JP4714837B2 - 木質バイオマスを原料にした分解物質の製造方法および装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、木質系のバイオマスを原料として加溶媒分解物質を製造する製造方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バイオマスとは、地球の生物圏において、太陽エネルギーを利用して生合成される有機体のことであり、各種の化学成分を原料とすることにより植物、動物および微生物として出現し、それぞれ所定の生態系で形態変化を経て所定のサイクルで無機質に戻るものを総称する用語である。
【０００３】
このようなバイオマスが各種産業の原料として注目されるようになって久しいが、工業材料の原料としての観点からは、木材、パルプ、繊維、ゴム、食料、飼料、薪炭、都市ごみの有機性分、屎尿、農業廃棄物、畜産廃棄物、食品加工廃棄物、下水処理で生成する活性汚泥等をバイオマスと呼ぶのが一般的である。
【０００４】
かかるバイオマスは、石炭、石油あるいは天然ガス等の地下資源と比較対照されることが多い。地下資源である石炭等は、過去に太陽エネルギーによる再生サイクルの恩恵に浴していたが、現在ではサイクルから外れて再生されることがないため、使い切ってしまえば後がないという問題点を有しているのに対し、バイオマスは、太陽エネルギーが絶えない限り常に再生サイクルの恩恵に浴しているため、無尽蔵な資源であるといえる。
【０００５】
かかる背景の基に、特に木質系のバイオマスを原料として化石燃料の代替物を製造したり、融解物質や加溶媒分解物質を回収する研究が盛んに行われるようになった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来、木質系のバイオマスを原料として化石燃料の代替品を製造したり融解物質や加溶媒分解物質を回収するための方法は、木質バイオマスを所定の溶液（液化試薬）と混合し、この混合物を所定温度で処理してセルロースやリグニン等を液状物に変換するものが主流であったが製造効率が悪いという問題点を有していた。
【０００７】
かかる問題点を解消するものとして、近年、木質バイオマスを密閉容器に装填し、この密閉容器を略５００℃の錫の浴槽内に浸漬し、容器内に高温・高圧を現出させてこの高温・高圧環境で木質バイオマスを分解することによって有用物質を製造する方法が提案されている。容器内の高圧は、密封状態の容器内を高温環境にすることによって得るようになされている。
【０００８】
しかしながら、このような方法では、容器内の圧力は温度の従属要因になることから、圧力と温度とをそれぞれ他とは独立させた状態で容器内のバイオマスの分解環境を制御することができず、分解環境を制御するための自由度が小さいという問題点を有している。
【０００９】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたものであり、木質バイオマスの分解環境制御の自由度を大きくしてより効率的に木質系のバイオマスを分解処理することができる木質バイオマスを原料にした分解物質の製造方法および装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、木質バイオマスを原料にして加溶媒分解物質を製造する製造方法であって、木質バイオマスを微粉砕して微粉状原料にする粉砕工程と、微粉状原料と超臨界状態になり得る溶媒とを混練して混練物にする混練工程と、この混練工程で得られた混練物に対して上記溶媒が超臨界状態になる圧力および温度を付与して加溶媒分解を起させる加溶媒分解工程とからなり、上記加溶媒分解工程において、混練物に通電することによるジュール熱で混練物を加熱することを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４記載の発明は、木質バイオマスを原料にして加溶媒分解物質を製造する製造装置であって、木質バイオマスを微粉砕して微粉状原料にする粉砕装置と、微粉状原料と超臨界状態になり得る溶媒とを混練して混練物にする混練装置と、この混練装置で得られた混練物に対して上記溶媒が超臨界状態になる圧力および温度を付与して加溶媒分解を起させる加溶媒分解装置とからなり、上記加溶媒分解装置は、混練物に通電することによるジュール熱で混練物を加熱し得るように構成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項１および４記載の発明によれば、木質バイオマスの原料は、粉砕工程（粉砕装置）で粉砕されて微粉状原料になることによって表面積が大きくなり、溶媒との接触面積が大きくなって加溶媒分解処理を行う上で有利になる。かかる粉砕工程で得られた微粉状原料は、混練工程（混練装置）で超臨界状態になり得る溶媒と混練されることにより、溶媒が超臨界状態になることによりその作用を受け易い状態になる。このような混練物が、加溶媒分解工程（加溶媒分解装置）において、溶媒が超臨界状態に設定されるため、混練物中の木質バイオマスの構成成分であるセルロースやヘミセルロース等が溶媒の作用を受けて加溶媒分解し、グルコース糖のような糖類になる。
【００１３】
このように、木質バイオマスを一旦微粉砕処理して微粉状原料とし、この微粉状原料と超臨界状態になり得る溶媒とを混練して混練物をつくり、この混練物を、溶媒が超臨界状態になる環境に置くことにより、溶媒の超臨界特性発現による活性化によって木質バイオマスは容易に加溶媒分解される。
【００１４】
また、請求項１および４記載の発明によれば、混練物に通電するという簡単な操作によってジュール熱による内部加熱で混練物中の溶媒が超臨界状態になる温度を得ることができるため、従来の溶融金属浴槽等による外部から混練物を加熱する加熱方式に比べて加熱処理が容易に行い得るようになるとともに、設備コストおよび運転コストの低減化に寄与する。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、上記粉砕工程は、木質バイオマスを所定の粒度に予備粉砕する予備粉砕工程と、この予備粉砕工程で得られた予備粉砕物をさらに粉砕して微粉状原料にする微粉砕工程とからなることを特徴とするものである。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、上記粉砕装置は、木質バイオマスを所定の粒度に予備粉砕する予備粉砕装置と、この予備粉砕装置によって得られた予備粉砕物をさらに粉砕して微粉状原料にする微粉砕装置とからなることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項２および５記載の発明によれば、木質バイオマスを一旦予備粉砕工程（予備粉砕装置）で所定の粒度に粉砕した後、この工程で得られた予備粉砕物をさらに微粉砕工程（微粉砕装置）で微粉砕する二段階処理が採用されているため、粒度の揃った予備粉砕物を対象として微粉砕処理を行うことが可能になり、粒度が不揃いの木質バイオマスを直接微粉砕する場合に比較し粉砕効率が向上する。
【００１８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、上記超臨界状態になり得る溶媒として水およびアルコールのいずれか一方または双方の混合物を使用することを特徴とするものである。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項４または５記載の発明において、上記超臨界状態になり得る溶媒は、水およびアルコールのいずれか一方または双方の混合物であることを特徴とするものである。
【００２０】
請求項３および６記載の発明によれば、水およびアルコールは、加溶媒分解に適した溶媒である他、超臨界状態になり易い性質を有しているため、これらのいずれか、あるいは混合物は、木質バイオマスの加溶媒分解用の溶媒として適している。
【００２１】
請求項７記載の発明は、請求項５記載の発明において、上記微粉砕装置は、上記予備粉砕物および粉砕処理用の硬質物を密閉状態で収容する粉砕物装填容器と、この粉砕物装填容器の外面を覆うように付設されたジャケット部材とを備えて構成され、このジャケット部材と粉砕物装填容器との間に密閉状態で冷媒を収容する冷媒収容空間が形成されていることを特徴とするものである。
【００２２】
この発明によれば、粉砕物装填容器の中に密封状態で予備粉砕物および粉砕処理用粒状物を装填するとともに、ジャケット部材の冷媒収容空間に所定の冷媒を装填することにより、この冷媒の冷熱が粉砕物装填容器内の予備粉砕物に伝熱し、これによって予備粉砕物は低温で脆弱化する。従って、この状態で粉砕物装填容器を振動させたり揺動させることにより、内部の予備粉砕物は、硬質物や容器の内壁面との衝突によって、さらに硬質物と容器の内壁面とに挟まれることによって破砕されて微粉状になる。
【００２３】
そして、微粉砕装置には、可動部分が存在せず、しかも被粉砕物の低温脆弱化を利用するものであるため、従来の可動部分が存在する微粉砕装置に比べてその分設備コストを低減させた上で、充分な粉砕性能が得られる。
【００２４】
冷媒としては、ドライアイスおよび液体窒素が好適である。ドライアイスを冷媒として使用した場合には、粉砕物装填容器内の被粉砕物を略−８０℃にまで冷却することが可能であり、被粉砕物は相当の低温脆弱化を来たし、容易に微粉砕され得る状態になる。また、液体窒素を冷媒として使用すれば、粉砕物装填容器内の被粉砕物は略−１９０℃にまで冷却され、被粉砕物は極度の低温脆弱化を来たすため、僅かな揺動で良好に微粉砕される。
【００２５】
請求項８記載の発明は、請求項４乃至７のいずれかに記載の発明において、上記加溶媒分解装置は、上記混練物が装填される筒状の外型と、この外型の底部に内嵌される下型と、上記外型に摺接状態で移動可能に嵌挿される上型と、上記外型に混練物が装填された状態で上型を加圧する加圧手段と、上記上型および下型を介して外型内に装填されている混練物に電流を供給する電源装置とを備え、上記外型は、上記上型および下型に対して絶縁状態になるように構成されていることを特徴とするものである。
【００２６】
この発明によれば、加圧手段の駆動で上型を加圧することにより、外型内の混練物は上型を介して加圧される。そして、この加圧状態で電源装置からの電圧を上型および下型に印加することにより、外型は上型および下型に対して絶縁状態になるように構成されているため、印加された電圧は外型を介して短絡することはなく、結局上型および下型間で混練物を通って電流が流れることになり、この電流によってジュール熱が生じ、このジュール熱で混練物が内部加熱されることになる。
【００２７】
このように、上型および下型に対して絶縁状態になるように外型を構成することによって、簡単な構造で加圧状態の混練物に対して電流を供給することが可能になり、設備コストの低減化に貢献する。
【００２８】
しかも、加圧手段によって外型内の圧力を調整し得るようになっているため、外型内の加溶媒分解の圧力環境を温度環境と独立した状態で設定することが可能になり、外型内の圧力および温度制御の自由度が向上する。
【００２９】
上型および下型に対して絶縁状態になるように外型を構成する点については、外型の内周面に絶縁材料をコーティングしてもよいし（請求項９）、外型をセラミック材料によって形成してもよい（請求項１０）。
【００３０】
請求項１１記載の発明は、請求項４乃至７のいずれかに記載の発明において、上記加溶媒分解装置は、上記混練物が装填される筒状の外型と、この外型の底部に内嵌される下型と、上記外型に摺接状態で移動可能に嵌挿される上型と、上記外型に混練物が装填された状態で上型を加圧する加圧手段と、上記外型に電流を供給する電源装置とを備え、上記外型は、電流が供給されることにより発熱する材料によって形成されていることを特徴とするものである。
【００３１】
この発明によれば、電流が供給されることによる外型の発熱によって外型内に装填されている混練物が加熱される。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る木質バイオマスを原料にして加溶媒分解物質を製造する方法の一実施形態を示す工程図である。この図に示すように、本発明方法は、木質バイオマスＢを予備粉砕して所定の粒度（平均粒径２．０ｍｍ〜０．５ｍｍ程度）の予備粉砕物Ｂ１にする予備粉砕工程Ｐ１と、この予備粉砕工程Ｐ１で予備粉砕された予備粉砕物Ｂ１を所定の冷凍装置に装填して冷凍した上で微粉砕して所定の粒度（平均粒径略１００μm以下）の微粉砕物Ｂ２にする冷凍粉砕工程（微粉砕工程）Ｐ２と、この冷凍粉砕工程Ｐ２で得られた微粉砕物Ｂ２に所定の溶媒を添加して混練することにより混練物Ｂ３を得る混練工程Ｐ３と、この混練工程Ｐ３で得られた混練物Ｂ３を所定の型に装填した上で加圧する型込め工程Ｐ４と、型込めされて圧縮された圧縮物Ｂ４に加水分解（加溶媒分解（ソルボリシス））処理を施す加水分解工程（加溶媒分解工程）Ｐ５とからなり、各工程を順次実行することにより、木質バイオマスＢを有用物質である加水分解物（加溶媒分解物）Ｂ５に変換することができる。
【００３３】
上記木質バイオマスＢとしては、材木の製材屑、間伐材、紙などのパルプ製品の廃棄物、トウモロコシの茎等が採用される。かかる材料が原料として採用されるのは、これらは、通常、廃棄物として埋立て処理されたり焼却処理されるのであるが、これら木質バイオマスＢは、多糖類であるセルロースおよびヘミセルロース並びにフェニルプロパン系の化合物であるリグニンの３物質が主成分であり、いずれも安定した固体の高分子化合物であるが、所定の条件で加水分解処理することにより有用物質であるグルコース糖などの加水分解物Ｂ５に変換し得るからである。
【００３４】
そして、本発明においては、種々の試験の結果、木質バイオマスＢを微粉砕物Ｂ２にした上で混練工程Ｐ３および型込め工程Ｐ４を経て加水分解工程Ｐ５で所定の条件により圧縮物Ｂ４に対し加水分解処理を施すことにより、単糖類の一種であるグルコース糖が得られることをつきとめた結果、本発明に到達したのである。
【００３５】
かかる木質バイオマスＢは、まず予備粉砕工程Ｐ１において粒径が０．５ｍｍ以上、例えば略１．０ｍｍに予備粉砕されて予備粉砕物Ｂ１とされる。かかる予備粉砕工程Ｐ１においては、ジョークラッシャーやウィリーミル等の市販の粗砕機が用いられる。
【００３６】
ついで、予備粉砕工程Ｐ１から導出された予備粉砕物Ｂ１は、冷凍粉砕工程Ｐ２において順次冷凍処理が施された後にロールミルや高速回転ミル等の微粉砕機によって１００μm以下、例えば略１０μｍ〜１００μｍに微粉砕されて微粉砕物Ｂ２とされる。
【００３７】
冷凍粉砕工程Ｐ２で予備粉砕物Ｂ１に対して冷凍処理が行われるのは、予備粉砕物Ｂ１の各粒子中に含まれている水分を冷凍して氷結させて固化し、これによって微粉砕処理を行い易くするためである。また、冷凍粉砕工程Ｐ２では、予備粉砕物Ｂ１に微粉砕処理を施すに先立って後に詳述する冷凍粉砕装置３０の装填室３６内が真空状態にされ、これによって微粉の飛散を防止するとともに、粉砕精度および粉砕効率を向上させるようにしている。
【００３８】
因みに、木質バイオマスＢがこのように微粉砕されるのは、全体としての木質バイオマスの表面積を大きくし、加水分解工程Ｐ５において木質バイオマス（圧縮物Ｂ４）の表面と分解液とがより多く接触し得るようにして化学反応速度を向上させるためである。こうすることによって木質バイオマスに対する加水分解処理の均一化および迅速化を図ることができる。
【００３９】
上記混練工程Ｐ３においては、１００μm以下に粒度調製された冷凍粉砕工程Ｐ２からの微粉砕物Ｂ２が、所定の分解液と混練されて混練物Ｂ３とされる。混練工程Ｐ３で使用される混練機は、通常の市販のものである。分解液としては、例えば、水やアルコール等の超臨界特性を発現し得るものが採用される。本実施形態においては水にアルコールを混入して得た、アルコール濃度が略９０％のアルコール水ＡＬが採用されている。かかるアルコール水ＡＬの１００重量部に対して略３００重量部の微粉砕物Ｂ２が混入され、かかる混入物を通常の市販の混練機に装填して混練することにより、ゾル状の混練物Ｂ３を得ることができる。
【００４０】
上記型込め工程Ｐ４においては、円筒状の所定の金型に混練工程Ｐ３で得られたゾル状の混練物Ｂ３が装填され、略３０００ｋｇ／ｃｍ²の圧力で押圧されて圧縮物Ｂ４とされる。混練物Ｂ３がこのような大きな圧力で押圧されるのは、つぎの加水分解工程Ｐ５においてアルコール水ＡＬを超臨界状態にするためである。そして、通常は非導電性である木質バイオマスは、予備粉砕工程Ｐ１〜混練工程Ｐ３を経て型込め工程Ｐ４において押圧された圧縮物Ｂ４にされることにより導電性が付与される。
【００４１】
上記加水分解工程Ｐ５においては、金型内に装填されて高圧で圧縮されている導電性化した圧縮物Ｂ４に所定の電圧および電流値の電力がパルス状で供給される。かかる電力の供給による通電で圧縮物Ｂ４内にジュール熱が発生し、圧縮物Ｂ４は所定の温度（例えば１８０℃〜４５０℃）にまで加熱される。本実施形態においては、圧縮物Ｂ４に周波数０．１Ｈｚ〜５００Ｈｚでピーク電流値が８００〜１０００Ａの所定のパルス幅を有するパルス電流を付与することによって上記ジュール加熱およびパルス放電エネルギー加熱が行われるようにしている。パルス電流が採用されるのは、圧縮物Ｂ４に断続的に所定周期で電流を与えることによってパルス放電エネルギーを発生させ、これによって圧縮物Ｂ４に対する均一迅速加熱を実現させるためである。
【００４２】
そして、圧縮物Ｂ４がこのような高温・高圧環境に置かれることにより、圧縮物Ｂ４中のアルコール水ＡＬが超臨界状態になり、これによる活性化で木質バイオマスに対する反応性が高まり、木質バイオマスが加水分解される。因みに、この加水分解においては、木質バイオマスの主な構成要素である三成分、すなわちセルロース、ヘミセルロースおよびリグニンの内のリグニンを除いた二成分（セルロースおよびヘミセルロース）が反応に与り、これらがグルコース糖などの単糖類に分解されることが試験の結果判明している。
【００４３】
以下、上記のような製造方法で用いられる分解物質の製造装置について説明する。本発明の製造装置１０は、図１に示すように、予備粉砕工程Ｐ１で使用される予備粉砕機２０と、冷凍粉砕工程Ｐ２で使用される冷凍粉砕装置３０と、混練工程Ｐ３で使用される混練機４０と、型込め工程Ｐ４および加水分解工程Ｐ５の二工程で共用して使用される加水分解装置５０とを備えて構成されている。
【００４４】
上記予備粉砕機２０は、本実施形態においては、高速回転している一対のローラ２１間に木質バイオマスＢを供給することにより破砕する反発式のものが採用されている。上記各ローラ２１の外周面には、周方向に等ピッチで径方向の外方に向かって突設された複数の反発板２２を有しており、木質バイオマスＢは、一対のローラ２１間を通過する間に各反発板２２に反発して切断され、予備粉砕物Ｂ１が排出されるようになっている。なお、予備粉砕工程Ｐ１で使用される予備粉砕機２０は、上記のような反発式のものに限定されるものではなく、市販の各種のものが使用可能である。
【００４５】
上記冷凍粉砕装置３０は、本発明独自のものが採用されている。この冷凍粉砕装置３０については、図２〜図３を基に後に詳述する。
【００４６】
上記混練機４０は、本実施形態においては、図１に示すようなものが採用されている。この混練機４０は、上面開口の容器からなる混練槽４１と、この混練槽４１内の内容物を攪拌して混練する混練羽根４２と、この混練羽根４２を中心軸回りに回転させる駆動モータ４３とを備えて構成されている。そして、かかる混練機４０において、アルコール水ＡＬを混練槽４１内に装填したのち駆動モータ４３の駆動で混練羽根４２を中心軸回りに回転させつつ、微粉砕物Ｂ２を混練槽４１内に供給することにより、両者が混合・混練されて混練物Ｂ３が得られるようになっている。
【００４７】
そして、混練物Ｂ３が得られると、混練槽４１の底部に設けられた導出管４４のバルブを開通させることにより、ゾル状になった混練物Ｂ３が外部に導出されるようになっている。なお、本発明は、混練機が上記のような混練羽根回転式のものであることに限定されるものではなく、振動式のものや攪拌式のものなど、通常市販の混練機を採用することができる。
【００４８】
上記加水分解装置５０は、本発明独自のものが採用されており、この加水分解装置５０については、図４および図５を基に後に詳述する。
【００４９】
図２は、冷凍粉砕装置３０の一実施形態を示す一部切欠き斜視図である。また、図３は図２に示す冷凍粉砕装置３０の断面図であり、（イ）は、予備粉砕物Ｂ１を装填するために蓋体が開けられた状態、（ロ）は、予備粉砕物Ｂ１が装填された後に蓋体が閉じられた状態をそれぞれ示している。
【００５０】
これらの図に示すように、冷凍粉砕装置３０は、所定厚み寸法を備えた耐圧仕様の円筒容器３１と、この円筒容器３１の底部開口を閉止した円形の底板３２と、同上部開口部分に同心で固定された環状天板３３と、この環状天板３３に着脱自在に装着される蓋体３４と、上記円筒容器３１の外周面を所定の離間寸法を備えて囲繞した環状ジャケット板３５とを備えた基本構成を有している。
【００５１】
上記円筒容器３１は、内部に木質バイオマスの予備粉砕物Ｂ１を装填するためのものであり、円筒容器３１の内周面と、底板３２の上面と、環状天板３３の下面とに包囲された空間に予備粉砕物Ｂ１を装填するための装填室３６が形成されている。環状天板３３の中央部には、予備粉砕物Ｂ１および微粉砕物Ｂ２を出し入れするための出入口３３ａが設けられ、この出入口３３ａを介して予備粉砕物Ｂ１を装填室３６内に装填するとともに、得られた微粉砕物Ｂ２を取り出すようにしている。
【００５２】
かかる環状天板３３には周方向に等ピッチで螺設された複数のボルト孔３３ｂが設けられている一方、上記蓋体３４には、上記各ボルト孔３３ｂに対応した貫通孔３４ａが貫設され、蓋体３４を環状のパッキン部材３７を介して環状天板３３に積層した状態でボルトＢｏを貫通孔３４ａを介してボルト孔３３ｂに螺着し締結することによって蓋体３４が環状天板３３に固定され、これによって出入口３３ａが閉止されるようになっている。
【００５３】
また、蓋体３４の中心位置には、空気孔３４ｂが穿設されているとともに、この空気孔３４ｂを囲むように空気導出管３４ｃが固定されている。空気導出管３４ｃには開閉バルブ３４ｄが介設され、この開閉バルブ３４ｄを開弁した状態で空気導出管３４ｃの先端開口を真空ポンプ３９に接続し、真空ポンプ３９を駆動することによって装填室３６内が真空状態になるようにしている。所定の真空度が得られると、開閉バルブ３４ｄが閉弁され、これによって装填室３６内の真空状態が維持される。
【００５４】
かかる真空操作は、装填室３６内に予備粉砕物Ｂ１が装填された直後に行われる。その理由は、装填室３６内に予備粉砕物Ｂ１が装填された状態で冷凍粉砕装置３０を揺動させることによる粉砕処理を施す場合に、装填室３６内に空気が存在すると、この空気による予備粉砕物Ｂ１の浮遊、飛散で粉砕効果が低下するが、かかる粉砕効率の低下を防止するためと、予備粉砕物Ｂ１の酸化による木質バイオマスの変質を防止するためである。
【００５５】
また、空気導出管３４ｃには着脱自在のカバー３４ｅが被せられ、蓋体３４にねじ止めで固定されるようになっている。かかるカバー３４ｅは、粉砕操作中の揺動で空気導出管３４ｃが異物と干渉して損傷するのを防止するためのものである。
【００５６】
上記環状ジャケット板３５は、内径が円筒容器３１の外径よりも大きく寸法設定されている。このような環状ジャケット板３５が、円筒容器３１と同心で底板３２および環状天板３３間に介設され、上下の周縁部が底板３２および環状天板３３に溶接され、これによって環状ジャケット板３５の内周面と円筒容器３１の外周面との間に冷媒が装填される環状冷媒空間３５ａが形成されている。
【００５７】
そして、環状ジャケット板３５の周面には、冷媒を環状冷媒空間３５ａ内に挿入するための冷媒挿入孔３５ｂが穿設されているとともに、この冷媒挿入孔３５ｂを取り囲むように冷媒挿入筒３５ｃが溶接で固定されている。この冷媒挿入筒３５ｃの外周面には雄ねじが螺設されており、この雄ねじに雌ねじの螺設されたキャップ３５ｄを螺着して締結することにより、環状冷媒空間３５ａ内が密閉状態になるようにしている。
【００５８】
かかるキャップ３５ｄ付きの冷媒挿入筒３５ｃにもカバー３５ｅがねじ止めで被せられるようになっている。このカバー３５ｅの機能は、先の空気導出管３４ｃ用のカバー３４ｅの機能と同様である。
【００５９】
また、環状ジャケット板３５の冷媒挿入筒３５ｃと反対側の周面には筒状の防爆弁３５ｆが取り付けられている。この防爆弁３５ｆは、環状冷媒空間３５ａ内が予め設定された定圧（設定圧力）になるように制御するためのものであり、環状冷媒空間３５ａ内が設定圧力を越えると開弁するようになっている。この防爆弁３５ｆによって環状冷媒空間３５ａ内が常に設定圧力になる。従って、環状冷媒空間３５ａ内が異常に高圧になって爆発するのが防止される。この防爆弁３５ｆにもカバー３５ｇが被せられている。
【００６０】
そして、本実施形態においては、冷媒としてドライアイスＤが採用されている。このドライアイスＤの所定量が開放された冷媒挿入筒３５ｃから環状冷媒空間３５ａ内に装填された後に冷媒挿入筒３５ｃにカバー３５ｅが螺着締結され、これによって装填室３６内に装填された予備粉砕物Ｂ１が略−８０℃にまで冷却されて凍結されるようになっている。
【００６１】
このような冷凍粉砕装置３０の装填室３６内には、予備粉砕物Ｂ１とともに直径が略８０ｍｍの鋼塊Ｓが装填され、冷凍粉砕装置３０が揺すられることによる予備粉砕物Ｂ１および鋼塊Ｓの揺動で、予備粉砕物Ｂ１が鋼塊Ｓの表面および装填室３６の内壁面に干渉し、これによって凍結状態の予備粉砕物Ｂ１が微粉砕されるようになっている。
【００６２】
そして、本実施形態においては、上記のような冷凍粉砕装置３０が揺動テーブル３８（図２）上に載置され、この揺動テーブル３８の駆動で揺すられるようになっている。
【００６３】
上記揺動テーブル３８は、平面視で正方形状を呈した基台３８ａと、この基台３８ａに４つのコイルばね３８ｂを介して支持された揺動板３８ｃとからなっている。基台３８ａには図略の駆動装置が内装されているとともに、この駆動装置と揺動板３８ｃとの間には図略の揺動アームが介設され、駆動装置の駆動による揺動アームの上下動しながら円運動する揺動動作で揺動板３８ｃが前後左右および上下に揺動するようになっている。
【００６４】
従って、かかる揺動テーブル３８の揺動板３８ｃ上に冷凍粉砕装置３０を載置した状態で駆動装置を駆動させることにより、冷凍粉砕装置３０は揺動板３８ｃとともに前後左右および上下に揺動し、これによって冷凍粉砕装置３０の装填室３６に装填されている予備粉砕物Ｂ１が微粉砕されることになる。
【００６５】
図４は、加水分解装置５０の一実施形態を示す側面視の断面図である。また、図５は、加水分解装置５０に使用される金型の一実施形態を示す分解斜視図である。まず、図４に示すように、加水分解装置５０は、内部に装填された混練機４０からの混練物Ｂ３に加水分解処理を施す金型５１と、この金型５１内に導入された混練物Ｂ３に圧力を加える加圧装置５５と、混練機４０からの混練物Ｂ３を金型５１内に送り込む混練物供給ポンプ５６と、金型５１を介して金型５１内の混練物Ｂ３に電力を供給する電源装置５７と、金型５１内に生成した加水分解物Ｂ５を取り出すために後述する外型５２を昇降させる外型昇降装置５８とを備えて構成されている。
【００６６】
上記金型５１は、円筒状の外型５２と、この外型５２の下部に内嵌される円柱状の下型５３と、同上部に摺接状態で嵌め込まれる円柱状の上型５４とからなっている。上記下型５３は、フロアＦに敷設された鉄筋コンクリート製の基礎５０ａの中央部の穴に下端部が嵌め込まれ、かかる下型５３の基礎５０ａから外部に突出している部分に外型５２が摺接状態で外嵌されるとともに、この外型５２に上型５４が上部から摺接状態で嵌挿されることによって金型５１が基礎５０ａに据え付けられ状態になっている。
【００６７】
そして、外型５２の内周面と、下型５３の上面と、上型５４の下面とに囲繞された空間によって、混練物Ｂ３を装填して加水分解処理を施すための処理室５１０が形成されている。
【００６８】
上記外型５２は、金属製の外型本体５２ａと、この外型本体５２ａの内周面に耐食性を有する非導電性材料がコーティングされることによって形成したコーティング層５２ｂとからなっている。本実施形態においては、上記外型本体５２ａは、ステンレススチールやインコネル（ニッケル合金）等の耐酸性に優れ、かつ、強靭な金属が採用されているとともに、上記コーティング層５２ｂは、強靭な合成樹脂材料であるポリテトラフルオロエチレンやシリコン（珪素樹脂）等が採用されている。
【００６９】
また、外型本体５２ａの外周面には、その略中央位置に全周に亘って径方向の外方に向けて突設されたフランジ５２ｃが設けられている。このフランジ５２ｃは、外型昇降装置５８によって外型５２を昇降させるときの被支持体として使用されるものである。
【００７０】
また、外型５２には、フランジ５２ｃより若干下方位置に混練物導入孔５２ｄが穿設されているとともに、この混練物導入孔５２ｄの点対称位置には空気抜き孔５２ｅが穿設されている。混練物導入孔５２ｄは、混練物Ｂ３を処理室５１０内に導入するためのものであり、空気抜き孔５２ｅは、処理室５１０内に混練物Ｂ３が導入されたときに処理室５１０内に予め存在していた空気を抜き出すためのものである。
【００７１】
上記下型５３には、その上面の中央位置と周面との間で連通した製品導出孔５３ａが設けられている。この下型５３は、処理室５１０内に生成した製品としての加水分解物Ｂ５を系外に導出するためのものであり、外型５２が下降位置に位置設定された状態ではその内周面が製品導出孔５３ａの出口を塞いで処理室５１０内の加水分解物Ｂ５の導出が阻止される一方、外型昇降装置５８の駆動で外型５２が上昇位置に位置設定された状態では製品導出孔５３ａは開通し、これによって処理室５１０内の加水分解物Ｂ５が製品導出孔５３ａを通って系外に導出されるようになっている。
【００７２】
また、下型５３には、図５に示すように、上半分の位置に周面が環状に凹設されることによって形成した二条の環状溝５３ｂが設けられている。これらの環状溝５３ｂは、弾力性を備えた材料からなるＯリング５１ａを嵌め込むためのものである。本実施形態においては、Ｏリング５１ａは強靭な合成樹脂材料であるポリテトラフルオロエチレンやシリコンさらにはカーボン等によって形成されている。かかるＯリング５１ａは、内径が環状溝５３ｂの溝底の径と略同一に寸法設定されているとともに、外径が下型５３の径より僅かに大きく寸法設定され、これによって外型５２が下型５３に外嵌された状態で、図４に示すように、圧縮弾性変形したＯリング５１ａの外周面が、外型５２の内周面に押圧状態で摺接るようになっている。
【００７３】
上記上型５４は、摺接状態で上下動可能に上方から外型５２に嵌挿されるように径寸法が設定されている。かかる上型５４は、上部の上型本体５４ａと、この上型本体５４ａの下面から同心で下方に向けて延設された、径寸法が上型本体５４ａのそれより若干小さい括れ部５４ｂと、下面が混練物Ｂ３に直接当接して混練物Ｂ３を押圧する押圧円盤５４ｃとからなっている。
【００７４】
上記上型本体５４ａには、図５に示すように、上記環状溝５３ｂと同様の上下二本の環状溝５４ｄが凹設されている。これらの環状溝５４ｄには、上記同様のＯリング５１ａが嵌め込まれる。かかるＯリング５１ａは、内径が環状溝５４ｄの溝底の径と略同一に寸法設定されているとともに、外径が上型本体５４ａの径より僅かに大きく寸法設定され、これによって上型５４が外型５２に嵌挿された状態で、図４に示すように、圧縮弾性変形したＯリング５１ａの外周面が、外型５２の内周面に押圧状態で摺接し、上記下型５３のＯリング５１ａとの協働によって処理室５１０の気密性が確実に確保され、内容物の隙間流出が防止される。
【００７５】
上記加圧装置５５は、金型５１を跨ぐようにフロアＦ上に立設された門形支持フレーム５０ｂの頂部に縦置きで固定された加圧シリンダ５５ａと、この加圧シリンダ５５ａから門形支持フレーム５０ｂの頂部を貫通して垂下されたピストンロッド５５ｂとを備えて構成されている。
【００７６】
上記ピストンロッド５５ｂの下端部は、同心で上型５４の上面に固定されている。従って、加圧装置５５の駆動によるピストンロッド５５ｂの加圧シリンダ５５ａからの出没動作によって上型５４は外型５２内で昇降し、下降したときには処理室５１０内の混練物Ｂ３を押圧して混練物Ｂ３に所定の圧力を付与するようになっている。本実施形態においては、混練物Ｂ３に５０〜３０００ｋｇ／ｃｍ²の圧力を付与するようにしている。
【００７７】
また、本実施形態においては、上型５４が最上昇位置に位置した状態では、押圧円盤５４ｃの下端縁部が外型５２の混練物導入孔５２ｄより僅かに上方に位置するように設定されている。こうすることによって、処理室５１０が必要最小限の容量になって処理室５１０に供給された混練物Ｂ３の空気との接触を最小限に抑えることが可能になり、空気が存在することによる混練物Ｂ３の酸化が抑制され、加水分解物Ｂ５の収率が向上する。
【００７８】
上記電源装置５７は、商用電源５７ａから受電した交流電力を所定の周波数の高圧電力に変換した上で、この高圧電流を下型５３および上型５４に供給するためのものである。本実施形態においては、電源装置５７によって商用電源５７ａからの交流電力が周波数略５００Ｈｚでピーク電流値が８００〜１０００Ａのパルス電流に変換するようにしている。かかる電源装置５７としては、特許第３１３２５６０号公報に記載されたものを好適品として挙げることができる。
【００７９】
そして、電源装置５７から引き出された第一リード線５７ｂが上型５４に接続されているとともに、同第二リード線５７ｃが下型５３に接続されている。従って、混練物Ｂ３が処理室５１０内に装填され、かつ、上型５４の下降により所定の圧力で押圧された状態で、電源装置５７に内装されている図略のスイッチ装置をオン操作することにより、上型５４の押圧円盤５４ｃの下面と下型５３の上面との間で混練物Ｂ３を通して電流が流れるため、混練物Ｂ３にはジュール熱が発生し、これによって混練物Ｂ３は内部から加熱されることになる。この場合における適切な圧力調整および温度調整は図略の所定の制御装置による制御によって実行される。
【００８０】
そして、所定の圧力の付与された混練物Ｂ３が処理室５１０内で加熱されることにより、圧力および温度がアルコール水ＡＬの超臨界状態の範囲内に移行すると、アルコール水ＡＬは気体と液体との中間的な挙動を示して極めて活性に富んだ状態になるため、これによって混練物Ｂ３中に含まれた木質バイオマスの三つの主な構成成分であるセルロース、ヘミセルロースおよびリグニンの内の特にセルロースおよびヘミセルロースが加水分解され、これによってグルコース糖などの単糖類が得られることになる。
【００８１】
上記外型昇降装置５８は、処理室５１０内に得られた加水分解物Ｂ５を抜き出すときに駆動されるものであり、基礎５０ａに立設された所定基数の昇降シリンダ５８ａと、この昇降シリンダ５８ａの頂部から出没するピストンロッド５８ｂとからなっている。かかる外型昇降装置５８は、ピストンロッド５８ｂの上端部が外型５２のフランジ５２ｃの下面に当接するように設置位置がレイアウト設定されている。
【００８２】
従って、処理室５１０内に加水分解物Ｂ５が生成した状態で外型昇降装置５８の駆動によってピストンロッド５８ｂを突出させることにより、フランジ５２ｃを介した外型５２の上昇で今まで閉止されていた製品導出孔５３ａの下流端開口が開放され、処理室５１０内の加水分解物Ｂ５は、この開放された製品導出孔５３ａから外部に導出されることになる。
【００８３】
以下、図６を基に必要に応じて図１〜図５を参照しながら加水分解装置５０の作用について説明する。図６は、加水分解装置５０の作用を説明するための説明図であり、（イ）は、加水分解装置５０の処理室５１０内に混練物Ｂ３が導入されつつある状態、（ロ）は、処理室５１０内に導入された混練物Ｂ３が上型５４の下降で加圧された状態、（ハ）は、外型昇降装置５８の駆動で外型５２が上昇された状態、（ニ）は、上型５４の下降で処理室５１０内の加水分解物Ｂ５が系外に導出されつつある状態をそれぞれ示している。
【００８４】
まず、図６の（イ）に示すように、上型５４が最上方位置に位置設定された状態で、混練物供給ポンプ５６を駆動することにより混練槽４１内の混練物Ｂ３を混練物導入孔５２ｄを介して加水分解装置５０の処理室５１０内に導入する。こうすることによって処理室５１０内の空気は混練物Ｂ３と置換されて空気抜き孔５２ｅから排出される一方、処理室５１０内には混練物Ｂ３が順次装填されていく。
【００８５】
ついで、処理室５１０内が混練物Ｂ３によって満量（混練物Ｂ３が混練物導入孔５２ｄのレベルを越えた量）になったことを確認した後、加圧装置５５の駆動でピストンロッド５５ｂを加圧シリンダ５５ａから突出させて上型５４を降下させる。こうすることによって上型５４の下面と混練物Ｂ３の液面との間に存在した空気が空気抜き孔５２ｅを通って外部に排出されるため、上型５４が下降した状態では、その下面と混練物Ｂ３の液面との間に空気層が存在しないで上型５４の下面が混練物Ｂ３の液面に直接当接した状態になっている。従って、以後の加水分解処理において、混練物Ｂ３が空気と接触することにより空気中の酸素に酸化されて加水分解処理に悪影響を及ぼすような不都合は回避される。
【００８６】
そして、引き続き加圧装置５５の駆動を継続して上型５４で混練物Ｂ３を予め設定された押圧力で押圧することにより、図６の（ロ）に示すように、混練物Ｂ３は、僅かではあるが減容して超臨界状態になり得る圧力が加えられる。
【００８７】
この状態で、電源装置５７からの高圧パルス電圧を下型５３および上型５４に印加する。こうすることによって下型５３および上型５４間には処理室５１０内の混練物Ｂ３を通して電流が流通し、電流が混練物Ｂ３内を流れることによるジュール熱の発生で混練物Ｂ３は内部加熱される。
【００８８】
そして、上記内部加熱で混練物Ｂ３が所定の温度を越え、これによって温度および圧力の双方が所定の範囲を越えることにより処理室５１０内のアルコール水ＡＬは活性化が進行した超臨界状態になり、この超臨界状態を所定時間継続させることにより、混練物Ｂ３中の木質バイオマスが加水分解してグルコース糖などの単糖類になる。
【００８９】
ついで、処理室５１０内での充分な加水分解反応の進行したことが確認された後、電源装置５７からの電力供給を停止し、引き続き外型昇降装置５８の駆動でピストンロッド５８ｂを突出させる。こうすることによって外型５２はフランジ５２ｃを介して上方に向けて移動し、図６の（ハ）に示すように、製品導出孔５３ａが外部に向かって開放された状態になる。
【００９０】
しかし、図６の（ハ）に示す状態では、外型５２が上昇することによって混練物導入孔５２ｄおよび空気抜き孔５２ｅの双方が処理室５１０の位置から上方に移動してしまい、処理室５１０内の加水分解物Ｂ５が製品導出孔５３ａを通って外部に排出され得ない状態になっている。
【００９１】
そこで、図６の（ニ）に示すように、加圧装置５５の駆動で上型５４が下降させられる。こうすることによって処理室５１０内の加水分解物Ｂ５が上型５４に押圧されて製品導出孔５３ａを通って系外に排出されることになる。そして、処理室５１０内の加水分解物Ｂ５が外部に排出された後、外型５２が下降されるとともに上型５４が上昇されて図６の（イ）に示す状態に戻される。
【００９２】
このような図６の（イ）〜（ニ）に示す一連の操作を繰り返すことにより、混練槽４１に貯留されている木質バイオマスの微粉砕物Ｂ２とアルコール水ＡＬとの混練物Ｂ３は、順次加水分解されて加水分解物Ｂ５になる。
【００９３】
以上詳述したように、本実施形態の加水分解物Ｂ５の製造方法は、木質バイオマスＢを予備粉砕して予備粉砕物Ｂ１にする予備粉砕工程Ｐ１と、この予備粉砕工程Ｐ１で得られた予備粉砕物Ｂ１を冷凍状態で微粉砕して微粉砕物Ｂ２にする冷凍粉砕工程Ｐ２と、この冷凍粉砕工程Ｐ２で得られた微粉砕物Ｂ２とアルコール水ＡＬとを混合・混練して混練物Ｂ３にする混練工程Ｐ３と、この混練工程Ｐ３で得られた混練物Ｂ３を金型５１の処理室５１０に型込めする型込め工程Ｐ４と、型込めされた圧縮物Ｂ４に対して圧縮物Ｂ４中のアルコール水ＡＬが超臨界状態になる圧力および温度を付与して加水分解を起させる加水分解工程Ｐ５とからなるものであり、本実施形態の加水分解物Ｂ５の製造装置１０は、冷凍粉砕工程Ｐ２で使用される予備粉砕機２０と、冷凍粉砕工程Ｐ２で使用される冷凍粉砕装置３０と、混練工程Ｐ３で使用される混練機４０と、型込め工程Ｐ４および加水分解工程Ｐ５で使用される加水分解装置５０とを備えてなるものである。
【００９４】
従って、かかる加水分解工程Ｐ５の製造方法および製造装置１０によれば、木質バイオマスＢの原料は、予備粉砕工程Ｐ１で予備粉砕機２０により一旦予備粉砕物Ｂ１にされた後に冷凍粉砕工程Ｐ２で冷凍粉砕装置３０により粉砕されて微粉砕物Ｂ２になることによって表面積が大きくなり、液体との接触面積が大きくなって加水分解処理が効率的に行われる。そして、かかる冷凍粉砕工程Ｐ２で得られた微粉砕物Ｂ２は、混練工程Ｐ３で混練機４０によりアルコール水ＡＬと混練されることにより、微粉状の木質バイオマスは、アルコール水ＡＬの作用を極めて受け易い状態の混練物Ｂ３になる。
【００９５】
このような混練物Ｂ３は、型込め工程Ｐ４で加水分解装置５０の金型５１の処理室５１０に装填された後、加水分解工程Ｐ５において、加圧装置５５の駆動で上型５４の下降により加圧されるとともに、電源装置５７から供給されるパルス電流によるジュール発熱で圧縮物Ｂ４中のアルコール水ＡＬが超臨界状態になるため、混練物Ｂ３中の木質バイオマスＢの構成成分であるセルロースやヘミセルロース等は、極めて反応性に富む超臨界状態のアルコール水ＡＬの作用を受けて加水分解し、グルコース糖のような単糖類になる。
【００９６】
そして、木質バイオマスＢの粉砕処理を、木質バイオマスＢを所定の粒度に予備粉砕する予備粉砕工程Ｐ１と、この予備粉砕工程Ｐ１で得られた予備粉砕物Ｂ１をさらに粉砕して微粉砕物Ｂ２にする冷凍粉砕工程Ｐ２とによって二段階で行うようにしているため、冷凍粉砕工程Ｐ２において粒度の揃った予備粉砕物Ｂ１を対象として冷凍粉砕工程Ｐ２において微粉砕処理を行うことが可能になり、粒度が不揃いの木質バイオマスＢを直接微粉砕する場合に比較し粉砕効率を向上させることができる。
【００９７】
また、超臨界状態になり得る溶媒としてアルコール水ＡＬを使用しているが、アルコール水ＡＬは加水分解に必須の液体である他、水およびアルコールの双方は超臨界状態になり易い性質を有しているため、アルコール水ＡＬを木質バイオマスＢの加水分解用の溶媒として好適に使用することができる。
【００９８】
また、加水分解工程Ｐ５においては、下型５３および上型５４を介して、外型５２の処理室５１０内の混練物Ｂ３に電源装置５７からの電流を通電し、これによるジュール熱で混練物Ｂ３を内部加熱するように構成しているため、従来の超臨界特性発生装置のような外部から混練物Ｂ３を加熱する加熱方式に比べて加熱処理が容易に行い得るようになるとともに、混練物Ｂ３に対する加熱処理のための設備コストおよび運転コストの低減化に寄与することができる。
【００９９】
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、以下の内容をも包含するものである。
【０１００】
（１）上記の実施形態においては、微粉砕物Ｂ２に添加する超臨界状態になり易い溶媒としてアルコール水ＡＬが使用されているが、本発明は、超臨界状態になり易い溶媒がアルコール水ＡＬであることに限定されるものではなく、水のみであってもよいし、アルコールのみであってもよい。また、アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等を好適に使用することができる。
【０１０１】
（２）上記の実施形態においては、冷凍粉砕工程Ｐ２において冷凍粉砕装置３０を用いて予備粉砕物Ｂ１を冷凍処理した状態で微粉砕するようにしているが、本発明は、予備粉砕物Ｂ１の微粉砕に際し、冷凍粉砕装置３０を用いることに限定されるものではなく、通常の微粉砕装置を採用してもよい。
【０１０２】
（３）上記の実施形態においては、混練機４０として混練槽４１と、この混練槽４１内に装填された微粉砕物Ｂ２およびアルコール水ＡＬを攪拌・混練する混練羽根４２とを備えたものを採用しているが、かかる混練機４０に代えて、筒体の中に同心でスクリュードライバーが内装された、いわゆる単軸式の捏和機を採用してもよい。
【０１０３】
（４）上記の実施形態においては、下型５３および上型５４に対して外型５２の絶縁性を確保するために、外型本体５２ａの内周面に非導電性材料からなるコーティング層５２ｂが積層されているが、こうする代わりに外型５２そのものをセラミック材料で形成してもよい。
【０１０４】
（５）上記の実施形態においては、冷凍粉砕装置３０の環状冷媒空間３５ａに冷媒としてドライアイスＤが装填されているが、本発明は冷媒がドライアイスＤであることに限定されるものではなく、液体酸素、液体窒素あるいはこれらの混合物である液体空気を冷媒として採用してもよい。
【０１０５】
（６）上記の実施形態においては、加溶媒分解として加水分解が採用されているが、本発明は、加溶媒分解が加水分解であることに限定されるものではなく、加アルコール分解であってもよいし、加フェノール分解であってもよく、さらにその他の溶媒を用いた加溶媒分解であってもよい。
【０１０６】
（７）上記の実施形態においては、外型本体５２ａの内周面に非導電性材料からなるコーティング層５２ｂを積層して下型５３と上型５４との間を絶縁状態にし、下型５３および上型５４に電源装置５７からの電力を供給することによって外型５２による短絡を防いだ上で処理室５１０内の混練物Ｂ３に電流を供給するようにしているが、こうする代わりに外型本体５２ａの内周面にコーティング層５２ｂを設けないで積極的に外型５２にパルス電流を流通させるようにし、これによる外型５２のジュール発熱およびパルス電流による放電エネルギーで外型５２を加熱するようにしてもよい。この場合、外型５２には、ステンレススチールやインコネル等の導電性を備えた強靭な材料を採用することが好ましい。
【０１０７】
（８）上記の実施形態において、混練工程Ｐ３で木質バイオマスの微粉砕物Ｂ２に微粉状の金属成分を混入して混練物Ｂ３の導電性をさらに高めるようにしてもよい。こうすることによって加水分解工程Ｐ５における木質バイオマスに対する導電性がより良好になり、超臨界特性の発現条件を容易に向上させることができる。
【０１０８】
【発明の効果】
請求項１および４記載の発明によれば、木質バイオマスの原料は、粉砕工程（粉砕装置）で粉砕されて微粉状原料になることによって表面積が大きくなるため、溶媒との接触面積が大きくなって加水分解処理を効率的に行うことができる。かかる粉砕工程（粉砕装置）で得られた微粉状原料は、混練工程で超臨界状態になり得る溶媒と混練されることにより、溶媒が超臨界状態になることによりその作用を受け易い状態にすることができる。このような混練物が、加水分解工程において、溶媒が超臨界状態に設定されるため、混練物中の木質バイオマスの構成成分であるセルロースやヘミセルロース等が溶媒の作用を受けて加水分解し、グルコース糖のような単糖類を得ることができる。
【０１０９】
このように、木質バイオマスを一旦微粉砕処理して微粉状原料とし、この微粉状原料と超臨界状態になり得る溶媒とを混練して混練物をつくり、この混練物を、溶媒が超臨界状態になる環境に置くことにより、溶媒の活性化によって木質バイオマスを容易に加水分解することができる。
【０１１０】
また、請求項１および４記載の発明によれば、混練物に通電するという簡単な操作によってジュール熱による内部加熱で混練物中の溶媒が超臨界状態になる温度を得ることができるため、従来の外部から混練物を加熱する加熱方式に比べて加熱処理が容易に行い得るようになるとともに、設備コストおよび運転コストの低減化に寄与することができる。
【０１１１】
請求項２および５記載の発明によれば、木質バイオマスを一旦予備粉砕工程（予備粉砕装置）で所定の粒度に粉砕した後、この工程で得られた予備粉砕物をさらに微粉砕工程で微粉砕する二段階処理が採用されているため、粒度の揃った予備粉砕物を対象として微粉砕処理を行うことが可能になり、粒度が不揃いの木質バイオマスを直接微粉砕する場合に比較し粉砕効率を向上させることができる。
【０１１２】
請求項３および６記載の発明によれば、水およびアルコールは、加水分解に必須の溶媒である他、超臨界状態になり易い性質を有しているため、これらのいずれか、あるいは混合物は、木質バイオマスの加水分解用の溶媒として好適に使用することができる。
【０１１３】
請求項７記載の発明によれば、粉砕物装填容器の中に密封状態で予備粉砕物および粉砕処理用粒状物を装填するとともに、ジャケット部材の冷媒収容空間に所定の冷媒を装填することにより、この冷媒の冷熱が粉砕物装填容器内の予備粉砕物に伝熱し、これによって予備粉砕物を低温で脆弱化することができる。従って、この状態で粉砕物装填容器を振動させたり揺動させることにより、内部の予備粉砕物は、硬質物や容器の内壁面との衝突によって破砕されて容易に微粉状のものにすることができる。
【０１１４】
そして、微粉砕装置には、可動部分が存在せず、しかも被粉砕物の低温脆弱化を利用するものであるため、従来の可動部分が存在する微粉砕装置に比べてその分設備コストを低減させた上で、充分な粉砕性能を得ることができる。
【０１１５】
請求項８記載の発明によれば、外型の中に混練物を装填した状態で加圧手段の駆動により上型を加圧することにより、外型内の混練物を上型を介して加圧することができる。そして、この加圧状態で電源装置からの電圧を上型および下型に印加することにより、外型は上型および下型に対して絶縁状態になるように構成されているため印加された電圧は外型によって短絡することはなく、結局上型および下型間で混練物を通って電流が流れることになり、この電流によってジュール熱が生じ、このジュール熱で混練物を内部加熱することができる。
【０１１６】
このように、上型および下型に対して絶縁状態になるように外型を構成することによって、簡単な構造で加圧状態の混練物に対して電流を供給することが可能になり、設備コストの低減化に貢献することができる。
【０１１７】
そして、上型および下型に対して絶縁状態になるように外型を構成するためには、外型の内周面に絶縁材料をコーティングしてもよいし（請求項９）、外型をセラミック材料によって形成してもよい（請求項１０）。こうすることによって外型の上型および下型に対する耐食性および絶縁性を容易に確保することができる。
【０１１８】
請求項１１記載の発明によれば、外型は、電流が供給されることにより発熱する材料によって形成されているため、電流が供給されることによる外型の発熱によって外型内に装填されている混練物を加熱することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る木質バイオマスを原料にして加水分解物を製造する方法の一実施形態を示す工程図である。
【図２】 冷凍粉砕装置の一実施形態を示す一部切欠き斜視図である。
【図３】 図２に示す冷凍粉砕装置の断面図であり、（イ）は、予備粉砕物を装填するために蓋体が開けられた状態、（ロ）は、予備粉砕物が装填された後に蓋体が閉じられた状態をそれぞれ示している。
【図４】 加水分解装置の一実施形態を示す側面視の断面図である。
【図５】 加水分解装置に使用される金型の一実施形態を示す分解斜視図である。
【図６】 加水分解装置の作用を説明するための説明図であり、（イ）は、加水分解装置の処理室内に混練物Ｂ３が導入されつつある状態、（ロ）は、処理室内に導入された混練物が上型の下降で加圧された状態、（ハ）は、外型昇降装置の駆動で外型が上昇された状態、（ニ）は、上型の下降で処理室内の加水分解物が系外に導出されつつある状態をそれぞれ示している。
【符号の説明】
ＡＬ アルコール水 Ｂｏ ボルト
Ｆ フロア Ｐ１ 予備粉砕工程
Ｐ２ 冷凍粉砕工程（微粉砕工程）
Ｐ３ 混練工程
Ｐ５ 加水分解工程（加溶媒分解工程）
Ｐ４ 型込め工程 Ｂ 木質バイオマス
Ｂ１ 予備粉砕物 Ｂ２ 微粉砕物
Ｂ３ 混練物 Ｂ４ 圧縮物
Ｂ５ 加水分解物 Ｓ 鋼塊
１０ 製造装置 ２０ 予備粉砕機
２１ ローラ ２２ 反発板
３０ 冷凍粉砕装置（微粉砕装置）
３１ 円筒容器
３２ 底板 ３３ 環状天板
３３ａ 出入口 ３３ｂ ボルト孔
３４ 蓋体 ３４ａ 貫通孔
３４ｂ 空気孔 ３４ｃ 空気導出管
３４ｄ 開閉バルブ ３５ 環状ジャケット板
３５ａ 環状冷媒空間 ３５ｂ 冷媒挿入孔
３５ｃ 冷媒挿入筒 ３５ｄ キャップ
３５ｆ 防爆弁
３４ｅ，３５ｅ，３５ｇ カバー
３６ 装填室 ３７ パッキン部材
３８ 揺動テーブル ３８ａ 基台
３８ｂ コイルばね ３８ｃ 揺動板
３９ 真空ポンプ
４０ 混練機（混練装置）
４１ 混練槽 ４２ 混練羽根
４３ 駆動モータ ４４ 導出管
５０ 加水分解装置 ５０ａ 基礎
５０ｂ 門形支持フレーム ５１ 金型
５１ａ Ｏリング ５２ 外型
５２ａ 外型本体 ５２ｂ コーティング層
５２ｃ フランジ ５２ｄ 混練物導入孔
５２ｅ 空気抜き孔 ５３ 下型
５３ａ 製品導出孔 ５３ｂ 環状溝
５４ｃ 押圧円盤 ５４ｄ 環状溝
５４ 上型 ５４ａ 上型本体
５４ｂ 括れ部 ５４ｃ 押圧円盤
５５ 加圧装置 ５５ａ 加圧シリンダ
５５ｂ ピストンロッド ５５ 上記加圧装置
５６ 混練物供給ポンプ ５７ａ 商用電源
５７ｂ 第一リード線 ５７ 電源装置
５８ 外型昇降装置 ５８ａ 昇降シリンダ
５８ｂ ピストンロッド ５１０ 処理室

Claims (11)

1. 木質バイオマスを原料にして加溶媒分解物質を製造する製造方法であって、木質バイオマスを微粉砕して微粉状原料にする粉砕工程と、微粉状原料と超臨界状態になり得る溶媒とを混練して混練物にする混練工程と、この混練工程で得られた混練物に対して上記溶媒が超臨界状態になる圧力および温度を付与して加溶媒分解を起させる加溶媒分解工程とからなり、
   上記加溶媒分解工程において、混練物に通電することによるジュール熱で混練物を加熱することを特徴とする木質バイオマスを原料にした分解物質の製造方法。
2. 上記粉砕工程は、木質バイオマスを所定の粒度に予備粉砕する予備粉砕工程と、この予備粉砕工程で得られた予備粉砕物をさらに粉砕して微粉状原料にする微粉砕工程とからなることを特徴とする請求項１記載の木質バイオマスを原料にした分解物質の製造方法。
3. 上記超臨界状態になり得る溶媒として水およびアルコールのいずれか一方または双方の混合物を使用することを特徴とする請求項１または２記載の木質バイオマスを原料にした分解物質の製造方法。
4. 木質バイオマスを原料にして加溶媒分解物質を製造する製造装置であって、木質バイオマスを微粉砕して微粉状原料にする粉砕装置と、微粉状原料と超臨界状態になり得る溶媒とを混練して混練物にする混練装置と、この混練装置で得られた混練物に対して上記溶媒が超臨界状態になる圧力および温度を付与して加溶媒分解を起させる加溶媒分解装置とからなり、
   上記加溶媒分解装置は、混練物に通電することによるジュール熱で混練物を加熱し得るように構成されていることを特徴とする木質バイオマスを原料にした分解物質の製造装置。
5. 上記粉砕装置は、木質バイオマスを所定の粒度に予備粉砕する予備粉砕装置と、この予備粉砕装置によって得られた予備粉砕物をさらに粉砕して微粉状原料にする微粉砕装置とからなることを特徴とする請求項４記載の木質バイオマスを原料にした分解物質の製造装置。
6. 上記超臨界状態になり得る溶媒は、水およびアルコールのいずれか一方または双方の混合物であることを特徴とする請求項４または５記載の木質バイオマスを原料にした分解物質の製造装置。
7. 上記微粉砕装置は、上記予備粉砕物および粉砕処理用の硬質物を密閉状態で収容する粉砕物装填容器と、この粉砕物装填容器の外面を覆うように付設されたジャケット部材とを備えて構成され、このジャケット部材と粉砕物装填容器との間に密閉状態で冷媒を収容する冷媒収容空間が形成されていることを特徴とする請求項５記載の木質バイオマスを原料にした分解物質の製造装置。
8. 上記加溶媒分解装置は、上記混練物が装填される筒状の外型と、この外型の底部に内嵌される下型と、上記外型に摺接状態で移動可能に嵌挿される上型と、上記外型に混練物が装填された状態で上型を加圧する加圧手段と、上記上型および下型を介して外型内に装填されている混練物に電流を供給する電源装置とを備え、上記外型は、上記上型および下型に対して絶縁状態になるように構成されていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載の木質バイオマスを原料にした分解物質の製造装置。
9. 上記外型の内周面には、絶縁材料がコーティングされていることを特徴とする請求項８記載の木質バイオマスを原料にした分解物質の製造装置。
10. 上記外型は、セラミック材料によって形成されていることを特徴とする請求項８記載の木質バイオマスを原料にした分解物質の製造装置。
11. 上記加溶媒分解装置は、上記混練物が装填される筒状の外型と、この外型の底部に内嵌される下型と、上記外型に摺接状態で移動可能に嵌挿される上型と、上記外型に混練物が装填された状態で上型を加圧する加圧手段と、上記外型に電流を供給する電源装置とを備え、上記外型は、電流が供給されることにより発熱する材料によって形成されていることを特徴とする請求項４乃至７のいずれかに記載の木質バイオマスを原料にした分解物質の製造装置。

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