JP4664330B2 - バイオマスの前加水分解装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は装置、特に反応器、ならびにキシロース、グルコース、マンノース、ガラクトース、アラビノース、アセチル化物、ウラン酸などを含有するセルリグニンおよび糖の溶液、および前加水分解物の層などの商品を得るために任意の種類のバイオマス（木材、バガス、麦わら、草、野菜の残りかす、有機性の残飯など）を前加水分解する方法に関する。本発明はさらに、イルメナイト、鋭錐石、コルンビット、黄緑石、ジルコナイトなどの鉱物の消化用の反応器の製造を可能にする。

化学反応器は、化学的、精錬学的、熱的、生物工学的、薬学的材料などの材料を変換するための様々な方法によって規定される装置である。反応器は３つの基準によって分類される。
ａ）容器および流れによる分類、すなわち１）バッチ式反応器、２）半連続式反応器、３）連続式混合機を備えた槽型反応器―ＲＴＭＣ、４）直列に接続したＲＴＭＣ、５）管型反応器、および６）再循環型反応器。

ｂ）存在する相による分類、すなわち１）気相用反応器、２）液相用反応器、３）液相および気相用反応器、４）固体触媒を伴う反応器、５）固形物を含む非触媒型反応器（気体−固体、液体−固体、および気相反応）、６）電気化学的プロセス用反応器、７）生物学的プロセス用反応器、８）光化学的および放射化学的プロセス用反応器。例として本発明の反応器と比較される非触媒型気体−固体および液体−固体反応器を下記に列挙する。

ｂ．１）非触媒型気体−固体反応器：レトルト（塔型反応器）、可動床式反応器、多重床式反応器、ロータリーオーブン反応器、流動床式反応器、再循環流通反応器、粉塵焼成炉（粉塵噴霧）。
ｂ．２）非触媒型液体−固体反応器：混合機を備えた槽（バッチ、半連続、階段式−固体の割合は混合機の能力によって限定される）、液体の再循環を伴う槽、ロータリードラム、流動床、混練機、液浸‐加圧式反応器、らせん型コンベア、クレードル式反応器、ロータリーオーブン反応器。

ｃ）表１に示した固形物の移動条件による分類。本発明の反応器は、たとえ可動なものでも下記の値を持つ流動床の特徴を示す傾向がある。すなわち反応装置（槽）、固体の移動（重力による）、気体／液体‐固体の流れ（向流）、粒径（ｍｍ〜ｃｍ）、固体の滞留時間（分単位）、気体の滞留時間（秒単位）、熱および塊の移動速度（高い）、温度制御（良）、量および時間で表される収率（良）。

反応器のその他の重要な特徴は、それらを製造するために用いられる材料である。表２に、高腐食条件に対してそれぞれ長所および短所を持つ基礎材料を示す。構造材料およびその耐食性を有するものは反応器の製作に用いられる場合にもそれぞれ個々の短所を示すが、本発明は、炭素鋼で作られた殻および構造物と特殊な材料（耐熱材料、超合金、ステンレス鋼、およびプラスチックなど）の皮膜とを有する反応器を造ることによってこの短所を取り除く。

具体的には、主なバイオマス反応器は下記のタイプのものである。すなわちスクリュー（低い体積占有率）、塔（高いＬ／Ｓ比（液体‐固体比））、槽／パーコレーション（高いＬ／Ｓ比）、および栓流（高いＬ／Ｓ比）である。全てのタイプの反応器が複雑なバイオマスの供給および放出システムを有している。本発明は、反応器中にバイオマスを押し固め（高い反応器の体積占有率）、バイオマスを低いＬ／Ｓ比（＝２）で処理し、簡単なヘリカルフィーダによる供給と、反応器が大きなカバーを有し小型および中型の反応器に分割が可能なことによる即時放出とを提供する。

従来技術の反応器の短所の一つは、その構造が殻と皮膜の間の完全な並置を可能にせず、多くの場合水蒸気の凝縮により引き起こされる反応器内部の真空が存在することによる内破を受けやすいことである。本発明は、皮膜と殻が適正に並置されることを可能にするようにそれらの間に保持される真空により内破を防止する。
従来の反応器の別の短所は、皮膜中の微量の漏れを連続的かつ正確に検出することができないことである。本発明は、反応器の鋼の殻中へ腐食性液体の漏洩が起こる前に微量の漏れを正確に検出することを可能にする。これは、微小な破壊を有する場合でも適切にその反応器の使用条件を設定することにより、さらに使用することを可能にする。

高腐食用途に用いられる反応器は殻に炭素鋼を使用せず、高価な一体構造の材料で作られる傾向がある。微量の漏れの識別を可能にすることにより、本発明はミクロ接合した炭素鋼の腐食を加速させる条件を検出し、この検出は反応器の製造コストの著しい低減をもたらす炭素鋼の使用を容易にする。
従来技術の反応器は、より高い耐食性を達成するために厚い材料で構築される。したがって反応器の建造物においては往々にして金属の厚さが安全性と直接関係し、きわめて厚い板の使用はその反応器が使用する原料の存在する地域にその反応器を輸送することを不可能にする。本発明の反応器は破壊の検出のための完全な制御を提供し、より軽量の材料を用いることを可能にして反応器の全重量を軽減し、その結果反応器の輸送を容易にする。

米国特許第5,338,366号は、本発明とは異なる別の特徴の中で非常に重量のある、したがって原料バイオマスをそこまで輸送することを必要とする固定位置に置かれたままのバイオマスの前加水分解の方法と装置に言及している。加えて、バイオマスの前加水分解が装置の様々な部分で行なわれ、それは運転のエネルギー消費を増し生産プロセスを高価なものにする。本発明はこれらの欠点を取り除くことに加えて前加水分解物中の糖を高濃度にすることを可能にし、こうして次のプロセスのコストを低減し、低い液体／固体比の故にガスタービンに用いるクリーンな触媒セルリグニン燃料生産のために脱イオン水を使用することを可能にする。

米国特許第5,411,594号は、単一の糖溶液およびリグニン残渣を生産するためのリグノセルロースバイオマスの加水分解を扱っている。全加水分解は、連続反応器中で２段階（ヘミセルロースおよびセルロース）で行なわれ、65%の最大出力でＬ／Ｓ比５：１０を有し、高いＬ／Ｓ比の故に複雑な熱回収システムが存在する。本発明はバッチ式反応器中でＬ／Ｓ比＝２でヘミセルロースの前加水分解を行ない100%の出力（原料の最大使用）を有するので、これは全プロセスを遂行し、セルリグニン80%、前加水分解物20%の回収率である。熱の回収は前加水分解物の放出時にのみ行ない、酸性溶液およびボイラー中の水を予熱する。

本発明は装置、より具体的には高腐食性環境における使用を可能にする技術を用いて造られた反応器またはボイラーについて言及する。この新しい技術は、反応器の殻および構造物にミクロ接合した炭素鋼を、また内部皮膜に特殊な材料、具体的には耐熱金属 (Ti、Zr、Nb、Ta、およびそれらの合金) を使用するために、その外部皮膜、「殻」、および内部皮膜の間に真空部を挿入することからなる。さらに耐熱材料の皮膜を有する真空部は、「卵殻」型反応器の超軽量の殻の製造において高抗力（750MPa）のミクロ接合された鋼の使用を可能にし、それは製品のより高い均質化およびそのより短い反応時間をもたらす高い振動数の揺動を可能にする。

満足すべき真空レベルは、耐熱金属の皮膜が内破を被らないように、また溶接部の微小割れを通る漏れを検出し測定するために反応器と真空ポンプの間に連結されるヘリウム漏洩検出器の使用が可能なように1mmHg (1,000μm) 未満である。10^‐4Ncm³／分の漏洩量は満足なレベルを示し、またこの100倍の漏洩量（10^‐2Ncm³／分）は溶接部の亀裂または反応器の作動中に生じた亀裂の修理の必要性を示す。本発明のもう一つの特徴は、真空によって保持され殻に溶接することのない炭素鋼反応器の並置による製造法の故に、これら廃棄される金属の回収のために高い集計値で耐熱金属の皮膜を全体として維持し、また恐らく交換することが可能なことである。

反応器の殻と皮膜の間の真空が鋼の殻に並置された特殊金属の薄い皮膜を保持し、その内部に水蒸気の凝縮および別の原因による真空が存在する場合でも反応器の内破を防止する。また、その他の長所の中でも特に真空の使用は、反応器中にヘリウムガスを注入し真空ポンプ中の漏洩検出器で検出することにより、反応器の皮膜中の微小な漏れを連続的または間欠的に検出することを可能にする。

この特徴の故に本発明は「フェイルセーフ型反応器」と呼ばれ、これにより炭素鋼の殻中への腐食性液体の漏れが発生する数日または数ヶ月前に微小な漏れを検出し測定する。この特徴は、微小な破損を有する反応器でさえも使用することを可能にし、一連の工業的作業またはキャンペーンが終了した後にその修理または交換を計画することを可能にする。これなしには漏洩およびその結果加速されるミクロ接合された炭素鋼の腐食が識別されないはずの高腐食用途の反応器の殻に炭素鋼の使用を可能にする本発明のこの特徴の意義に注目されたい。

従来技術のものよりも軽量の本発明の装置は、糖で飽和した液体の限界層をバイオマスチップまたは粒子の表面で更新することを可能にし、こうして均一な製品をもたらす加水分解プロセス中の揺動を可能にする。揺動と対になった前加水分解および水蒸気のパージは、セルリグニンの触媒燃焼の特徴をもたらすことになる。

（発明の目的）
本発明の目的の一つは、高腐食媒体中で行なわれるプロセスにおいて炭素鋼の使用を提供することである。
本発明の別の目的は、反応器に用いられる炭素鋼の腐食を識別することである。
本発明の別の目的は、その内部に真空が存在する場合でも反応器の内破を防止することである。
本発明の別の目的は、反応器の漏洩または微小な漏れさえも検出することを可能にすることである。

本発明の別の目的は、反応器のメンテナンスまたは修理の時期を適切に計画することを可能にすることである。
本発明の別の目的は、反応器の重量を軽減し、それを原料のある場所に輸送することを可能にすることである。
本発明の別の目的は、より安価な材料を使用することができることにより反応器の製造コストを低減することである。
本発明の別の目的は、殻／外部皮膜としてより耐久性のすぐれた鋼の使用を可能にし、その結果として製品をより均一にし、その反応時間を短縮するようにより高振動数の揺動を可能にすることである。
本発明の別の目的は、1986年7月30日付で告示（官報）された1986年6月18日付Resolution CONAMA No.20の洗浄水に関する要求基準を満たし、本発明に全体として環境的特徴を賦与することである。

（図面および発明の特徴の詳細な説明）
本発明の「フェイルセーフ型反応器」が主要設備であるバイオマス処理の工程系統図を図１に示す。鉱物の処理においては、設備の周辺部品の調節と鉱物のそれぞれの種類に対する質量バランスの調整を除けばそのステップは同様である。工程系統図は下記のステップから構成される。すなわち、
１）供給用プラットフォーム―ここでバイオマス（または鉱物）が放出され、洗浄が行なわれることもあり行なわれないこともある。
２）ヘリカルフィーダ―バイオマスを反応器に供給し、押し固める役割を担う（この押し固めは鉱物の場合はなくても済む）。

３）反応器―本発明の主目的であり、ここでバイオマスの加水分解、鉱物の消化のプロセス、または任意の材料の任意の他の化学的もしくは熱化学的プロセスが展開される。
４）熱交換器―ａ）前加水分解物を放出している間の熱の回収、ｂ）酸性の液体の予熱、およびｃ）ボイラーの水蒸気発生用の水の予熱という３つの機能を有する。
５）槽または洗浄用車両―ここでセルリグニン（または鉱物）は所望の程度まで洗浄され、予備洗浄物が前加水分解物として回収され、またその他の洗液は小川に排出するかまたは肥料に使用する前に安定化用の池で中和および処理が行なわれる。

６）定置または車両上に取り付けられた前加水分解物槽―第一生成物を貯蔵する。
７）セルリグニンまたは鉱物用乾燥器―第二生成物を乾燥する。
８）セルリグニンまたは鉱物用グラインダー―第二生成物を摩砕する。
９）定置または車両上に取り付けられたサイロ―第二生成物を貯蔵する。
本発明は、高腐食性環境におけるプロセス用の化学反応器を製造するための新しい技術を規定する。図２は、本発明の技術を用いて建造された反応器を詳細に図示し、加えてより良い理解のために普通の反応器の全ての構成要素を示す。

様々な材料、温度、および酸含量に対する反応器の内部腐食条件は表３に示され、これから下記の結論が引き出される。１）ステンレス鋼はその高腐食速度の故に高温では非常に短期間のみ使用することができる。２）バイオマスは反応性材料であり、加水分解自体によって生じた糖が金属を不動態化するので、前加水分解の条件（T=15℃、H₂SO₄ 1.5%、0.62MPa）に対しては市販グレードのTiを使用することができる。３）バイオマスの全加水分解の条件（T=190℃、H₂SO₄ 1.5%、2.8MPa）に対しては融点T=1,830℃のNbTi合金（例えばNb44%Ti）を使用する必要があり、これは融点T=2,500℃の純粋なNbよりも溶接が容易である。４）鉱物の消化条件（T=150℃、H₂SO₄ 60%、P=0.6MPa）に対しては腐食速度が100mm/年程度のNb40%Ta合金を使用する必要がある。Taが40%を超えると合金はNbTa合金の生産にコルンビットの代りにタンタライトを使用することが必要となり高価になる。

図２の詳細図に、炭素鋼反応器の殻に並置して、炭素鋼が融解状態になることなくまたは耐熱金属を汚染することなく耐熱金属皮膜を現地で溶接する方法を示す。皮膜と同一金属の保護リングまたはプレートが部品および縁の溶接部上に置かれる。溶接は、当初の材料の規範内のきわめて狭いレベル（C、O、N、H）を保証する不活性ガス（ヘリウムまたアルゴン）で保護されたプラズマで行なう。冶金学的特性に関しては、溶接された区域でグレンが成長し、強度、主として疲労強度を低下させる。

この低下は、皮膜が圧縮領域において働き、牽引領域下の区域では皮膜強度の増加があるので許容できる。円筒状部分でわずかに円錐形の二分裂構造を有する反応器の建造は、溶接の多くを炭素鋼の殻の外側で行ない、大型の部品と縁の接合部のみを現地で溶接することを可能にする。また、皮膜を交換することが必要になった場合、その解体が容易なことによりそのかなりの部分を回収することができ、こうして高額の屑としてそのコストの一部を埋め合わせる。特殊金属は、有効ｐＨが第３表の溶液レベルと類似の場合にはH₂SO₄ （HCl、HNO₃など）に加えて別の酸の使用を可能にする。

本発明の別の特徴は、皮膜中の全てのカバー、接続部、および真空シーリング上に円形または台形断面のエラストマー製リング（バイトン、シリコーン、テフロン（登録商標）など）を使用することである。シーリングリングのサイズ決定は、圧力および真空シーリングの基準に従う。リングの種類は温度に応じて選択される。鉱物またはバイオマスを処理する場合、温度は通常約200℃であり、選択されるリングはバイトンで作られる。一方、平均的な温度に対してはリングはテフロン（登録商標）／ガラス繊維／炭素繊維であるべきであり、高温に対しては金属製のものが最も推奨される。

バイオマスおよび鉱物に加えて、皮膜の腐食条件が考慮される場合、「フェイルセーフ型反応器」でどのような種類の材料を処理すること（重合、食料品、薬剤、製品の合成など）も可能である。きわめて攻撃的な条件においては純粋または白金をドープしたTaを使用し、これはどのような市販の材料と比べても無敵の材料である。それほど攻撃的でない条件に対して温度、圧力、腐食、摩耗、および材料強度の条件が考慮される場合、「フェイルセーフ」技術は表２に記載の不活性度のより下等な皮膜（ステンレス材、ニッケル合金、熱可塑性樹脂、エラストマー、強化した熱硬化性プラスチックなど）を使用することができる。

炭素鋼腐食の外部条件は、製品（セルリグニン、鉱物など）の放出の瞬間が、より攻撃的である。水蒸気を放出の瞬間に凝縮し、そのｐＨを測定し、瀝青質エポキシで塗装された様々な鋼を試験した。
第４表に、Ti、Nbで被覆された反応器と、ステンレス鋼およびヘステロイで造られた一体構造の反応器の１平方メートル当たりコストの比較を示す。前者は技術的優位性に加えて低コストである。

図２に本発明の主要な特徴を示し、また表５に反応器およびフィーダの部品および構成要素の見出しを示す。
反応器本体は、円筒状部分1.1、キャップ1.2、注入ノズル1.3、注入口カバー1.4、円錐領域1.5、くさびまたはピンを備えた環状または放射状のスライドリング1.6、くさびの支えを備えた放出部カバー1.7、弁の接続部・計器・付属品など1.8、ヒンジ1.9、カバーを閉じるための関節および油圧シリンダ1.10、くさびの開閉用油圧シリンダ1.11から構成される。反応器の鋼製の殻を溶接または溶接除去することなく特殊金属皮膜の組立および解体を可能にする反応器の二分裂部を詳細図Ａに図示する。小型反応器では二分裂部をカバーで置き換え、円錐領域はなくなる（超小型反応器では殻および皮膜は溶接を必要とせず、単に嵌めこむだけで並置してもよい）。

円筒状本体は皮膜の組立ておよび解体を容易にするためにわずかに円錐形である。円筒状本体は、組み立てる前に大部分が溶接され、詳細図Ａ〜Ｆに示した部品が反応器の殻内に溶接されるために残る。この技術は高融点（1800〜3100℃）を有する特殊金属を反応器の鋼本体（融点1760℃）の近くで溶接することを可能にするために必須のものであり、Feによる特殊金属の汚染を防止する。カバーの開閉は２つの油圧系統によって行なわれ、第一系統は反応器の内圧支持用くさびに司令を発し、バイトン製の酸性溶液用シーリングリング（O‐リング）の閉込め圧力を維持する。このシーリングリングは、運転されている間、数ヶ月または数年間開閉の繰返しを支える。

傾斜装置は、構造物1.12、ピボット1.13、および油圧シリンダ1.14から構成される。油圧シリンダは、セルリグニンが固い材料のため、その放出操作中反応器を傾けまた揺さぶる。水平移動装置は、車両1.15および油圧シリンダ1.16から構成される。反応器の固定とフィーダの水平移動を交互に行なってもよい。固定構造物1.17は反応器およびフィーダを支え、それによって反応器を車両から取り外して支持用台脚へ移すことができる（図２ｄ参照）。回転揺動装置は、鎖1.18と所定の角度で回転を逆戻りさせるマイクロスイッチ1.20によって司令が発せられる油圧モータ1.19とから構成される。回転揺動装置の安全性は鎖の長さによって与えられ、マイクロスイッチが故障した場合は油圧モータの歯車から離脱する。

特殊金属皮膜2.1および2.2は、詳細図Ａ〜Ｆに従って作製される。皮膜上の主な応力は、反応器に装填する瞬間に注入ノズルの上に、また回転揺動装置の運動により円筒状本体の上に掛かる。応力は小さく、10年を超える皮膜の耐用年数は疲労破壊によって決まる。シーリングは、放出部カバー2.3上で、二分裂部2.4中で、また皮膜と反応器の殻との間2.5でエラストマー製リングにより行なわれる。鋼の融解とFeによる耐熱金属溶接部の汚染とに対する保護は、耐熱金属製の犠牲リング2.6によりなされる。

反応器の接続部および弁は、水および酸性溶液の入口3.1、水蒸気の入口3.2、水蒸気の出口3.3、反応器本体中3.41、円錐領域中3.42、およびカバー中3.43の真空部、加水分解物の放出部3.5、分析用前加水分解物の回収用弁3.6に用いられる。蒸気の入口は下側部分にあり、それらは多孔チューブによって分散される。液体（水または酸性溶液）の入口は上側部分にある。液体および蒸気用の注入口には目詰まりの問題は何も存在しないことは明らかである。

多孔パイプを通る水蒸気の排出口が上側部分にあり、また加水分解物の放出部は円錐領域の下側部分に設置されていて目詰まりを避けるために反応器の内側の多孔板によって保護されている。水蒸気の入口用フレキシブルチューブ3.7および3.8の後ろの水蒸気の注入口と排出口の間のバイパス弁を通る水蒸気の排出口の目詰まりを除くための板および多孔チューブ上には、散発的な水蒸気の戻りが予想される。別法では、多孔板用回転式スクレーパーを用いることもできる。接続部および弁は、硬質パイプによりフレキシブル回転チューブ4の注入口の支えに連結されている。

フレキシブル回転チューブ5は、水および酸性溶液の注入口5.1、水蒸気の注入口5.2、水蒸気の排出口5.3、真空部5.4などの様々なユニットによって構成されている。許容される最大回転は、どのような液体も水蒸気の排出口を通って流れることがないようにａ＝±45^oである。酸性溶液の水準は、どのような液体も流れ出さないように水線より下に保たれる（図２ｄ）。水蒸気の排出口が液体の線より下の場合、液体の限界線を超すと直ちにそれを閉鎖するための水蒸気の排出口弁3.3の電気的司令に助けを求める。一般にはこれらの電気的司令は、45^oの揺動の折り返し点が、全バイオマスを濡らし、液体および固体の質量を均一化し、かつ加水分解における優先的進行を回避するのに十分であるため不要である。フレキシブル回転チューブの排出口の支え6は反応器の上側部分に配置される。

中間配管7は、フレキシブル回転チューブ7.1〜7.4について同じ構成要素によって構成され、フレキシブル回転チューブの排出口をフレキシブル傾斜チューブの注入口と相互に連結させる。
フレキシブル傾斜チューブ8は、中間配管8.1〜8.4について同じ構成要素によって構成され、セルリグニンを放出するためのその支持構造物とともに反応器を傾斜させることを可能にするように設計される。フレキシブル傾斜チューブの排出口は固定した配管9.1〜9.4に連結されている。これら配管は、フレキシブル傾斜チューブをフィーダ16の下側に位置する制御盤上に取り付けられた一組の弁パイプ9.5と連結させる。

真空センサー10は、反応器本体10.1、円錐センサー10.2、反応器カバー10.3、および真空ポンプの配管10.4の４つのユニットによって構成される。関連する弁の閉鎖と真空降下の観測が、特殊金属皮膜の予想される漏れの判定を可能にする。
圧力計11は酸性の媒体に耐えるようにダイアフラム式であり、温度計は皮膜と同一材料の保護軸によって保護される。

油圧系統13は下記のユニット、すなわちヘリカルフィーダの油圧モータ14.1、移動用油圧シリンダ1.16、閉止カバーの油圧シリンダ1.10、揺動回転装置の油圧モータ1.19、油圧傾斜用シリンダ1.14、くさびを広げるための油圧シリンダ1.11をこの順序で駆動させる。幾つかの動作が同時に起こることはなく、より高い出力が優勢であり、それがヘリカルフィーダの油圧モータ14.1の出力であることに注目されたい。

フィーダは、油圧モータ14.1、プロペラの片軸14.2、フィーダのプロペラ14.3、フィーダのクレードル14.4、円錐形フィーダノズル14.5、およびコイフ14.6から構成される。フィーダは１０分の間に反応器を満たすべきである。フィーダは、ミクロ接合した炭素鋼で建造され、瀝青質エポキシ塗料で保護されている。フィーダの下側の空間は、制御盤16（液体、水蒸気、計器、電気系統など）、油圧系統13、真空ポンプ15、漏れ検出器17、工具および工作機械などによって占められる。

反応器およびフィーダの固定構造物は、地面から960mmに位置するプラットホーム18を備えた標準的な車両中に収容され、低い装置の最大高さは4400mmであり道路基準内にある。装置はバイオマスのある中庭に運ばれ、そこで油圧ジャッキで持ち上げられ、梁および台脚上に所望の処理高さで支えられる（図２ｅ）。別法では、輸送車両そのものの上で操作することもできる。
反応器の装置の補足的な部品は、熱交換器19、水圧ポンプ20.1および酸性溶液放出部20.2、水の脱イオン装置21、ボイラー22、および支持構造物23である。支持構造物は標準的な車両18で運ばれ、上記の説明と同じ方法で持ち上げられ支えられる。

第５表．反応器およびフィーダの部品の記号表
A―第一構造物（第一車両）
1―反応器の殻および構造
1.1―円筒状本体
1.2―キャップ
1.3―注入ノズル
1.4―注入口カバー
1.4.1―カバー
1.4.2―油圧シリンダ
1.5―円錐領域

1.6―くさびを備えたスライドリング
1.7―くさび用の支えを備えた放出部カバー
1.8―接続部
1.9―ヒンジ
1.10―関節および油圧シリンダカバー解放装置
1.11―くさびの開／閉用油圧シリンダ
1.12―傾斜用構造物

1.13―傾斜用ピボット
1.14―傾斜用油圧シリンダ
1.15―移動用車両
1.16―水平移動用油圧シリンダ
1.17―反応器およびフィーダの固定用構造物
1.18―揺動回転装置の鎖
1.19―揺動回転装置の油圧モータ
1.20―マイクロスイッチ

2―金属および特殊合金の皮膜
2.1―反応器の本体
2.2―フランジ
2.3―放出部カバーのシーリングリング（0-リング）
2.4―二分裂部のシーリングリング（0-リング）
2.5―殻と皮膜の間の真空シーリングリング
2.6―Ti溶接中のFe汚染に対する保護用Tiリング

3―水、酸性溶液、水蒸気、真空、および前加水分解物の接続部および弁
3.1―水および酸性溶液用注入口
3.2―水蒸気用注入口
3.3―水蒸気用排出口
3.4―真空部
3.4.1―反応器本体中の真空部
3.4.2―円錐領域中の真空部
3.4.3―反応器カバー中の真空部
3.4.4―真空ポンプ中の真空部

3.5―前加水分解物の放出部
3.6―分析用前加水分解物の回収用弁
3.7―前加水分解物放出パイプの多孔板中の水蒸気戻り弁
3.8―水蒸気排出口の多孔チューブ中の水蒸気戻り弁

4―フレキシブル回転チューブの入口の支え
5―フレキシブル回転チューブ
5.1―水および酸性溶液の注入口
5.2―水蒸気の注入口
5.3―水蒸気の排出口
5.4―真空部

6―フレキシブルチューブの排出口の支え
7―中間配管
7.1―水および酸性溶液の注入口
7.2―水蒸気の注入口
7.3―水蒸気の排出口
7.4―真空部

8―フレキシブルな傾斜用チューブ
8.1―水および酸性溶液の注入口
8.2―水蒸気の注入口
8.3―水蒸気の排出口
8.4―真空部

9―水、酸性溶液、水蒸気、および真空用の配管および弁
9.1―水および酸性溶液の注入口
9.2―水蒸気の注入口
9.3―水蒸気の排出口
9.4―真空部
9.5―弁配管アセンブリ

10―センサー類
10.1―反応器本体中のセンサー
10.2―円錐領域中のセンサー
10.3―反応器カバー中のセンサー
10.4―真空ポンプ中のセンサー

11―圧力計
12―温度計
13―油圧系統
14―フィーダ
14.1―油圧モータ
14.2―プロペラの片軸
14.3―フィーダのプロペラ
14.4―フィーダのクレードル
14.5―円錐形フィーダノズル
14.6―キャップ

15―真空ポンプ
16―制御盤（液体、蒸気、計器、電気系統など）
17―漏れ検出器
18―車両−許容荷重30t

B―第二構造物（第二車両（図には含まれていない））
19―熱交換器
20―水および酸性溶液（20.2）用の圧力ポンプ（20.1）
21―水の脱イオン装置
22―ボイラー
23―項目19〜22用の支持構造物

バイオマスの前加水分解処理および結果としての産物：
前加水分解は、木材、ならびにサトウキビのバガスおよび麦わら、野菜の残りかす、樹皮、草、残飯の有機部分などの任意の種類のバイオマスにおいて行なうことができる。この前加水分解プロセスは下記のステップによる。
１．細かく切り刻まれた形態のバイオマスを、供給用プラットホーム上に放出し、そこで無機含量（土、灰分など）を減らすために洗浄する。供給用プラットホームはコンベヤまたは傾斜型ヘリカルフィーダによって構成されてもよい。

２．供給用プラットホームによりバイオマスをヘリカルフィーダ中へ荷揚げし、ヘリカルフィーダは密度300kg/m³（乾物）に達して締め固めの始まるまで反応器を満たす。この密度はソフトバイオマス（バガス、麦わら、草、野菜の残りかす、樹皮、残飯の有機部分）の密度の３倍である。フィーダは装填操作の間ずっと反応器と連結したままであり、これは約１０分間続く。反応器が満たされた後、反応器は固定構造物に関して可動な構造物の水平移動によってフィーダから離脱する。離脱の後、注入ノズルは油圧シリンダの司令により弁によって閉止される。

３．反応器が満たされた後、水蒸気を通すことによって脱気操作が始まり、熱交換器中で80℃まで予熱した酸性溶液を反応器に充満させ（バイオマスの1.7%程度）、液体／固体比（Ｌ／Ｓ）＝２において160℃、0.62MPaまで加熱、加圧する。この行為は１０分間持続し、逃がし水蒸気の熱は熱交換器中で次の反応の酸性溶液によって回収される。この熱回収を行なうために熱交換器は通常、各反応に必要な酸性溶液の体積の２倍の大きさに造られる。

４．加熱および加圧の後、前加水分解は、低温ではヘミセルロースおよび非晶質セルロースを完全には加水分解せず、また高温では結晶セルロースの非晶質セルロースへの変換を引き起こして微粒子（f < 250mm）に摩砕するのが困難になるので、セルリグニンの触媒燃焼の特性を得るのに必須な160±10℃に近い温度を維持するように反応器の回転揺動および水蒸気のパージと同時にそれは３０分間行なわれる。

加水分解の全期間の間ずっとこの温度を維持するためにフレキシブルな接続部と、バイオマスの細片または粒子の表面で糖で飽和された液体の限界層を入れ替えるための反応器の揺動とが重要であり、それらは約２０〜３０分までの加水分解時間を最も効果的にすることに注目されたい。前加水分解の制御は、屈折計または任意の他の糖測定装置により前加水分解物中の糖含量を９bricksの値まで随伴させることによって行なわれる。より長時間の前加水分解は、キシロースのフルフラールおよびフルフリルアルコールへの分解による糖含量降下を引き起こす。温度、圧力、酸含量、揺動（均一化）、および水蒸気の純度の完全な制御が、前加水分解プロセスの完全な最適化を可能にする。

５．前加水分解の後、熱交換器を通して固定槽またはタンク車両に向けて送り出す前加水分解物（糖溶液）の放出操作を開始し、こうして酸性溶液の予熱およびボイラー水でそのエネルギーを回収する。逃がし水蒸気（加熱およびパージ）からの前加水分解物の熱回収および低い液体／固体比（Ｌ／Ｓ＝２）の使用は、本発明のエネルギー消費を元のバイオマスに含まれるエネルギーの６％未満の値まで低減することを可能にする。これらの数値は、多くの場合３０％程度（Ｌ／Ｓ比＝１２）である任意の他のバイオマス処理におけるよりも著しく低い。前加水分解物の放出操作は約１０分間続く。

６．前加水分解物の放出後、Bricks ≧５を目指して糖回収洗浄をＬ／Ｓ＝１の比率で行なう。この前加水分解物の第二留分は、第一留分（Bricks ≧９）と混ぜてもまた混ぜなくてもよい。一般に、第一留分はフルフラールの生産（予想される糖濃度が最も高い）に、また第二留分はアルコールの生産（例えば、（engineered echerichia coli）による発酵による）に振り向けられるべきである。第二留分は、２つの留分中に含まれる糖の (5×1S)/(9×1.5S+5×1S) = 0.27 (27%) を含み、失われないことに留意されたい。

さらに、この２つの留分には、ヘミセルロースおよび非晶質セルロース中に含まれる糖の(0.09×1.5S+0.05×1S)/0.2S=0.925 (92.5%)が合算されていることに注目されたい。この高回収率により廃棄される洗浄水からの糖の複雑かつ費用の掛かる利用法は必要でなくなる。本発明は、前加水分解物の抽出および糖の回収用の高価なスクリュープレスの使用を不要にする。糖回収時間は１０分程度である。

７．糖の回収後、大型カバーを開き、反応器を傾けることによってセルリグニンの放出を行なう。セルリグニンは機械的な洗浄機（円錐型、円筒型、回転式の槽など）中または車両上に放出されてパーコレーション（拡散）によって洗浄される。放出は、シーリングリングの清掃および１０分未満を要する放出位置における反応器の回復と合わせて数分内で行なわれる。全サイクルは約８０分続き、機械の利用率９０％の場合１日当たり１６回の反応を可能にする。

８．洗浄操作は任意の種類の洗浄機で行なうことができる。水の消費が少なく、不純物から保護されたセルリグニンを維持し、かつばら積み車両に荷積みすることを可能にする車両または大型バッグ上でのパーコレーション（拡散）による洗浄が好ましい。洗浄水は、1986年6月18日付Resolution CONAMA No.20の要求基準（1986年7月30日付のD. O. U.（Brazilian Official Gazette）に告示）を満たし、それらは原則的には水脈中に廃棄することができる。本発明に全体として環境的特徴を与える目的で、洗浄用の水は石灰乳で中和し、滅菌用池で生態学的に処理する。

９．本発明には、普通の水または脱イオン水による２つの洗浄の選択肢がある。一番目の水の場合、バイオマスおよび自然環境由来の不純物中に存在する無機物質（主に土）に起因する通常の灰分を有する通常のセルリグニンが得られる。脱イオン水による洗浄は、その最大の要求基準がK+Na<5ppmの低含量であるガスタービン用燃料として使用するクリーンなセルリグニンを得ることを目的とする。

この前加水分解プロセスは、バイオマスの灰類を低減させるきわめて有効なプロセスであり、無機物質はH₂SO₄と反応して前加水分解中および洗浄プロセス中にセルリグニンから溶脱される可溶性硫酸塩となる。脱イオン水の使用は洗浄効率を著しく向上させ、K+Na含量をガスタービンに必要なレベルまで低減させることを可能にする。本発明における脱イオン水の使用は、低いＬ／Ｓ比（＝２）を考慮すれば容易でかつ費用が掛からない。水の大量消費を伴う従来のプロセス（Ｌ／Ｓ＝１２）においては、脱イオン水の使用およびその結果としてのセルリグニンのガスタービン用燃料としての使用は決して考えられなかった。

フェイルセーフ型反応器によって行なわれるバイオマスの前加水分解プロセスは２つの生産物（２つの商品）、すなわちセルリグニンおよび前加水分解物を生成する。
セルリグニン：
セルリグニンに関しては、木材がミクロフィブリル中に配列されたヘミセルロース、セルロース、およびリグニンから構成されることに留意されたい。フェイルセーフ型反応器中で行なわれる前加水分解の目的は、その結晶形態のセルロースそのままと、球状化した形態のリグニンとを残してヘミセルロースおよび非晶質セルロースを消化することである。全てのこれら特徴は達成され、それは図３の顕微鏡写真に示される。この顕微鏡写真は球状化したセルリグニンを伴う結晶セルロース繊維のフラクタルを示し、そこに空いている空間は前加水分解以前にはヘミセルロースおよび非晶質セルロースによって占められていた。

この結果は下記の特徴を有している。
ａ）フェイルセーフ型反応器のプロセス変数は完全に制御される故に、この特徴はこの反応器集団の全体を通して一様であり、「均一な商品」の生産を可能にする。

ｂ）結晶性が維持される故に、Bondの公式：W=10Wi/=10Wi/に当てはまるエネルギー消費12kWh/tのハンマグラインダー、ピングラインダーなどによりセルリグニンを250mm未満の小さな粒子に摩砕することが可能である。上式でWはkWht/tで表される仕事量であり、Wiは物質の作業能率であり、Pは生産物の８０％が通過するメッシュのサイズ（μ）であり、Fは供給原料の８０％が通過するメッシュのサイズ（μ）であって、これは大部分の鉱物原料（すなわち結晶性物質）と同じ程度のWi=15をもたらす。摩砕エネルギーのコストは１ｔ当たり1.00米国ドル未満である。

ｃ）高多孔性の故に、セルリグニンは含水率５０％まで自然重力により乾燥され、この処理ステップに対して高価なスクリュープレスを不要にする。最終乾燥は回転式乾燥機中で行ない、穀類の乾燥と同じエネルギー消費（750MJ/t）で１２％未満の水分を達成する。これを下記の実施例によって例示する。すなわち、
１）セルリグニンの乾燥：セルリグニン224kgを乾燥するのに10時間の間にＧＬＰ 0.4kg/h（発熱量42MJ/kg）を消費する― (0.4×10×42)/0.224=750MJ/セルリグニンt当たり。
２）コメの乾燥：コメ30俵（60kg/俵）を乾燥するのに薪1/3ステール（m³）（396kg/ステール、発熱量10.5MJ/kg）を消費する― (0.33×396×10.5)/1.8≒760MJ/コメt当たり。

質の高い燃料を用いる乾燥コスト（薪１ステール当たり10.00米国ドル、セルリグニンまたはＧＬＰ1t当たり1.80米国ドル、1kg当たり0.50米国ドル、セルリグニン1t当たり9.00米国ドル）は常に非常に高価であり、したがって125℃のボイラーの余剰の熱が用いられるべきである。このため乾燥および摩砕は常に、火力発電所またはボイラーの近くで余剰の熱を用いて行なうべきである。

ｄ）リグニンの球状化の故に、空の空間が反芻動物の微生物によるセルロースの攻撃に対して開かれ、セルリグニンを高品質のボリューム成分に匹敵する消化性率58%を有する動物用茎葉飼料のボリューム成分として使用することができる（湿式トウモロコシサイレージは61%、アルファルファサイレージは56%、草の茎葉飼料は56%、カラスムギのわらは44%であり、また天然の草の消化性率（35%）よりずっと高い）。

ｅ）セルリグニンの最も大きな用途は、ボイラー、ガスタービン、および磁気流動力学（ＭＨＤ）による発電用の燃料としてである。表６に、ボイラー用燃料としてセルリグニンを応用する例を燃料油と対比させて示す。燃料油（41MJ/kg）と比較して低いセルリグニンの発熱量（20MJ/kg）はそのコスト（40.00米国ドル／ｔ）によって相殺され、油（120.00米国ドル／ｔ）より低く１／３である。燃料油の２倍も多く必要とするが、それが含酸素燃料（O₂ 29%）であり燃料油に近いボリュームの空気の吹送を必要とするので任意の種類のボイラーにおいて単純に燃料油を置き換えることが可能である。これは、どのような油またはガスボイラーでもバーナーおよび空気吹入れ器の15%程度の調整によりセルリグニンを燃やして同じ火力を発生させることができることを意味している。

脱イオン水で生産されたセルリグニンは、Na+K＜5ppmの含量を備えるガスタービン燃焼用のクリーンな燃料の要求基準を満たす。クリーンなセルリグニンは＜15ppmの値を含むが、これらの数値は除塵サイクロ（登録商標）ンによって低減される。200mm未満の粒子に関しては、その燃焼は図４に示すような触媒タイプのものである。この特徴は２つの因子により生じ、第一因子は天然のバイオマスの表面（BET（Brunaur, Emmett and Tellen）によって測定される0.4 m²/g）と比べて大きな露出表面（2m²/gまたはヨウ素価100）によるものであり、また第二因子は分子間の衝突なしにセルリグニンの細孔中に増熱用酸素の入口および一酸化炭素の出口を生じさせる微粒子（f < 250mm）への摩砕によるものであり、これは触媒燃焼に取って代わられる（セルリグニン粒子のサイズは増熱剤および燃焼由来のガスの平均フリーウェイより小さい）。

セルリグニンは大規模生産することができる唯一の固体の触媒燃料であり、その燃焼時間（＜２０ミリ秒）は天然ガスと同じ程度であることを全てが示している。ガスタービンはまた、全粒子状物質の含量が＜200ppmであり、かつ5mmを超える粒子状物質が＜8ppmであることを必要とする。これらの特性は３つの技術、すなわちセルリグニンの触媒的特性による完全燃焼、外部燃焼器とガスタービンの間に取り付けられたサイクロ（登録商標）ン、およびグラインダーに由来する磁性の異物混入除去のためのセルリグニン摩砕後の磁気分離器により達成される。

磁気分離器なしで全粒子状物質は＜50ppmの値に達し、磁気分離を用いると＜5mmの粒子状物質が8ppmという要求基準に到達する。触媒燃焼のためにセルリグニンは、2727℃（3,000K）の高温における燃焼のプラズマ中の高導電性を実現するＭＨＤ用のすぐれた燃料である。図５は、精製した石炭の15S/m、石油から誘導した油の12S/m、および天然ガスの8S/mの値と比べて70 S/m程度の導電性を示している。薪は、C/H比=8を与える炭素含量48%および水素含量6%を有することに注目されたい。前加水分解は、セルリグニンの炭素含量を66%に上昇させ、水素含量を4.3%に低下させてC/H比=15と２倍にする。

図５は、導電性がC/Hの数値の低い場合にはきわめて低く、C/H=15まで顕著に増加し、それ以後飽和することを示しているので、この結果はきわめて重要である。燃焼中水素は、燃焼プラズマ中の電子に対して400Åの衝撃領域を有するヒドロキシル基OH^-を形成し、それはその電気伝導率を低下させ、水素含量３％未満までその数値に影響を及ぼさなくする。

ｆ）セルリグニンは、燃料および動物の茎葉飼料用ボリューム成分としての用途に加えて油および活性炭の生産のための熱分解、カーボンブラックの生産（不完全燃焼）、メタノールの生産、セルリグリン樹脂酸塩（凝集塊、MDF（Medium Density Fiber））、半固体発酵用の基質（真菌、細菌、および酵素）などの領域において様々な用途を有する。

前加水分解物：
前加水分解物は、キシロース（80%）、グルコース、マンノース、ガラクトース、アラビノース、アセチル化物、ウラン酸などを含有する糖溶液である。それは糖に加えて、前加水分解プロセスにおいて添加した硫酸および表７に示した無機不純物を含有する。フェイルセーフ型反応器のプロセスの高度な制御はほぼ完全な前加水分解を行なうことを可能にし、それは低温（160℃）のプロセスの故に糖の分解を防ぎながら容易に加水分解できる全ての生産物の消化を可能にする。可溶性の糖の含量（Bricks）を１分ごとに追跡し、Bricksが最高点を通り過ぎるや否やプロセスを停止する（放出、減圧、冷却の開始）。

低いＬ／Ｓ比（＝２）は、他のブイヨン（サトウキビ、トウモロコシなど）と似た10 Bricks程度の糖含量を達成することを可能にする。前加水分解物は一般にはpH=1である。糖の回収（Ｌ／Ｓ＝１で洗浄するタイプ）により、pH=1.5で5 Bricks程度を有する更なる処理用の前加水分解物を生成し、これは先のものと一緒にしてもそのままでもよい。
前加水分解物は３つの主な用途、すなわち二状態技術（ペントースの脱水）によるフルフラールの生産、エタノールの生産（engineered echerichia coli細菌）、およびキシリトールの生産（Ｄキシローズの接触水素化）を有する。
上記反応器ならびに前記数値の例は単に例示のためのものであり、本発明の保護範囲を限定するものではないことを理解されたい。

図１は、バランスのとれた質量を有するバイオマスの前加水分解の工程系統図である。 図２ａは、一実施形態の反応器の断面およびその製造法の詳細を示す図である。 図２ｂは、一実施形態の反応器の輸送車両上の定位置を示す側面図である。 図２ｃは、フィーダを備えた一実施形態の反応器の上面図である。 図２ｄは、一実施形態の反応器の輸送車両上の背面図である。 図２ｅは、セルリグニンの荷降ろし用車両を備えたバイオマス貯蔵所中において台脚上に位置決めされた一実施形態の反応器の前面図である。 図３は、セルリグニン（前加水分解されたユーカリノキ）、結晶セルロース、および球状化リグニンの顕微鏡写真である。 図４は、セルリグニン粒子の燃焼中に照射された平均比出力を示すグラフである。 図５は、ガス、重油、石炭、タール、およびセルリグニンに対する燃焼プラズマの導電性を示すグラフである。

Claims (20)

1. バイオマスの前加水分解方法であって、
   ａ）前記バイオマスをヘリカルフィーダ中に放出するステップ；
   ｂ）前記ヘリカルフィーダからバイオマスを前加水分解装置に移すステップ；
   ｃ）c. 1)前記前加水分解装置を、予約された酸性溶液により充満するステップ；
   c. 2)加熱し、前加水分解物を創造するステップ；そして
   c. 3)与圧するステップを含んで成る、前記バイオマス前加水分解装置における加圧の操作を開始するステップ；
   ｄ）前記方法が、前記加水分解を、バイオマス前加水分解装置の回転揺動と、蒸気のバージ及び温度、圧力、酸含有量、前加水分解の時間及び液体／固体比の制御と同時に行うことを特徴とする前加水分解のステップ；及び
   ｅ）糖計測器により10 Brixに近い値まで前加水分解物の糖含量をモニターするステップ；
   を含んで成る方法。
2. 前記バイオマス前加水分解装置におけるバイオマスの装填が、300kg/m³までのバイオマス密度を達成するために、バイオマス圧縮の開始まで実施される、請求項１記載の方法。
3. 前記前加水分解装置からの蒸気のバージが、内部温度を150℃〜170℃に維持する、請求項１記載の方法。
4. 前記前加水分解装置からの蒸気のバージが、その温度を、160℃に維持する、請求項１記載の方法。
5. 前記前加水分解が、前記前加分解装置の揺動及び蒸気のバージと同時に、30分間、行われる、請求項１記載の方法。
6. 前記バイオマス前加水分解の装填が、バイオマスの1.7％に相当する酸性溶液により行われ、前記酸性溶液が80℃まで予熱され、そして液体／固体比＝２で前加水分解装置中に注入される、請求項１記載の方法。
7. 脱気操作が、前記バイオマス及び酸性溶液を、150℃〜170℃に加熱し、そして通過蒸気により0.62MPaの与圧を提供することにより開始する、請求項１記載の方法。
8. 脱気操作における逃がし蒸気が、前記前加水分解装置中への続くバイオマスバッチ導入に使用される酸性溶液により熱交換器中に回収される、請求項７記載の方法。
9. 前記前加水分解装置の放出の段階に関して、結晶性セルロース及び球状化されたリグニン、及び糖溶液により構成される固体材料が放出される、請求項１記載の方法。
10. 前記前加水分解物の放出の後、洗浄段階が、セルリグニンに含まれる糖を回収するために、液体/固体比＝１の割合でセルリグニンにおいて行われる、請求項１記載の方法。
11. 機械的洗浄器におけるセルリグニンの洗浄段階が、無機不純物を低めるために行われる、請求項10記載の方法。
12. 前記セルリグニンの洗浄段階がパーコレーションにより行われる、請求項10記載の方法。
13. 脱気操作が、前記バイオマス及び酸性溶液を160℃に加熱することにより開始する、請求項７記載の方法。
14. 前記容器において加工されるバイオマスのセルリグニン生成物を、5ppm未満のK＋Na含量を有するセルリグニン生成物を生成するために、脱イオン水により洗浄することをさらに含んで成る、請求項１記載の方法。
15. バイオマス前加水分解方法であって、
    反応容器中にバイオマスを供給し、ここで前記バイオマスの供給は前記反応容器内で圧縮されたバイオマスを達成するために十分に行われ；
    酸性溶液を、前記反応容器に、及び当該反応容器中のバイオマスと接触して供給し；
    前記反応容器内のバイオマス及び酸性溶液を加熱し、そして与圧し、そしてここで前記加熱及び与圧が、前記バイオマス及び酸性溶液を加工温度に加熱し、そして前記反応容器内で加工圧力を達成するために、前記反応容器中への蒸気の導入を包含し；
    前記反応容器を、蒸気の反応容器中への導入の期間、回転揺動にゆだね；
    前記反応容器内の加熱及び与圧にゆだねられたバイオマス及び酸性溶液の状態をモニターし、当該モニターリングが、導入されるバイオマスの表面上の糖により飽和された液体の限界層に関しての糖含量のモニターリング、及び導入されたバイオマスを回転揺動にゆだねると共に、前記反応容器から蒸気のパージにより温度及び圧力レベルを調節することを包含する前加水分解のモニターリングを含み；そして
    前記反応容器からセルリグニン及び前加水分解物の生成物を放出する；
    ことを含んで成る方法。
16. 前記反応器中へのバイオマスの供給が、当該反応容器内のバイオマスにおいて圧縮された状態を達成するために、前記反応容器中への十分なバイオマスを供給するために当該反応容器と連結されるヘリカルフィーダによるバイオマスの供給を包含し、そして前記蒸気の導入が、前記反応容器内のバイオマスを当該反応容器の回転揺動により正しい位置に調節しながら、実施される、請求項15記載の方法。
17. 前記バイオマスの加熱が、前記反応容器からの蒸気のバージにより、容器の回転揺動の間、150℃〜170℃の加工温度及び0.62MPaの圧力を維持することを包含する、請求項15記載の方法。
18. 前記反応容器中への酸性溶液の供給が、バイオマスの1.7％の程度の予熱された酸性溶液の供給、及び前記反応容器内での２の液体/固体比の達成を包含する、請求項15記載の方法。
19. 前記反応容器において加工されるバイオマスのセルリグニン生成物を、5ppm未満のK＋Na含量を有するセルリグニン生成物を生成するために、脱イオン水により洗浄することをさらに含んで成る、請求項15記載の方法。
20. 前記放出が、前記反応容器における放出開口に関して、低い重力助力された放出状態からより高い重力助力された放出状態への前記反応容器の傾斜を包含する、請求項15記載の方法。