrolysis step or before the acid generation decomposition step by selecting one having an optimum temperature comparable to that of the methanogen.

前記蒸解工程においては、蒸解薬液は通常100℃以上に加熱されるが、その際供給された熱は蒸解物混合液、さらには蒸解物混合液が洗浄工程において分離されるセルロース系繊維懸濁液と蒸解廃液に移行する。そして、この蒸解物混合液等が保有する熱は、蒸解物混合液等と冷却水を間接的に熱交換して温水又は蒸気を得ることによって回収することができる。あるいは、特に、蒸解物混合液等の温度が100℃以上の場合には、密閉状態を開放することによって蒸解物混合液等からフラッシュ蒸気を発生させ、蒸解物混合液等が保有する顕熱をフラッシュ蒸気の潜熱として回収することができ、必要であれば該フラッシュ蒸気と冷却水を間接的に熱交換して温水又は蒸気を得ることができる。
このようにして得られた温水又は蒸気をメタン発酵工程の処理対象液と間接的に熱交換することによって、該処理対象液を加温することができる。あるいは、蒸解物混合液等又は蒸解物混合液等から発生するフラッシュ蒸気と間接的に熱交換する冷却水としてメタン発酵工程の処理対象液を用いることによって、該処理対象液を中間的な熱媒体を介さずに直接加温することも可能である。
In the cooking step, the cooking chemical is usually heated to 100 ° C. or higher, but the heat supplied at that time is the cooking mixture, and further the cellulosic fiber suspension from which the cooking mixture is separated in the washing step. And shift to cooking waste. And the heat | fever which this digested material liquid mixture etc. hold | maintain can be collect | recovered by exchanging heat with a digested material liquid mixture etc. and cooling water indirectly, and obtaining warm water or a vapor | steam. Or, in particular, when the temperature of the cooked mixture or the like is 100 ° C or higher, the flash steam is generated from the cooked mixture by opening the sealed state, and the sensible heat possessed by the cooked mixture or the like is retained. The flash steam can be recovered as latent heat, and if necessary, the flash steam and cooling water can be indirectly heat-exchanged to obtain hot water or steam.
By indirectly exchanging the hot water or steam thus obtained with the liquid to be treated in the methane fermentation step, the liquid to be treated can be heated. Alternatively, by using the liquid to be treated in the methane fermentation process as cooling water that indirectly exchanges heat with flash steam generated from the digested liquid mixture or the like It is also possible to heat directly without going through.

蒸解釜として連続式蒸解釜を用いる場合、洗浄工程の少なくとも一部を蒸解釜の内部で行う場合にはセルロース系繊維懸濁液と蒸解廃液が、行わない場合には蒸解物混合液が蒸解釜から連続的に排出されるため、セルロース系繊維懸濁液と蒸解廃液、又は蒸解物混合液が保有する熱は、それらの排出物が蒸解釜から排出された後に回収される。特に、該排出物の温度が100℃を超える場合には、一旦ブロータンクに貯留し、該ブロータンクで密閉状態を開放することによって排出物が保有する顕熱をフラッシュ蒸気の潜熱として回収することができる。
一方、蒸解釜としてバッチ式蒸解釜を用いる場合には、連続式蒸解釜を用いる場合と同じく、セルロース系繊維懸濁液と蒸解廃液、又は蒸解物混合液が保有する熱は、それらの排出物が蒸解釜から排出された後に回収することができるが、蒸解物混合液を蒸解釜中に保持した状態で回収することも可能である。具体的には、蒸解釜のリリーフ弁を開いて密閉状態を開放することにより、フラッシュ蒸気を発生させることができ、あるいは、蒸解薬液の循環ライン又は蒸解釜内部の間接熱交換器又は熱交換用配管で蒸解物混合液と冷却水を熱交換することによって蒸気又は温水を回収することができる。その際、熱交換用配管としては、前記蒸解工程において蒸解薬液を加熱するために用いた間接熱交換器又は熱交換用配管を転用し、蒸気の替わりに冷却水を流すことができる。
When a continuous digester is used as the digester, the cellulosic fiber suspension and cooking waste liquid are used when at least a part of the washing process is performed inside the digester, and the digested mixture is used when not used. Therefore, the heat held by the cellulosic fiber suspension and the cooking waste liquid or the cooking liquid mixture is recovered after the discharge is discharged from the cooking tank. In particular, when the temperature of the effluent exceeds 100 ° C, the sensible heat retained by the effluent is recovered as the latent heat of the flash vapor by temporarily storing in the blow tank and opening the sealed state with the blow tank. Can do.
On the other hand, when a batch-type digester is used as the digester, the heat held by the cellulosic fiber suspension and the cooking waste liquid, or the mixture of the digested products is the same as that of the continuous digester. Can be recovered after it has been discharged from the digester, but it is also possible to recover it while the digest mixture is held in the digester. Specifically, flash steam can be generated by opening the relief valve of the digester to open the sealed state, or for the indirect heat exchanger or heat exchange in the digester solution circulation line or in the digester Steam or hot water can be recovered by exchanging heat between the digested liquid mixture and the cooling water through piping. At that time, as the heat exchange pipe, the indirect heat exchanger or the heat exchange pipe used for heating the cooking chemical solution in the cooking step can be diverted, and cooling water can be flowed instead of steam.

なお、上記のようにメタン発酵工程における処理対象液を加温すべき温度はたかだか55℃程度であるため、それを加熱するための熱源としては、必ずしも蒸気や100℃近い高温の温水を使用する必要はないため、上記のような熱回収工程において蒸気や高温の温水が得られた場合には、より高温の熱源が必要な工程に使用し、その際に発生する蒸気凝縮水などの温排水をメタン発酵工程の処理対象液を加温する熱源としてカスケード的に利用することが好ましい。
特に、蒸解物混合液が保有する熱を蒸気(フラッシュ蒸気を含む)として回収する場合には、該蒸気を、リグノセルロース系バイオマスを蒸解薬液に浸漬させるに先立って該リグノセルロース系バイオマスと接触させる蒸気として利用したり、前記濃縮分離工程の熱源として利用し、生成した温排水をメタン発酵工程の処理対象液の熱源として利用することができる。
なお、蒸解釜としてバッチ式蒸解釜を用いる場合、フラッシュ蒸気や高温の蒸解物混合液から回収される熱は時間的に大きな変動がある。この変動を吸収してメタン発酵工程における処理対象液を一定の温度に保つためには、熱の吸収体として大量の水を用いればよい。
As mentioned above, the temperature at which the liquid to be treated in the methane fermentation process should be heated is about 55 ° C., so steam or hot water close to 100 ° C. is always used as a heat source for heating it. It is not necessary, so if steam or high-temperature hot water is obtained in the heat recovery process as described above, use it in a process that requires a higher-temperature heat source, and use hot drainage such as steam condensate generated at that time. Are preferably used in cascade as a heat source for heating the liquid to be treated in the methane fermentation process.
In particular, when recovering the heat of the cooked mixture as steam (including flash steam), the steam is brought into contact with the lignocellulosic biomass prior to immersing the lignocellulosic biomass in the cooking chemical. It can be used as steam or as a heat source for the concentration / separation step, and the generated hot waste water can be used as a heat source for the liquid to be treated in the methane fermentation step.
In addition, when using a batch type digester as a digester, the heat | fever collect | recovered from flash steam or a high-temperature digested liquid mixture has a big fluctuation | variation temporally. In order to absorb this fluctuation and keep the liquid to be treated in the methane fermentation process at a constant temperature, a large amount of water may be used as a heat absorber.

前記熱回収工程において発生したフラッシュ蒸気は、冷却水と間接的に熱交換することにより凝縮せしめられるが、その際に発生するフラッシュ蒸気凝縮液は、水分だけでなくメタノール等の揮発性有機物を含有する。したがって、該フラッシュ蒸気凝縮液を系外に排出し、そのまま河川や海に放出すると、その有機物が有する化学エネルギーが有効に利用されないだけでなく、水質汚濁の問題を引き起こす可能性がある。
このため、フラッシュ蒸気凝縮液は、前記洗浄工程で分離されたセルロース系繊維懸濁液、又は蒸解廃液と混合せしめられて処理される。これにより、フラッシュ蒸気凝縮液中に含まれる有機物は、最終的にはメタン発酵工程においてメタンを主成分とする可燃性ガスに転換されるか、蒸解薬液回収工程において回収ボイラで燃焼せしめられてその燃焼熱を回収することができる。
なお、フラッシュ蒸気凝縮液は、その性状がナトリウムイオン低濃度含有液と類似しているため、ナトリウムイオン低濃度含有液と同じく有機酸溶液と混合の上、メタン発酵工程に移送することが好ましい。
The flash vapor generated in the heat recovery process is condensed by indirectly exchanging heat with cooling water. The flash vapor condensate generated at that time contains not only moisture but also volatile organic substances such as methanol. To do. Therefore, if the flash vapor condensate is discharged out of the system and directly released into a river or the sea, the chemical energy of the organic matter may not be effectively used, and there may be a problem of water pollution.
For this reason, the flash vapor condensate is mixed with the cellulosic fiber suspension or cooking waste liquid separated in the washing step and processed. As a result, the organic matter contained in the flash vapor condensate is eventually converted into a combustible gas mainly composed of methane in the methane fermentation process or burned in the recovery boiler in the cooking chemical recovery process. Combustion heat can be recovered.
In addition, since the property of the flash vapor condensate is similar to that of the low-concentration sodium ion-containing liquid, it is preferably transferred to the methane fermentation step after being mixed with the organic acid solution in the same manner as the low-concentration sodium ion-containing liquid.

前記蒸解工程において水酸化ナトリウムに加えて硫化ナトリウムを有効成分とする蒸解薬液を用いる場合には、蒸解廃液、蒸解物混合液、及びセルロース系繊維以外の溶解固形分濃度を十分に低く抑えていないセルロース系繊維懸濁液中には上記のように硫化水素イオンが含まれる。このため、これらの液体からフラッシュ蒸気を放出させる場合には、該硫化水素イオンは硫化水素やメタンチオール等のチオールとして蒸発する。蒸発した硫化水素やチオールの大部分は凝縮液中に移行するが、一部は気相のまま外部に放散して臭気の問題を引き起こす。
この問題を回避するためには、フラッシュ用バルブを開放して蒸気を放出させることによって蒸解薬液を冷却する代わりに、熱交換用配管に蒸気に替えて冷却水を流して間接的に熱交換ことによって冷却することができる。
In the cooking step, when using a cooking chemical containing sodium sulfide as an active ingredient in addition to sodium hydroxide, the concentration of dissolved solids other than cooking waste liquid, cooked liquor mixture, and cellulosic fibers is not kept sufficiently low. The cellulosic fiber suspension contains hydrogen sulfide ions as described above. Therefore, when flash vapor is released from these liquids, the hydrogen sulfide ions are evaporated as thiols such as hydrogen sulfide and methanethiol. Most of the evaporated hydrogen sulfide and thiol are transferred into the condensate, but some are diffused to the outside in the gas phase, causing odor problems.
In order to avoid this problem, instead of cooling the cooking chemical by opening the flash valve and releasing the steam, the heat exchange pipe is used instead of steam to flow cooling water indirectly. Can be cooled by.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態についてより具体的に説明する。ただし、本発明はかかる実施形態に限定されず、その技術思想の範囲内で種々の変更が可能である。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to such an embodiment, and various modifications can be made within the scope of the technical idea.

(実施例1)
図1は、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法の一例を示すフロー工程図である。
木材等のリグノセルロース系バイオマスは、必要であれば破砕又は切断された上で、水酸化ナトリウムと硫化ナトリウムが溶解した水溶液又は分散した懸濁液である蒸解薬液とともに、圧力容器で構成された蒸解釜1の頂部に設けられたそれぞれの供給口から蒸解釜1の内部に供給される。その際、蒸解薬液の供給量は、リグノセルロース系バイオマスに対するNaOH+1/2Na2SのNa2O換算での重量比が10〜30%(乾ベース)となるように調整し、また、蒸解薬液の溶解固形分濃度はNa2O換算で10〜50g/lとなるように調整する。
蒸解薬液は循環ラインに抜き出され、該循環ラインに設けられた間接熱交換器である蒸解薬液加熱器2で蒸気と間接的に熱交換することによって160〜200℃に加熱される。リグノセルロース系バイオマスは該加熱蒸解薬液の領域を徐々に沈降し、底部に至るまで1〜3時間滞留する間にセルロース及びヘミセルロースを主成分とする繊維細胞が離解し、セルロース系繊維が液中に分散するとともにその他の溶解固形分が溶解又は分散した蒸解物混合液が得られる。
蒸解釜1の底部の供給口からは洗浄液IIが供給されて底部付近に洗浄液の領域が形成され、該洗浄液領域にセルロース系繊維が拡散・移行することによってセルロース系繊維懸濁液Iが得られる。該セルロース系繊維懸濁液Iは蒸解釜1の底部に設けられた抜出口から排出され、一方、底部の供給口から供給された洗浄液IIの一部とセルロース系繊維が脱離した蒸解物混合液の残余部分の混合物は、蒸解釜1の底部の洗浄液領域よりも上部に位置する別の抜出口から蒸解廃液として抜き出される。
前記セルロース系繊維懸濁液Iはブロータンク3に一旦貯留され、フラッシュ蒸気を放出することによって圧力を大気圧に下げるとともに100℃以下に冷却される。該冷却後のセルロース系繊維懸濁液Iは、ディフュージョンウォッシャ4に供給されて洗浄液Iによって置換洗浄され、ナトリウムイオン濃度がセルロース系繊維懸濁液Iより低いセルロース系繊維懸濁液IIと洗浄廃液に分離される。
このうち洗浄廃液は前記洗浄液IIとして蒸解釜1に供給され、一方、セルロース系繊維懸濁液IIは、必要であれば置換洗浄及び/又は稀釈洗浄を繰り返すことによってナトリウムイオン濃度をさらに低くした上で、加水分解槽5に供給される。加水分解槽5においては、セルロース系繊維懸濁液II中のセルロース系繊維がセルラーゼ生産菌やヘミセルラーゼ生産菌を含む微生物によってグルコース等の単糖類へと加水分解される。こうして得られた単糖類溶液は酸生成槽6へと供給され、酸生成槽6では単糖類が酸生成菌によって酢酸等の揮発性脂肪酸を主体とする有機酸へと分解されることにより有機酸溶液が得られ、該有機酸溶液はUASB装置であるメタン生成槽7へと送られる。
一方、蒸解釜1から抜き出された蒸解廃液はフラッシュタンク8に移送され、フラッシュ蒸気を放出することによって圧力を大気圧に下げるとともに100℃以下に冷却された上で、多重効用蒸発缶である濃縮分離装置9へと供給される。該蒸解廃液は濃縮分離装置9において蒸気と間接的に熱交換することにより、メタノール等の揮発成分を含む蒸気が生成し、生成した揮発成分含有蒸気が残余の液体と間接的に熱交換することによって揮発成分含有蒸気は凝縮する一方、残余の液体から再び揮発成分含有蒸気が生成する、ということを繰り返すことにより、最終的には、ナトリウムイオン高濃度含有液Iとナトリウムイオン低濃度含有液に分離される。
このうちナトリウムイオン低濃度含有液は、前記有機酸溶液とともにUASB装置であるメタン生成槽7に送られ、それら液体中の有機酸及びメタノールはメタン生成菌によって、メタン、二酸化炭素及び水に分解され、そのうち水に溶存できない成分がガス体として放出され、結果として、メタンを主成分とし、十〜数十%の二酸化炭素と、若干の硫化水素を含む可燃性ガスIが得られる。この可燃性ガスIは充填塔であるガス吸収装置10に送られ、濃縮分離装置9から移送されてきたナトリウムイオン高濃度含有液Iと気液接触せしめられ、該可燃性ガスIに含まれる二酸化炭素と硫化水素はナトリウムイオン高濃度含有液Iによって吸収除去される。こうして、メタンを主成分として二酸化炭素と硫化水素をわずかしか、又はほとんど含まない可燃性ガスIIが得られる。
一方、ナトリウムイオン高濃度含有液Iが二酸化炭素及び/又は硫化水素を吸収することによって得られたナトリウムイオン高濃度含有液IIは、必要であれば、炭酸ナトリウム及び/又は硫酸ナトリウムを添加した上で、回収ボイラ11に送られ燃焼せしめられる。そこで得られた燃焼残渣を溶解タンク12で補給水に溶解せしめて残渣水溶液を得た後、該残渣水溶液は必要であれば不溶解分を除去した上で苛性化槽13へ送り、水酸化カルシウムを添加され、生成した炭酸カルシウムを除去することによって蒸解薬液が回収される。また、回収ボイラ11には水管壁が設けられており、ナトリウムイオン高濃度含有液IIの燃焼熱を蒸気として回収する。
なお、メタン生成槽7で可燃性ガスと分離せしめられた液体は、汚泥を除去した上で稀釈槽14へ送られ補給水で稀釈されることにより洗浄液Iが得られる。そして、該洗浄液Iは、上記のようにディフュージョンウォッシャ4に供給される。
Example 1
FIG. 1 is a flow process diagram showing an example of a method for utilizing lignocellulosic biomass of the present invention.
Lignocellulosic biomass such as wood is crushed or cut if necessary and cooked in a pressure vessel together with a cooking solution that is an aqueous solution or dispersion in which sodium hydroxide and sodium sulfide are dissolved. It is supplied to the inside of the digester 1 from each supply port provided at the top of the kettle 1. At that time, the supply amount of cooking chemical is adjusted so that the weight ratio of NaOH + 1 / 2Na 2 S to lignocellulosic biomass in terms of Na 2 O is 10-30% (dry basis). The dissolved solid content concentration is adjusted to 10 to 50 g / l in terms of Na 2 O.
The cooking chemical liquid is extracted to a circulation line, and heated to 160 to 200 ° C. by indirectly exchanging heat with steam in the cooking chemical liquid heater 2 which is an indirect heat exchanger provided in the circulation line. Lignocellulosic biomass gradually settles in the region of the cooked cooking solution and stays for 1 to 3 hours until reaching the bottom, while the fiber cells mainly composed of cellulose and hemicellulose disaggregate, and the cellulosic fibers are in the liquid. A cooked product mixture in which other dissolved solids are dissolved or dispersed while being dispersed is obtained.
A cleaning liquid II is supplied from the supply port at the bottom of the digester 1 to form a region of the cleaning liquid in the vicinity of the bottom, and cellulosic fibers are diffused and transferred to the cleaning liquid region to obtain a cellulosic fiber suspension I. . The cellulosic fiber suspension I is discharged from the outlet provided at the bottom of the digester 1, while mixing the digested product from which a part of the washing liquid II supplied from the bottom supply port and the cellulosic fibers are detached. The mixture of the remaining part of the liquid is extracted as cooking waste liquid from another outlet located above the washing liquid region at the bottom of the digester 1.
The cellulosic fiber suspension I is temporarily stored in the blow tank 3, and the pressure is reduced to atmospheric pressure and cooled to 100 ° C. or less by releasing flash vapor. The cooled cellulosic fiber suspension I is supplied to the diffusion washer 4 and is washed by displacement with the washing liquid I. The cellulosic fiber suspension II having a sodium ion concentration lower than that of the cellulosic fiber suspension I and the washing waste liquid. Separated.
Among these, the washing waste liquid is supplied to the digester 1 as the washing liquid II, while the cellulosic fiber suspension II is further reduced in sodium ion concentration by repeating substitution washing and / or dilution washing if necessary. Then, it is supplied to the hydrolysis tank 5. In the hydrolysis tank 5, the cellulosic fibers in the cellulosic fiber suspension II are hydrolyzed into monosaccharides such as glucose by microorganisms containing cellulase-producing bacteria and hemicellulase-producing bacteria. The monosaccharide solution thus obtained is supplied to the acid generation tank 6, where the monosaccharide is decomposed into an organic acid mainly composed of volatile fatty acids such as acetic acid by the acid-producing bacteria. A solution is obtained, and the organic acid solution is sent to a methane generation tank 7 which is a UASB apparatus.
On the other hand, the cooking waste liquid extracted from the digester 1 is transferred to the flash tank 8 where the pressure is reduced to atmospheric pressure by discharging flash steam and cooled to 100 ° C. or lower, and is a multi-effect evaporator. The concentrated separation device 9 is supplied. The cooking waste liquid is indirectly heat-exchanged with the steam in the concentration / separation device 9 to generate steam containing volatile components such as methanol, and the generated volatile-component-containing steam is indirectly heat-exchanged with the remaining liquid. As a result, the volatile component-containing vapor is condensed while the volatile component-containing vapor is generated again from the remaining liquid. To be separated.
Among these, the solution containing a low concentration of sodium ions is sent to the methane generation tank 7 which is a UASB device together with the organic acid solution, and the organic acid and methanol in the liquid are decomposed into methane, carbon dioxide and water by the methanogen. Of these, components that cannot be dissolved in water are released as a gas body, and as a result, a combustible gas I containing methane as the main component, 10 to several tens of percent of carbon dioxide, and some hydrogen sulfide is obtained. This combustible gas I is sent to the gas absorption device 10 which is a packed tower, brought into gas-liquid contact with the high concentration sodium ion containing liquid I transferred from the concentrating / separating device 9, and contained in the combustible gas I. Carbon and hydrogen sulfide are absorbed and removed by the liquid I containing sodium ions at a high concentration. In this way, a flammable gas II containing methane as a main component and little or almost no carbon dioxide and hydrogen sulfide is obtained.
On the other hand, the sodium ion high concentration liquid II obtained by absorbing the carbon ion and / or hydrogen sulfide by the sodium ion high concentration liquid I is added with sodium carbonate and / or sodium sulfate, if necessary. Then, it is sent to the recovery boiler 11 and burned. The combustion residue thus obtained was dissolved in make-up water in the dissolution tank 12 to obtain a residue aqueous solution. Is added, and the cooking chemical solution is recovered by removing the generated calcium carbonate. Further, the recovery boiler 11 is provided with a water pipe wall, and recovers the combustion heat of the liquid II containing sodium ions at a high concentration as steam.
The liquid separated from the combustible gas in the methane generation tank 7 is sent to the dilution tank 14 after removing sludge and diluted with make-up water to obtain the cleaning liquid I. Then, the cleaning liquid I is supplied to the diffusion washer 4 as described above.

(実施例2)
図2は、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法のもう一つの例を示すフロー工程図であり、特に、蒸解工程及び濃縮分離工程において供給した熱の一部の回収と、回収熱によるメタン発酵工程の処理対象液の加温を説明したフロー工程図である。
ガス燃焼ボイラ15で発生せしめられた蒸気は蒸解薬液加熱器2に供給され、蒸解薬液及び蒸解廃液と間接的に熱交換することによって相手を加熱する一方、自らは凝縮して温排水となる。また、ガス燃焼ボイラ15で発生せしめられた蒸気は濃縮分離装置9にも供給され、蒸解廃液と間接的に熱交換することによって相手から水分及び揮発成分を蒸発させる一方、自らは凝縮して温排水となる。そして、蒸解薬液加熱器2及び濃縮分離装置9で発生した温排水は温排水槽16で回収される。なお、濃縮分離装置9で蒸発した揮発成分含有蒸気は凝縮せしめられてナトリウムイオン低濃度含有液として回収される。
また、ブロータンク3から放出せしめられたフラッシュ蒸気I及びフラッシュタンク8から放出せしめられたフラッシュ蒸気IIは、それぞれフラッシュ蒸気I凝縮器17とフラッシュ蒸気II凝縮器18に送られ、冷却水槽19から供給された冷却水と間接的に熱交換することによって自らは凝縮する一方、冷却水を加熱して温排水を生成せしめる。そして、これらの温排水は温排水槽16で回収される。
このように温排水槽16に回収された温排水は加温用温水として間接熱交換器である処理対象液加熱器20に供給され、加水分解槽6で生成した有機酸溶液と間接的に熱交換することによって該有機酸溶液を50℃〜55℃に加温する一方、自らは冷却されて冷却水槽19に回収される。回収された冷却水は、上記のようにフラッシュ蒸気I凝縮器17及びフラッシュ蒸気II凝縮器18に供給されるとともに、一部はガス燃焼ボイラ15に供給されて蒸気に転換される。
一方、加温された有機酸溶液はメタン生成槽7に送られ、有機酸溶液中の有機酸及びメタノールが分解されることによってメタンを主成分とする可燃性ガスが発生し、該可燃性ガスの一部はガス燃焼ボイラに送られて燃焼せしめられ、その燃焼熱によって蒸気が発生せしめられる。
(Example 2)
FIG. 2 is a flow process diagram showing another example of the method of using lignocellulosic biomass of the present invention, and in particular, recovery of a part of the heat supplied in the cooking process and the concentration and separation process, and methane by the recovered heat. It is a flow process figure explaining the heating of the process target liquid of a fermentation process.
The steam generated in the gas combustion boiler 15 is supplied to the cooking chemical heater 2 and indirectly heat-exchanged with the cooking chemical and cooking waste liquid, while the other party is heated and condensed to become hot waste water. Further, the steam generated in the gas combustion boiler 15 is also supplied to the concentrating / separating device 9 and indirectly heat-exchanges with the cooking waste liquid to evaporate moisture and volatile components from the other party, while it condenses and warms itself. It becomes drainage. Then, the warm drainage generated in the cooking chemical heater 2 and the concentration separator 9 is collected in the warm drainage tank 16. Note that the volatile component-containing vapor evaporated in the concentration / separation apparatus 9 is condensed and recovered as a sodium ion low-concentration containing liquid.
The flash steam I discharged from the blow tank 3 and the flash steam II discharged from the flash tank 8 are sent to the flash steam I condenser 17 and the flash steam II condenser 18, respectively, and supplied from the cooling water tank 19. While it condenses itself by indirectly exchanging heat with the cooled cooling water, the cooling water is heated to generate hot waste water. These warm wastewaters are collected in the warm drainage tank 16.
Thus, the warm waste water collected in the warm drain tank 16 is supplied to the treatment target liquid heater 20 which is an indirect heat exchanger as warm water for heating, and indirectly heated with the organic acid solution generated in the hydrolysis tank 6. The organic acid solution is heated to 50 ° C. to 55 ° C. by exchanging it, while it is cooled and collected in the cooling water tank 19. The recovered cooling water is supplied to the flash steam I condenser 17 and the flash steam II condenser 18 as described above, and a part thereof is supplied to the gas combustion boiler 15 to be converted into steam.
On the other hand, the heated organic acid solution is sent to the methane generation tank 7 and the combustible gas mainly containing methane is generated by decomposing the organic acid and methanol in the organic acid solution. A part of the gas is sent to a gas-fired boiler and burned, and steam is generated by the heat of combustion.

(実施例3)
図3は、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法のもう一つの例を示すフロー工程図であり、特に、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法とクラフトパルプ(図中ではKPと略記する)製造工程を結合した利用方法を説明したフロー工程図である。
蒸解釜1から抜き出されたセルロース系繊維懸濁液は、図には示されていない工程を経た後、メタンを主成分とし、十〜数十%の二酸化炭素と、若干の硫化水素を含む可燃性ガスIに転換せしめられる。該可燃性ガスIは、同じく蒸解釜1から抜き出された蒸解廃液Iとガス吸収装置10で気液接触せしめられ、該可燃性ガスIに含まれる二酸化炭素と硫化水素は蒸解廃液Iによって吸収除去される。こうして、メタンを主成分として二酸化炭素と硫化水素をわずかしか、又はほとんど含まない可燃性ガスIIが得られ、一方、蒸解廃液Iが二酸化炭素及び/又は硫化水素を吸収することによって蒸解廃液IIが得られる。
以上の装置及び工程からなる複数のメタンガス発生装置から得られた蒸解廃液IIは、クラフトパルプ製造工程から得られるクラフトパルプ黒液ともに混合槽21に送られて混合せしめられ、得られた混合廃液は散気管式曝気槽である酸化装置22において空気と気液接触せしめられることにより、混合廃液中の硫化ナトリウム及び/又は硫化水素ナトリウムがチオ硫酸ナトリウムに酸化せしめられた後、多重効用蒸発缶である濃縮分離装置9へと供給される。
酸化後の混合廃液は濃縮分離装置9において蒸気と間接的に熱交換することにより、メタノール等の揮発成分を含む蒸気が生成し、生成した揮発成分含有蒸気が残余の液体と間接的に熱交換することによって揮発成分含有蒸気は凝縮する一方、残余の液体から再び揮発成分含有蒸気が生成する、ということを繰り返すことにより、最終的には、ナトリウムイオン高濃度含有液とナトリウムイオン低濃度含有液に分離される。このうちナトリウムイオン高濃度含有液は、必要であれば、炭酸ナトリウム及び/又は硫酸ナトリウムを添加した上で、回収ボイラ11に送られ燃焼せしめられる。そこで得られた燃焼残渣を溶解タンク12で補給水に溶解せしめて残渣水溶液を得た後、該残渣水溶液は必要であれば不溶解分を除去した上で苛性化槽13へ送り、水酸化カルシウムを添加され、生成した炭酸カルシウムを除去することによって蒸解薬液が回収される。また、回収ボイラ11には水管壁が設けられており、ナトリウムイオン高濃度含有液の燃焼熱を蒸気として回収される。
このようにして得られた蒸解薬液の一部はクラフトパルプ製造工程に送られ、残りは、蒸解廃液IIの供給源である複数のメタンガス発生装置へ送られ、再び蒸解釜1に供給される。
(Example 3)
FIG. 3 is a flow process diagram showing another example of the method of using lignocellulosic biomass of the present invention, and in particular, the method of using lignocellulosic biomass of the present invention and kraft pulp (abbreviated as KP in the figure). ) It is a flow process diagram explaining a utilization method that combines manufacturing processes.
The cellulosic fiber suspension extracted from the digester 1 undergoes a process not shown in the figure, and then contains methane as a main component, and contains 10 to several tens of carbon dioxide and some hydrogen sulfide. Converted to flammable gas I. The combustible gas I is brought into gas-liquid contact with the cooking waste liquid I extracted from the digester 1, and the gas absorbing device 10, and the carbon dioxide and hydrogen sulfide contained in the combustible gas I are absorbed by the cooking waste liquid I. Removed. In this way, a combustible gas II containing methane as a main component and little or little carbon dioxide and hydrogen sulfide is obtained, while the cooking waste liquid II absorbs carbon dioxide and / or hydrogen sulfide to produce the cooking waste liquid II. can get.
The cooking waste liquid II obtained from a plurality of methane gas generators composed of the above devices and processes is sent to the mixing tank 21 together with the kraft pulp black liquor obtained from the kraft pulp manufacturing process, and the resulting mixed waste liquid is It is a multi-effect evaporator after sodium sulfide and / or sodium hydrogen sulfide in the mixed waste liquid is oxidized to sodium thiosulfate by contacting with air and gas-liquid in the oxidizer 22 which is an aeration tube type aeration tank. The concentrated separation device 9 is supplied.
The mixed waste liquid after oxidation is indirectly heat-exchanged with steam in the concentration / separation device 9 to generate steam containing volatile components such as methanol, and the generated volatile-component-containing steam is indirectly heat-exchanged with the remaining liquid. By repeating that the volatile component-containing vapor is condensed while the volatile component-containing vapor is generated again from the remaining liquid, the sodium ion high concentration liquid and the sodium ion low concentration liquid are finally obtained. Separated. Among these, a liquid containing a high concentration of sodium ions is sent to the recovery boiler 11 and combusted after adding sodium carbonate and / or sodium sulfate, if necessary. The combustion residue thus obtained was dissolved in make-up water in the dissolution tank 12 to obtain a residue aqueous solution. Is added, and the cooking chemical solution is recovered by removing the generated calcium carbonate. Further, the recovery boiler 11 is provided with a water pipe wall, and the combustion heat of the liquid containing a high concentration of sodium ions is recovered as steam.
A part of the cooking chemical obtained in this way is sent to the kraft pulp manufacturing process, and the rest is sent to a plurality of methane gas generators which are the supply sources of the cooking waste liquid II, and supplied to the digester 1 again.

本発明は、メタンを主成分とする可燃性ガスを製造する産業において利用することができる。また、リグノセルロース系バイオマスを原料としてセルロース繊維(パルプ)を製造する産業や、有機系廃棄物を処理する産業においても利用することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used in industries that produce flammable gas mainly composed of methane. Moreover, it can utilize also in the industry which manufactures a cellulose fiber (pulp) from lignocellulosic biomass as a raw material, and the industry which processes organic waste.

リグノセルロース系バイオマスの利用方法を示すフロー工程図である。It is a flow process figure showing the utilization method of lignocellulosic biomass. リグノセルロース系バイオマスの利用方法のもう一つの例を示すフロー工程図であり、特に、蒸解工程及び濃縮分離工程において供給した熱の一部の回収と、回収熱によるメタン発酵工程の処理対象液の加温を説明したフロー工程図である。It is a flow process diagram which shows another example of the utilization method of lignocellulosic biomass, and in particular, recovery of a part of the heat supplied in the cooking process and the concentration separation process, and the treatment target liquid of the methane fermentation process by the recovered heat It is a flow process figure explaining heating. リグノセルロース系バイオマスの利用方法のもう一つの例を示すフロー工程図であり、特に、本発明のリグノセルロース系バイオマスの利用方法とクラフトパルプ製造工程を結合した利用方法を説明したフロー工程図である。It is a flow process figure which shows another example of the utilization method of lignocellulosic biomass, and is a flow process figure explaining the utilization method which combined the utilization method of lignocellulosic biomass of this invention, and the kraft pulp manufacturing process especially. .

符号の説明Explanation of symbols

1‥‥‥蒸解釜
2‥‥‥蒸解薬液加熱器
3‥‥‥ブロータンク
4‥‥‥ディフュージョンウォッシャ
5‥‥‥加水分解槽
6‥‥‥酸生成槽
7‥‥‥メタン生成槽
8‥‥‥フラッシュタンク
9‥‥‥濃縮分離装置
10‥‥‥ガス吸収装置
11‥‥‥回収ボイラ
12‥‥‥溶解タンク
13‥‥‥苛性化槽
14‥‥‥稀釈槽
15‥‥‥ガス燃焼ボイラ
16‥‥‥温排水槽
17‥‥‥フラッシュ蒸気I凝縮器
18‥‥‥フラッシュ蒸気II凝縮器
19‥‥‥冷却水槽
20‥‥‥処理対象液加熱器
21‥‥‥混合槽
22‥‥‥酸化装置
1 ... digester 2 ... cooking chemical heater 3 ... blow tank 4 ... diffusion washer 5 ... hydrolysis tank 6 ... acid generator tank 7 ... methane generator tank 8 ... Flash tank 9 ... Concentration separator
10 ... Gas absorber
11 ………… Recovery boiler
12 Melting tank
13 ………… Causticizing tank
14 ………… Dilution tank
15 ... Gas-fired boiler
16 · · · · · Thermal drainage tank
17 ‥‥‥ Flash Vapor I Condenser
18 ………… Flash Vapor II Condenser
19 Cooling water tank
20 · · · · · Liquid heater to be treated
21… Mixing tank
22 ... Oxidizer

Claims (6)

リグノセルロース系バイオマスからリグニンを分解除去することによってセルロース系繊維懸濁液を得るセルロース系繊維懸濁液生成工程と;
該セルロース系繊維懸濁液と、樹木の樹皮や葉などの生細胞バイオマスとを混合する生細胞バイオマス混合工程と;
前記セルロース系繊維懸濁液と前記生細胞バイオマスとの混合液を嫌気状態に保ち、該混合液内で繁殖させた微生物によって、又は、該微生物と加水分解酵素とによって該混合液中のセルロース系繊維及びその他の有機物質を分解することにより「メタンを主成分とする可燃性ガス」を生成せしめるメタン生成工程と;
を備えるリグノセルロース系バイオマスの利用方法。
A cellulosic fiber suspension production step for obtaining a cellulosic fiber suspension by decomposing and removing lignin from lignocellulosic biomass;
A live cell biomass mixing step of mixing the cellulosic fiber suspension with a live cell biomass such as a bark or leaf of a tree;
The mixed solution of the cellulosic fiber suspension and the living cell biomass is maintained in an anaerobic state, and the cellulosic material in the mixed solution is propagated in the mixed solution or by the microorganism and hydrolase. A methane production process that produces “flammable gas mainly composed of methane” by decomposing fibers and other organic substances;
A method of using lignocellulosic biomass comprising:
前記メタン生成工程は、
前記セルロース系繊維懸濁液と前記生細胞バイオマスとの混合液を嫌気状態に保ち、該混合液中のセルロース系繊維及びその他の有機物質を微生物によって、又は、微生物と加水分解酵素とによって分解することにより有機酸溶液を得る酸生成分解工程と;
該有機酸溶液を嫌気状態に保ち、該有機酸溶液中の有機酸及びその他の有機物質を微生物によって分解することにより「メタンを主成分とする可燃性ガス」を生成せしめるメタン発酵工程と;
からなることを特徴とする、請求項1に記載のリグノセルロース系バイオマスの利用方法。
The methane production step includes
The mixed solution of the cellulosic fiber suspension and the living cell biomass is kept in an anaerobic state, and the cellulosic fiber and other organic substances in the mixed solution are decomposed by microorganisms or by microorganisms and hydrolases. Acid generating and decomposing step of obtaining an organic acid solution by:
A methane fermentation process in which the organic acid solution is maintained in an anaerobic state, and an organic acid and other organic substances in the organic acid solution are decomposed by microorganisms to generate a “combustible gas mainly composed of methane”;
The method for using lignocellulosic biomass according to claim 1, comprising:
リグノセルロース系バイオマスからリグニンを分解除去することによってセルロース系繊維懸濁液を得るセルロース系繊維懸濁液生成工程と;
該セルロース系繊維懸濁液と、樹木の樹皮や葉などの生細胞バイオマスとを混合する生細胞バイオマス混合工程と;
前記セルロース系繊維懸濁液と前記生細胞バイオマスとの混合液中のセルロース系繊維を加水分解酵素、又は、加水分解酵素生成菌を用いて加水分解することにより単糖類溶液を得る加水分解工程と;
該単糖類溶液を嫌気状態に保ち、該単糖類溶液内で繁殖させた微生物によって該単糖類溶液中の単糖類及びその他の有機物質を分解することにより「メタンを主成分とする可燃性ガス」を生成せしめるメタン生成工程と;
を備えるリグノセルロース系バイオマスの利用方法。
A cellulosic fiber suspension production step for obtaining a cellulosic fiber suspension by decomposing and removing lignin from lignocellulosic biomass;
A live cell biomass mixing step of mixing the cellulosic fiber suspension with a live cell biomass such as a bark or leaf of a tree;
A hydrolysis step of obtaining a monosaccharide solution by hydrolyzing a cellulose fiber in a mixed solution of the cellulosic fiber suspension and the living cell biomass using a hydrolase or a hydrolase-producing bacterium; ;
By maintaining the monosaccharide solution in an anaerobic state and decomposing monosaccharides and other organic substances in the monosaccharide solution by microorganisms propagated in the monosaccharide solution, a “flammable gas mainly composed of methane” A methane production process to produce
A method of using lignocellulosic biomass comprising:
前記メタン生成工程は、
前記単糖類溶液を嫌気状態に保ち、該単糖類溶液中の単糖類及びその他の有機物質を微生物によって分解することにより有機酸溶液を得る酸生成分解工程と;
該有機酸溶液を嫌気状態に保ち、該有機酸溶液中の有機酸及びその他の有機物質を微生物によって分解することにより「メタンを主成分とする可燃性ガス」を生成せしめるメタン発酵工程と;
からなることを特徴とする、請求項3に記載のリグノセルロース系バイオマスの利用方法。
The methane production step includes
An acid generating and decomposing step of obtaining an organic acid solution by maintaining the monosaccharide solution in an anaerobic state and decomposing monosaccharides and other organic substances in the monosaccharide solution by microorganisms;
A methane fermentation process in which the organic acid solution is maintained in an anaerobic state, and an organic acid and other organic substances in the organic acid solution are decomposed by microorganisms to generate a “combustible gas mainly composed of methane”;
The method for using lignocellulosic biomass according to claim 3, comprising:
リグノセルロース系バイオマスからリグニンを分解除去することによってセルロース系繊維懸濁液を得るセルロース系繊維懸濁液生成工程と;
該セルロース系繊維懸濁液中のセルロース系繊維を加水分解酵素、又は、加水分解酵素生成菌を用いて加水分解することにより単糖類溶液を得る加水分解工程と;
該単糖類溶液と、樹木の樹皮や葉などの生細胞バイオマスとを混合する生細胞バイオマス混合工程と;
前記単糖類溶液と前記生細胞バイオマスとの混合液を嫌気状態に保ち、該混合液内で繁殖させた微生物によって該単糖類溶液中の単糖類及びその他の有機物質を分解することにより「メタンを主成分とする可燃性ガス」を生成せしめるメタン生成工程と;
を備えるリグノセルロース系バイオマスの利用方法。
A cellulosic fiber suspension production step for obtaining a cellulosic fiber suspension by decomposing and removing lignin from lignocellulosic biomass;
A hydrolysis step of obtaining a monosaccharide solution by hydrolyzing the cellulosic fiber in the cellulosic fiber suspension using a hydrolase or a hydrolase-producing bacterium;
A live cell biomass mixing step of mixing the monosaccharide solution with live cell biomass such as tree bark and leaves;
By maintaining the mixed solution of the monosaccharide solution and the living cell biomass in an anaerobic state and decomposing monosaccharides and other organic substances in the monosaccharide solution by the microorganisms propagated in the mixed solution, “methane can be obtained. A methane production process that produces a combustible gas as a main component;
A method of using lignocellulosic biomass comprising:
前記メタン生成工程は、
前記単糖類溶液と前記生細胞バイオマスとの混合液を嫌気状態に保ち、該混合液中の単糖類及びその他の有機物質を微生物によって分解することにより有機酸溶液を得る酸生成分解工程と;
該有機酸溶液を嫌気状態に保ち、該有機酸溶液中の有機酸及びその他の有機物質を微生物によって分解することにより「メタンを主成分とする可燃性ガス」を生成せしめるメタン発酵工程と;
からなることを特徴とする、請求項5に記載のリグノセルロース系バイオマスの利用方法。
The methane production step includes
An acid generating and decomposing step of obtaining an organic acid solution by maintaining a mixed solution of the monosaccharide solution and the living cell biomass in an anaerobic state and decomposing the monosaccharide and other organic substances in the mixed solution by a microorganism;
A methane fermentation process in which the organic acid solution is maintained in an anaerobic state, and an organic acid and other organic substances in the organic acid solution are decomposed by microorganisms to generate a “combustible gas mainly composed of methane”;
The method for using lignocellulosic biomass according to claim 5, comprising:
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