JP4923649B2 - Plant biomass processing system using microwaves - Google Patents

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Description

本発明は、マイクロ波を利用して植物バイオマスを処理する処理システムに関する。   The present invention relates to a processing system for processing plant biomass using microwaves.

地球温暖化対策の一環として、バイオマスを燃料に用いた発電技術が知られている。バイオマスには、都市ごみ、食品残渣、下水汚泥等の産業系バイオマス、家畜糞尿等の動物系バイオマス、栽培植物、伐採木や農作物残渣等の植物系バイオマスがある。植物系バイオマスは、粉砕物もしくは加工物(炭化物、液化物、ガス化物など)を燃料として発電する。   As part of global warming countermeasures, power generation technology using biomass as fuel is known. Biomass includes industrial biomass such as municipal waste, food residue, sewage sludge, animal biomass such as livestock manure, plant biomass such as cultivated plants, felled trees and agricultural crop residues. Plant-based biomass generates electricity using pulverized material or processed material (carbonized material, liquefied material, gasified material, etc.) as fuel.

しかし、固体バイオマスは嵩高く、収集・運搬エネルギーが多く必要なため、大量に調達しなければならない場合や、遠方にて発電を実施する場合には、不向きである。これを解消するために、バイオマスの液化やガス化(エタノール化、DME化、水素化)の技術があるが、現状ではいずれも大規模な装置を必要としたり(エタノール化では培養装置など)、高コスト(DME化、水素化など)である。   However, since solid biomass is bulky and requires a large amount of energy for collection and transportation, it is unsuitable when a large amount must be procured or when power generation is performed at a distance. In order to solve this, there are technologies for liquefaction and gasification of biomass (ethanolification, DME, hydrogenation), but currently all of them require large-scale equipment (such as culture equipment for ethanolization) High cost (DME, hydrogenation, etc.).

また、各種バイオマスは様々な成分を含んでおり、それらの中には付加価値の高い精油成分も含まれているが、現状のバイオマスの利用方法では、それらの付加価値の高い成分も燃料として消費してしまっているか、あるいは燃料加工の際に消失(揮発、分解)して、全く利用されないでいる。   In addition, various biomass contains various components, and some of them contain essential oil components with high added value. However, in the current method of using biomass, these components with high added value are consumed as fuel. Or have disappeared (volatilized, decomposed) during fuel processing and are not used at all.

植物バイオマスから精油を抽出する方法としては、従来より、圧搾、水蒸気、熱水、有機溶媒やラード等による方法が実施されているが、圧搾では抽出効率が低くなり、水蒸気蒸留では抽出時間が長くかつエネルギー消費量が多くなり、熱水や有機溶媒による抽出では抽出時間が長い、或いは繁雑でかつエネルギー消費量も多いと言った課題がある。加熱手段として、水浴や電気ヒーターを用いた場合は、反応容器も加熱しなければならず、かつ反応物を期待する温度に過熱するためには加熱ロスを含めてそれ以上の温度設定にて加熱を行う必要があった。また、固体からの抽出である場合は、抽出効率を上げるために抽出対象物を細かく粉砕したり、或いは、長時間抽出反応を行うことが必要であった。また、抽出物が熱に弱い場合には、長時間の加熱により抽出物が分解、劣化するおそれがある。   As a method for extracting essential oil from plant biomass, methods such as pressing, steam, hot water, organic solvents, lard, etc. have been conventionally carried out. However, extraction efficiency is low in pressing, and extraction time is long in steam distillation. In addition, the energy consumption is increased, and extraction with hot water or an organic solvent has a problem that the extraction time is long or complicated and the energy consumption is large. When a water bath or electric heater is used as the heating means, the reaction vessel must also be heated, and heating at a higher temperature setting including heating loss is required to overheat the reaction product to the expected temperature. Had to do. In the case of extraction from a solid, it is necessary to finely pulverize the extraction target or to perform an extraction reaction for a long time in order to increase extraction efficiency. Further, when the extract is weak against heat, the extract may be decomposed and deteriorated by heating for a long time.

そこで、近年、マイクロ波を用いた抽出方法(特許文献1等)、マイクロ波を利用した加熱装置(特許文献2〜4)が提案されてきている。特許文献1は、粉砕した原料植物と抽出溶媒(水、多価アルコール)の混合物を、マイクロ波発生装置に囲まれたエンドレススクリューを備えたガラスチューブからなる装置の中でマイクロ波(1500W、2450MHz)を30秒間照射し、原料植物から植物抽出物を抽出する方法を開示している。   Therefore, in recent years, extraction methods using microwaves (Patent Document 1 and the like) and heating apparatuses using microwaves (Patent Documents 2 to 4) have been proposed. In Patent Document 1, a mixture of a pulverized raw material plant and an extraction solvent (water, polyhydric alcohol) is microwaved (1500 W, 2450 MHz) in an apparatus composed of a glass tube having an endless screw surrounded by a microwave generator. ) For 30 seconds to extract a plant extract from the raw plant.

また、特許文献2は、マイクロ波を利用して、カレー、ジャムのような流動性のある液体や、薬液等の液体を加熱する液体加熱装置を開示している。特許文献3は、被加熱物が加熱槽に搬入され搬出される際にマイクロ波電力の照射を断続させる必要がなくかつマイクロ波電力の漏洩を防止できるマイクロ波連続加熱装置を、特許文献4はさらに被加熱物へのマイクロ波電力の均一照射によって加熱物の品質向上を実現するためのマイクロ波連続加熱装置を開示している。
特開2004−089786号公報 特開平10−27685号公報 特開2003−100441号公報 特開2003−106773号公報
Patent Document 2 discloses a liquid heating apparatus that uses a microwave to heat a fluid liquid such as curry or jam, or a liquid such as a chemical liquid. Patent Document 3 discloses a microwave continuous heating apparatus that does not need to intermittently irradiate microwave power when an object to be heated is carried into and out of a heating tank and can prevent leakage of microwave power. Furthermore, the microwave continuous heating apparatus for implement | achieving quality improvement of a heating object by the uniform irradiation of the microwave electric power to a to-be-heated object is disclosed.
JP 2004-089786 A JP-A-10-27685 JP 2003-100441 A JP 2003-106773 A

上記の事情に鑑み、本発明者らは、マイクロ波照射により加熱することで、短時間で、省エネ、低コストにて植物バイオマスから精油を抽出する方法、装置(特願2005−258681)、さらに、マイクロ波による過剰な加熱を防止できる装置(特願2006−56429)を提案した。   In view of the above circumstances, the present inventors have heated, by microwave irradiation, a method, an apparatus (Japanese Patent Application No. 2005-258861) for extracting essential oil from plant biomass in a short time, energy saving and low cost, Proposed an apparatus (Japanese Patent Application No. 2006-56429) capable of preventing excessive heating by microwaves.

しかしながら、上記の抽出装置は、植物バイオマスと溶媒にマイクロ波を照射し加熱することで、抽出物を分解、劣化させることなく、精油を抽出できる点で優れているが、バッチ式の装置であるため処理能力に限界があった。   However, the above extraction apparatus is excellent in that it can extract essential oil without irradiating and heating the plant biomass and the solvent with microwaves without decomposing and degrading the extract, but it is a batch type apparatus. Therefore, the processing capacity was limited.

本発明は、大量の植物バイオマスの処理が可能で精油抽出操作を連続的に省エネルギーで実施できると共に、精油抽出残渣の有効利用をも図ることができる、マイクロ波を利用した植物バイオマス処理システムを提供することを課題とする。   The present invention provides a plant biomass processing system using microwaves that can process a large amount of plant biomass and can carry out essential oil extraction operations continuously with energy saving, and can also effectively use essential oil extraction residues. The task is to do.

前記課題を解決するため、本発明は次の手段をとるものである。   In order to solve the above problems, the present invention takes the following means.

すなわち、本発明は以下のとおりである。
(1)植物バイオマスを粉砕する粉砕装置と、
粉砕装置に接続され、マイクロ波加熱溶媒によって植物バイオマスから精油を抽出するマイクロ波抽出装置と、を備え、
マイクロ波抽出装置内に、植物バイオマスを搬送するスクリューコンベアを設け、該スクリューコンベアの一端側にマイクロ波照射部を配置して、マイクロ波による植物バイオマスの過剰加熱を防止する構成とし、前記スクリューコンベアのスクリュー軸を、空洞かつマイクロ波吸収性の少ない材料で形成したことを特徴とするマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。
)マイクロ波抽出装置には、溶媒凝縮装置及び精油回収装置が接続され、精油回収装置には、凝縮された溶媒分を前記抽出装置に戻す戻り管が備えられている前記(1)に記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。
)マイクロ波抽出装置には、溶媒が導入されるようになっている前記(1)または(2)に記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。
)抽出溶媒は、水である前記(1)〜()のいずれかに記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。
)植物バイオマスは、栽培系植物バイオマス又は廃棄物系植物バイオマスである前記(1)〜()のいずれかに記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。
)マイクロ波抽出装置内の温度は、溶媒の沸点以上200℃以下である前記(1)〜()のいずれかに記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。
)マイクロ波抽出装置には、精油抽出後の植物バイオマス残渣を炭化するマイクロ波加熱装置が接続され、該マイクロ波加熱装置内に、植物バイオマス残渣を搬送する搬送手段を設けた前記(1)〜()のいずれかに記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。
)マイクロ波加熱装置内の温度は、300〜1300℃である前記()に記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。
)マイクロ波抽出装置において用いられた精油抽出溶媒液を、エタノール発酵槽に導入し、エタノールを生産する前記(1)〜()のいずれかに記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。
That is, the present invention is as follows.
(1) a crusher for crushing plant biomass;
A microwave extractor connected to a crusher and extracting essential oil from plant biomass with a microwave heating solvent ,
A screw conveyor for conveying plant biomass is provided in the microwave extraction device, and a microwave irradiation unit is disposed on one end side of the screw conveyor to prevent overheating of the plant biomass by the microwave, and the screw A plant biomass processing system using microwaves, characterized in that the screw shaft of the conveyor is formed of a hollow material with low microwave absorption .
The (2) Microwave extraction device, solvent condenser and essential oils recovery devices are connected, the essential oil recovery apparatus, the return pipe for returning condensed solvent fraction to the extraction device is provided (1) Plant biomass processing system using the described microwave.
( 3 ) The plant biomass processing system using the microwave according to (1) or (2) , wherein a solvent is introduced into the microwave extraction device.
( 4 ) The plant biomass processing system using the microwave according to any one of (1) to ( 3 ), wherein the extraction solvent is water.
( 5 ) The plant biomass is a plant biomass processing system using a microwave according to any one of (1) to ( 4 ), wherein the plant biomass is a cultivation plant biomass or a waste plant biomass.
( 6 ) The plant biomass processing system using the microwave according to any one of (1) to ( 5 ), wherein the temperature in the microwave extraction apparatus is not lower than the boiling point of the solvent and not higher than 200 ° C.
( 7 ) The microwave extraction apparatus is connected to a microwave heating apparatus for carbonizing the plant biomass residue after extraction of the essential oil, and the microwave heating apparatus is provided with a conveying means for conveying the plant biomass residue (1) ) -Plant biomass processing system using the microwave according to any one of ( 6 ).
( 8 ) The plant biomass processing system using the microwave according to ( 7 ), wherein the temperature in the microwave heating apparatus is 300 to 1300 ° C.
( 9 ) Plant biomass treatment using the microwave according to any one of (1) to ( 8 ), wherein the essential oil extraction solvent solution used in the microwave extraction apparatus is introduced into an ethanol fermenter to produce ethanol. system.

請求項1に係る本発明によれば、マイクロ波被照射部を搬送式にし、マイクロ波による植物バイオマスの過剰加熱を防止するように構成しているので、大量の植物バイオマスを、マイクロ波を十分照射しながら連続的に処理することができる。   According to the first aspect of the present invention, the microwave irradiated portion is made to be a transportable type so as to prevent the plant biomass from being overheated by the microwave. It can be processed continuously with irradiation.

請求項に係る本発明によれば、植物バイオマスの搬送方向に沿ったベルトコンベア又はスクリューコンベアの途中部分をマイクロ波抽出装置内のマイクロ波照射域内に配置したので、植物バイオマスの局部加熱が無く、マイクロ波を均一に照射することができ、抽出物が分解、劣化するおそれがない。
According to this invention which concerns on Claim 1 , since the middle part of the belt conveyor or screw conveyor along the conveyance direction of plant biomass was arrange | positioned in the microwave irradiation area | region in a microwave extractor, there was no local heating of plant biomass. The microwave can be irradiated uniformly, and the extract is not likely to be decomposed or deteriorated.

請求項に係る本発明によれば、ベルトコンベア又はスクリューコンベアの一端側にマイクロ波照射部を配置することにより、粉砕された植物バイオマスは、直にマイクロ波が照射されて加熱された後、装置内を搬送されるので、植物バイオマスの加熱が速やかに行われ、しかも局部的加熱が無くマイクロ波を均一に照射することができ、抽出物が分解、劣化するおそれがない。
According to this invention which concerns on Claim 1 , after arrange | positioning a microwave irradiation part on the one end side of a belt conveyor or a screw conveyor, the pulverized plant biomass is directly irradiated with a microwave, and is heated, Since the inside of the apparatus is transported, the plant biomass is quickly heated, and there is no local heating, so that the microwave can be uniformly irradiated, and there is no possibility that the extract is decomposed or deteriorated.

請求項に係る本発明によれば、スクリュー軸は空洞で、かつ、マイクロ波吸収性の少ない材料で形成されているので、スクリュー軸を介してマイクロ波を抽出装置内に導くことができ、マイクロ波を効率よく植物バイオマスに照射することができる。
According to the present invention of claim 1 , since the screw shaft is hollow and is formed of a material having a low microwave absorption property, the microwave can be guided into the extraction device via the screw shaft, A plant biomass can be efficiently irradiated with a microwave.

請求項に係る本発明によれば、精油回収装置が凝縮溶媒を抽出装置内に戻す機能を備えているので、過加熱を避け適度な溶媒蒸気を保つことができ、精油の抽出及び回収をより迅速に行うことができる。
According to the second aspect of the present invention, since the essential oil recovery device has a function of returning the condensed solvent into the extraction device, it is possible to avoid overheating and maintain an appropriate solvent vapor, and to extract and recover the essential oil. It can be done more quickly.

請求項に係る本発明によれば、マイクロ波抽出装置には溶媒が導入されるようになっているので、植物バイオマス内蔵水で不足する水分を、外部から補うことにより、抽出操作の円滑化と溶媒不足による過剰加熱を防止することができる。
According to the third aspect of the present invention, since the solvent is introduced into the microwave extraction apparatus, the extraction operation can be facilitated by supplementing the water deficient with the water contained in the plant biomass from the outside. And overheating due to lack of solvent.

請求項に係る本発明によれば、抽出溶媒として水を使用すれば、より安価でより安全な処理システムを構築できる。
According to the present invention of claim 4 , if water is used as the extraction solvent, a cheaper and safer processing system can be constructed.

請求項に係る本発明によれば、栽培系植物バイオマス又は廃棄物系植物バイオマスを利用することにより、精油回収量が多くなる利点がある。
According to this invention which concerns on Claim 5 , there exists an advantage which essential oil recovery amount increases by utilizing cultivation plant biomass or waste plant biomass.

請求項に係る本発明によれば、抽出装置内を温度100〜200℃に保持することにより、精油を分解、劣化させることなく抽出を実施することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, extraction can be performed without decomposing and degrading the essential oil by keeping the inside of the extraction device at a temperature of 100 to 200 ° C.

請求項に係る本発明によれば、マイクロ波抽出装置には、精油抽出残植物バイオマスを炭化するマイクロ波加熱装置が接続されているので、抽出後の植物バイオマス残渣(従来の水蒸気蒸留法と違ってほぼ乾燥状態にできる)を炭化処理することにより、加熱も最小限にすることができ、省エネルギー化が図れると共に、揮発ガスや炭化物を燃料等として利用することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, since the microwave extraction apparatus is connected to the microwave extraction apparatus for carbonizing the essential oil extracted residual plant biomass, the extracted plant biomass residue (conventional steam distillation method and In contrast, the carbonization treatment (which can be almost dried) can minimize heating, save energy, and use volatile gas or carbide as fuel.

請求項に係る本発明によれば、抽出装置内を温度300〜1300℃に保持することにより、ガス化反応が進行するので、原料の熱変換効率を高めることができる。
According to the eighth aspect of the present invention, since the gasification reaction proceeds by maintaining the inside of the extraction apparatus at a temperature of 300 to 1300 ° C., the heat conversion efficiency of the raw material can be increased.

請求項に係る本発明によれば、マイクロ波抽出装置において用いられた精油抽出溶媒をエタノール発酵槽に導入することにより、溶媒水に溶解した糖類からエタノールを生産することができる。
According to this invention which concerns on Claim 9 , ethanol can be produced from the saccharide | sugar melt | dissolved in solvent water by introduce | transducing the essential oil extraction solvent used in the microwave extraction apparatus into an ethanol fermenter.

以下、本発明に係るマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システムの好ましい実施形態を挙げ、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a preferred embodiment of a plant biomass processing system using a microwave according to the present invention will be described and described in detail with reference to the drawings.

(実施形態1)
図1は本発明の実施形態1に係るマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システムの概略構成図である。本処理システムは、植物バイオマス1を粉砕する粉砕装置10と、粉砕装置10に接続され、マイクロ波加熱によって植物バイオマス1から精油を抽出するマイクロ波抽出装置12と、を備え、マイクロ波抽出装置12内に、植物バイオマスを搬送する搬送手段を設け、マイクロ波による植物バイオマスの過剰加熱を防止する構成となっている。植物バイオマスを搬送する搬送手段は、スクリューコンベア等が好ましく、植物バイオマスの搬送方向に沿ったスクリューコンベアをマイクロ波抽出装置12内のマイクロ波照射域内に配置し、マイクロ波照射部からマイクロ波を照射している
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a plant biomass processing system using microwaves according to Embodiment 1 of the present invention. The present processing system includes a pulverizing apparatus 10 that pulverizes plant biomass 1 and a microwave extraction apparatus 12 that is connected to the pulverizing apparatus 10 and extracts essential oil from the plant biomass 1 by microwave heating. Inside, a conveying means for conveying the plant biomass is provided to prevent the plant biomass from being overheated by the microwave. Conveying means for conveying the plant biomass, scan clew conveyor or the like are preferable, to place the scan clew conveyors along the transport direction of the plant biomass to microwave irradiation region of the microwave extraction device 12, the microwave irradiation unit Microwave irradiation .

図1に例示した処理システムに従い、まず、葉、実、枝等の植物バイオマス1を粉砕する。粉砕装置は、植物バイオマスを細かく粉砕する装置であれば、二軸カッター、ミルカッター等を単独で、或いは、組み合わせて使用することができる。   According to the treatment system illustrated in FIG. 1, first, plant biomass 1 such as leaves, fruits, branches, and the like is pulverized. As long as the pulverizer is an apparatus that finely pulverizes plant biomass, a biaxial cutter, a mill cutter, or the like can be used alone or in combination.

次いで、粉砕した植物バイオマスを、マイクロ波抽出装置12内に設置されたスクリューコンベア上に供給する。植物バイオマスは、それ自体水分を保有しているので(下表1参照)、この植物バイオマスの内蔵水を利用して精油を抽出することもできるが、マイクロ波抽出装置には、溶媒6が導入されるようになっているので、必要に応じて溶媒を添加して抽出することもできる。抽出溶媒6は、マイクロ波による局部的加熱を防止するため、スクリューに接触しない高さまで入れることが好ましい。
Next, the pulverized plant biomass is supplied onto a screw conveyor installed in the microwave extraction device 12. Since plant biomass itself retains moisture (see Table 1 below), it is possible to extract essential oil using the built-in water of this plant biomass, but solvent 6 is introduced into the microwave extraction device. Therefore, if necessary, it can be extracted by adding a solvent. In order to prevent local heating by microwaves, the extraction solvent 6 is preferably put to a height that does not contact the screw.

下表1は、各種植物バイオマスの水分含有量を示すデータであり、植物バイオマスは種類や部分によって異なるが、約30〜60質量%の水分を含有する。そのため、マイクロ波照射によって溶媒及び植物バイオマス表面の水分が加熱されると共に、植物バイオマス中に含まれる水分によって内部から加熱されることで、加熱溶媒によって植物バイオマス中の精油成分が効率よく抽出される。   Table 1 below is data showing the water content of various plant biomass, and the plant biomass contains about 30 to 60% by mass of water, although it varies depending on the type and part. Therefore, the moisture on the surface of the solvent and the plant biomass is heated by microwave irradiation, and the essential oil component in the plant biomass is efficiently extracted by the heating solvent by being heated from the inside by the moisture contained in the plant biomass. .

精油抽出時は、マイクロ波照射部11から抽出装置12内にマイクロ波を照射すると同時に、スクリューコンベアを一定速度で走行させて植物バイオマスを搬送するので、マイクロ波が植物バイオマス1に均一に照射される。抽出時の抽出装置12内の温度は、通常、溶媒の沸点以上200℃以下であるが、35℃〜160℃に保持されていることが好ましく、より好ましくは75℃〜120℃である。反応温度をこの範囲に保持することにより、抽出される精油成分の分解を防止し、抽出効率を高めることができる。抽出時間は、約30秒〜1時間、好ましくは約1分〜30分である。
At the time of essential oil extraction, the microwave is irradiated from the microwave irradiation unit 11 into the extraction device 12 and at the same time the plant conveyor is transported by moving the screw conveyor at a constant speed, so that the microwave is uniformly irradiated to the plant biomass 1. The The temperature in the extraction device 12 during extraction is usually not lower than the boiling point of the solvent and not higher than 200 ° C., but is preferably maintained at 35 ° C. to 160 ° C., more preferably 75 ° C. to 120 ° C. By maintaining the reaction temperature within this range, it is possible to prevent the extracted essential oil component from being decomposed and increase the extraction efficiency. The extraction time is about 30 seconds to 1 hour, preferably about 1 minute to 30 minutes.

マイクロ波抽出装置12には、溶媒凝縮装置15及び精油回収装置16が接続され、精油回収装置には、凝縮された溶媒分を前記抽出装置に戻す戻り管18が備えられている。マイクロ波照射時間の経過につれて、精油成分及び溶媒が蒸発し、蒸発管17を通して抽出装置12外に出た後、溶媒凝縮装置15で凝縮された溶媒と精油が、精油回収装置16に回収される。精油回収装置には戻り管18が備えられているので、精油回収装置に回収された精油と溶媒の量が、戻り管17の頂点とほぼ同じ高さになった時点で、精油回収装置16から溶媒が抽出装置12内に戻り、回収部水位と戻り管の出口位置高さが同じになると、大気圧が等しくなるので、水流が停止する。この操作は1回ないし複数回繰り返し行われる。植物バイオマスの搬送が終了した段階でマイクロ波の照射を停止し、抽出された精油成分を精油回収装置16に備え付けたコック等の開閉操作により回収する。溶媒蒸気凝縮装置15における冷媒の温度は、通常−20〜10℃とし、溶媒が水の場合は−10〜5℃の範囲とするのが好ましい。   A solvent condensing device 15 and an essential oil collecting device 16 are connected to the microwave extracting device 12, and the essential oil collecting device is provided with a return pipe 18 for returning the condensed solvent content to the extracting device. As the microwave irradiation time elapses, the essential oil components and the solvent evaporate and go out of the extraction device 12 through the evaporation tube 17, and then the solvent and the essential oil condensed by the solvent condensing device 15 are recovered by the essential oil recovery device 16. . Since the essential oil recovery device is provided with the return pipe 18, when the amount of the essential oil and the solvent recovered by the essential oil recovery device becomes substantially the same height as the top of the return pipe 17, the essential oil recovery device 16 When the solvent returns into the extraction device 12 and the recovery unit water level and the outlet position height of the return pipe become the same, the atmospheric pressure becomes equal, so the water flow stops. This operation is repeated once or several times. Microwave irradiation is stopped at the stage where the transfer of plant biomass is completed, and the extracted essential oil component is recovered by opening and closing operations such as a cock provided in the essential oil recovery device 16. The temperature of the refrigerant in the solvent vapor condensing device 15 is usually −20 to 10 ° C., and preferably in the range of −10 to 5 ° C. when the solvent is water.

植物バイオマスとしては、栽培系植物バイオマス及び廃棄物系植物バイオマスが、主に使用される。これらの植物バイオマスは1種又は2種以上を混合して用いることもできる。 栽培系植物バイオマスとしては、ユーカリ、ポプラ、ヤナギ、パームヤシ、マツ、スギ、クスノキ、ツバキ、ウツギ、エノキ、ラタン等の樹木バイオマスやサトウキビ、ミスカンタス、ナタネ、スイッチグラス、ソルガム、トウモロコシ等の草本バイオマス等の木や草の葉、実、枝、根などが挙げられる。樹種としては、フトモモ科、クスノキ科、ミカン科等が好ましく、フトモモ科ユーカリ属、フトモモ科Eugenia caryophylata、クスノキ科Cinnamomum cassia(カシア樹)、クスノキ科Aniba rosaeodora、クスノキ科Cinnamomum camphora var. glaucescens、クスノキ科Ocotea pretiosa (=O.cymbarum)、クスノキ科Cinnamomum comphora、クスノキ科Cinnamomum zeylanicum、フクロウソウ科ぺラルゴニウム属Pelargonium graveolensその他の亜種、ミカン科ビッターオレンジ樹Citrus aurantium amara、ミカン科Citrus aurantifolia、モクレン科Illicium verum、エゴノキ科Styrax tonkinensis、Styrax benzoinが挙げられる。   As plant biomass, cultivation plant biomass and waste plant biomass are mainly used. These plant biomass can also be used 1 type or in mixture of 2 or more types. Cultivation plant biomass includes tree biomass such as eucalyptus, poplar, willow, palm palm, pine, cedar, camphor, camellia, eel, enoki, and rattan, and herbaceous biomass such as sugar cane, miscantas, rapeseed, switchgrass, sorghum, and corn. Examples include trees, grass leaves, fruits, branches, and roots. As the tree species, the myrtaceae, camphoraceae, citrus, and the like are preferable. Ocotea pretiosa (= O.cymbarum), Cinnamomum comphora, Cinnamomum zeylanicum, Pelargonium graveolens, other subspecies, Citrus aurantium amara, Citrus aurantifollicum , Styrax tonkinensis, Styrax benzoin.

廃棄物系植物バイオマスとしては、木材、間伐材、伐採木、剪定枝、おがくず、樹皮、チップ、端材、流木、竹、笹、木質建築廃材等の林産系バイオマス;モミ殻、稲藁、麦藁、バガス、アブラヤシ(パーム油の原料)のヤシ殻等の農産系バイオマス;食品工場や外食産業から出る食品残渣等の食物系バイオマスなどが挙げられる。   Waste plant biomass includes forest biomass such as timber, thinned wood, felled trees, pruned branches, sawdust, bark, chips, edgewood, driftwood, bamboo, firewood, wooden building waste; fir shells, rice straw, wheat straw Agricultural biomass such as palm shells of bagasse and oil palm (raw material of palm oil); food biomass such as food residues from food factories and restaurants.

これらの植物バイオマスの中でも、精油含有量が多いという観点では、栽培系植物バイオマスや前記食物系バイオマスが好適で、成分の安定性では栽培系植物バイオマスが好適である。また、栽培系植物バイオマスの中でも、実や葉が好ましく、一般的には広葉樹より針葉樹が好ましい。   Among these plant biomass, from the viewpoint that the essential oil content is high, the cultivated plant biomass and the food-based biomass are suitable, and the cultivated plant biomass is suitable for the stability of the components. Further, among the cultivated plant biomass, fruits and leaves are preferable, and conifers are generally preferable to hardwoods.

抽出溶媒としては、水、エーテル類、メタノールやエタノールなどのアルコール類、酢酸エチル、ピリジン、テトラヒドロフラン、クロロホルム、アセトン等を挙げることができる。中でも、水は安価で、入手容易であり、スパーク時の引火性など安全性の面からも好ましい溶媒である。抽出溶媒の植物バイオマスに対する割合は特に限定されないが、植物バイオマス:溶媒=1:0.1〜1:5(質量/質量)とするのが好ましい。前記割合より抽出溶媒が少ない場合は精油の抽出効率が低下し、一方、多い場合は加熱に要するエネルギーが大きくなるため好ましくない。   Examples of the extraction solvent include water, ethers, alcohols such as methanol and ethanol, ethyl acetate, pyridine, tetrahydrofuran, chloroform, and acetone. Among them, water is a cheap solvent, is easily available, and is a preferable solvent from the viewpoint of safety such as flammability at the time of spark. The ratio of the extraction solvent to the plant biomass is not particularly limited, but is preferably set to plant biomass: solvent = 1: 0.1 to 1: 5 (mass / mass). When the amount of the extraction solvent is less than the above ratio, the extraction efficiency of the essential oil is lowered. On the other hand, when the amount is large, the energy required for heating increases, which is not preferable.

マイクロ波発生装置から照射するマイクロ波の出力や周波数、照射方法は、特に限定されるものではなく、反応温度が所定の範囲に保持できるよう電気的に制御すればよい。出力が低すぎる場合は溶媒蒸気発生量が少なくなり、出力が高すぎる場合はバイオマスの発火、溶媒の突沸や急激な蒸発が起こるため、電気的に制御しながら10W〜20kWの範囲とするのが好ましい。マイクロ波の周波数は0.5〜10GHzが好ましい。0.5GHz未満の周波数では溶媒分子が電界の向きに追従可能で加熱効率が悪く、又、10GHzを超える周波数では、バイオマス以外の材料まで加熱されてしまい効率的でない。マイクロ波の照射は連続照射、間欠照射のいずれの方法であってもよいが、電気的に制御しながら連続照射するのが好ましい。マイクロ波発振器としては、マグネトロン等のマイクロ波発振器や、固体素子を用いたマイクロ波発振器等を適宜用いることができる。   The output, frequency, and irradiation method of the microwave irradiated from the microwave generator are not particularly limited, and may be electrically controlled so that the reaction temperature can be maintained within a predetermined range. If the output is too low, the amount of solvent vapor generated will be small, and if the output is too high, biomass will ignite, bumping of the solvent and rapid evaporation will occur. Therefore, the electric control should be in the range of 10 W to 20 kW. preferable. The frequency of the microwave is preferably 0.5 to 10 GHz. If the frequency is less than 0.5 GHz, the solvent molecules can follow the direction of the electric field and the heating efficiency is poor. If the frequency exceeds 10 GHz, materials other than biomass are heated, which is not efficient. Microwave irradiation may be either continuous irradiation or intermittent irradiation, but it is preferable to perform continuous irradiation while being electrically controlled. As the microwave oscillator, a microwave oscillator such as a magnetron, a microwave oscillator using a solid element, or the like can be used as appropriate.

精油抽出後の植物バイオマスは乾燥状態にある。これを、マイクロ波抽出装置に接続された、精油抽出後の植物バイオマス残渣2を炭化するマイクロ波加熱装置22に導入し、マイクロ波を利用してさらに加熱処理してもよい。マイクロ波加熱装置内には、植物バイオマス残渣を搬送する搬送手段が設けられている。植物バイオマス残渣を搬送する搬送手段としては、スクリューコンベア等が好ましく、植物バイオマスの搬送方向に沿ったスクリューコンベアの途中部分をマイクロ波加熱装置22内のマイクロ波照射域内に配置し、マイクロ波照射部21よりマイクロ波を照射する。マイクロ波の照射条件は、抽出装置12の場合と同様である。加熱処理時は、マイクロ波照射部21から加熱装置22内にマイクロ波を照射すると同時に、スクリューを一定速度で駆動させて植物バイオマスを搬送するので、マイクロ波が植物バイオマス残渣に均一に照射される。炭化用加熱装置として、外熱式の連続式横型スクリュー式炭化炉を用い、加熱手段にマイクロ波を用いることもできる。   Plant biomass after extraction of essential oil is in a dry state. This may be introduced into a microwave heating device 22 that is connected to a microwave extraction device and carbonizes the plant biomass residue 2 after extraction of essential oil, and may be further heat-treated using microwaves. In the microwave heating apparatus, conveying means for conveying the plant biomass residue is provided. As the conveying means for conveying the plant biomass residue, a screw conveyor or the like is preferable, and a midway part of the screw conveyor along the conveying direction of the plant biomass is arranged in the microwave irradiation area in the microwave heating device 22, and the microwave irradiation unit 21 irradiates microwaves. The microwave irradiation conditions are the same as in the extraction device 12. At the time of heat treatment, the microwave irradiation unit 21 irradiates the microwave into the heating device 22 and simultaneously drives the plant biomass by driving the screw at a constant speed, so that the microwave is uniformly irradiated to the plant biomass residue. . As the heating device for carbonization, an external heating type continuous horizontal screw type carbonization furnace can be used, and microwaves can be used as the heating means.

植物バイオマス残渣加熱時の加熱装置22内の温度は、植物バイオマスの種類等によって炭化に相応しい温度が異なるため、特に限定されないが、原料のガス化反応が進行すると共に、燃料比の高い炭化物5が得られ、原料の熱変換効率を高めることができる点より、300℃〜1300℃に保持されていることが好ましく、より好ましくは700℃〜1300℃である。加熱時間は、約10分〜10時間、好ましくは約1〜4時間である。加熱処理時には、CH、CO、H等の揮発性ガス4が発生するので、これらの揮発性ガスを捕集することにより、燃料や原料ガスとして利用することができる。 The temperature in the heating device 22 at the time of heating the plant biomass residue is not particularly limited because the temperature suitable for carbonization varies depending on the type of plant biomass and the like, but the gasification reaction of the raw material proceeds and the carbide 5 having a high fuel ratio is generated. It is preferable that it is hold | maintained at 300 to 1300 degreeC from the point which can improve the heat conversion efficiency of the raw material obtained, More preferably, it is 700 to 1300 degreeC. The heating time is about 10 minutes to 10 hours, preferably about 1 to 4 hours. During the heat treatment, volatile gas 4 such as CH 4 , CO, H 2, etc. is generated. By collecting these volatile gases, they can be used as fuel or raw material gas.

一方、植物バイオマス抽出装置12において用いられた溶媒3は、通常、植物バイオマスから溶出した6炭糖、5炭糖等の単糖類、デンプン等を約5〜30質量%含有するので、これらの溶出成分を含有する溶媒液をエタノール発酵槽に導入し、酵母や菌を添加し発酵させてエタノールを生産することができる。前記の溶媒液には、植物バイオマスの内蔵水や付着水も含まれている。   On the other hand, the solvent 3 used in the plant biomass extractor 12 normally contains about 5 to 30% by mass of monosaccharides such as hexoses and pentoses eluted from plant biomass, starch and the like. A solvent solution containing the components can be introduced into an ethanol fermentation tank, and yeast and fungi can be added and fermented to produce ethanol. The above-mentioned solvent liquid also contains plant biomass built-in water and adhering water.

エタノール発酵槽に添加できる菌としては、Saccharomyces cerevisiaeやSaccharomyces kluyveriなどのサッカロマイセス属に属する酵母等や、Zymomonas mobilis などのザイモモナス属に属するアルコール発酵菌等や、Mucor javanicusなどのアミロ菌等、アルコール発酵産業において通常使用される酵母が挙げられる。発酵時間は特に限定されないが、約10〜100時間、好ましくは約20〜60時間である。   Bacteria that can be added to ethanol fermenters include yeasts belonging to the genus Saccharomyces such as Saccharomyces cerevisiae and Saccharomyces kluyveri, alcohol-fermenting bacteria belonging to the genus Zymomonas such as Zymomonas mobilis, and amylos such as Mucor javanicus. And yeasts commonly used in The fermentation time is not particularly limited, but is about 10 to 100 hours, preferably about 20 to 60 hours.

また、本実施形態では、バイオマス粉砕装置10を、バイオマス抽出装置12の上部に接続し、粉砕された植物バイオマスがスクリューコンベア19の上に連続的に供給可能な構成となっている。従って、本実施形態によれば、粉砕後、揮発しやすい成分をロスすることなく抽出装置に導入することができ、また、葉など水分量が多くやわらかく供給部につまりやすいバイオマスの場合も、円滑に供給することが出来る利点がある。
In the present embodiment, the biomass pulverization apparatus 10 is connected to the upper part of the biomass extraction apparatus 12 so that the pulverized plant biomass can be continuously supplied onto the screw conveyor 19 . Therefore, according to the present embodiment, after pulverization, components that easily volatilize can be introduced into the extraction apparatus without loss, and in the case of biomass that has a large amount of moisture such as leaves and is easily clogged in the supply unit, There is an advantage that can be supplied to.

また、本実施形態では、マイクロ波照射部を、搬送手段であるベルトコンベアの一端側に配置した構成となっている。従って、本実施形態によれば、マイクロ波の直進性を生かし、抽出装置12の奥部までマイクロ波を照射することができる利点がある。
Moreover, in this embodiment , it has the structure which has arrange | positioned the microwave irradiation part to the one end side of the belt conveyor which is a conveyance means. Therefore, according to the present embodiment, there is an advantage that the microwave can be irradiated to the inner part of the extraction device 12 by utilizing the straightness of the microwave.

また、本実施形態では、マイクロ波照射部を、搬送手段であるスクリューコンベアの一端側に配置した構成となっている。
Moreover, in this embodiment, it has the structure which has arrange | positioned the microwave irradiation part to the one end side of the screw conveyor which is a conveyance means.

本実施形態において、スクリュー軸19を空洞にし、かつ、マイクロ波吸収性の少ない材料で形成し、スクリュー軸をマイクロ波導管として利用することが好ましい。該スクリュー軸を介してマイクロ波を伝達することにより、マイクロ波を抽出装置12の奥部まで伝達することで、植物バイオマスに効率よく照射することが可能になる。   In the present embodiment, it is preferable that the screw shaft 19 is hollow and formed of a material having a low microwave absorbability, and the screw shaft is used as a microwave conduit. By transmitting microwaves through the screw shaft, it is possible to efficiently irradiate the plant biomass by transmitting the microwaves to the inner part of the extraction device 12.

上記のスクリュー軸19は、マイクロ波吸収性の少ない材料で構成されているので、このスクリュー軸への入射、軸内での反射、軸外への出射を繰り返しながら、マイクロ波がスクリュー上の植物バイオマスまで伝達される。スクリュー軸の材質は、特に限定されるものではなく、マイクロ波を透過する材質であれば、テトラフルオロエチレン(TFE)樹脂、ポリフェニレンサルファイド(PPS)樹脂、ポリフェニレンサルフォン(PPSU)樹脂、ポリアリレート(PAR)樹脂、ポリサルフォン(PSF)樹脂、ポリエーテルサルフォン(PES)樹脂、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂、ポリアミドイミド(PAI)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、液晶ポリエステル(LCP)樹脂、液晶ポリマー(LCP)樹脂、ポリアセタール(POM)樹脂、ポリアミド(PA)樹脂、ポリブチレンテレフタレート(PBT)樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の耐熱性樹脂等を用いることができる。   Since the screw shaft 19 is made of a material having low microwave absorption, the microwaves are repeatedly planted on the screw while repeatedly entering the screw shaft, reflecting inside the shaft, and emitting outside the shaft. It is transmitted to biomass. The material of the screw shaft is not particularly limited, and tetrafluoroethylene (TFE) resin, polyphenylene sulfide (PPS) resin, polyphenylene sulfone (PPSU) resin, polyarylate (polyarylate) can be used as long as the material transmits microwaves. PAR) resin, polysulfone (PSF) resin, polyethersulfone (PES) resin, polyetherimide (PEI) resin, polyamideimide (PAI) resin, polyetheretherketone (PEEK) resin, liquid crystal polyester (LCP) resin, A heat-resistant resin such as a liquid crystal polymer (LCP) resin, a polyacetal (POM) resin, a polyamide (PA) resin, a polybutylene terephthalate (PBT) resin, a polycarbonate (PC) resin, or a modified polyphenylene ether resin can be used.

搬送手段の一端部に配置したマイクロ波照射部11から照射されたマイクロ波は、照射部11に近い植物バイオマスには照射されるものの、抽出装置12の出口に行くに従い植物バイオマスに届き難い。本実施形態に例示するように、スクリュー軸を介してマイクロ波を伝達することで、照射部11から離れた植物バイオマスにもマイクロ波が届くようになり、精油の抽出効率が向上する。   Although the microwave irradiated from the microwave irradiation part 11 arrange | positioned at the one end part of a conveyance means is irradiated to the plant biomass near the irradiation part 11, it is hard to reach plant biomass as it goes to the exit of the extraction apparatus 12. FIG. As illustrated in the present embodiment, by transmitting the microwave through the screw shaft, the microwave can reach the plant biomass away from the irradiation unit 11 and the extraction efficiency of the essential oil is improved.

本発明のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システムにより、植物バイオマスから様々な精油を抽出し、それを製薬、化粧品、食品、芳香剤、染色剤などの様々な産業分野で利用することが可能となる。また、抽出後の植物バイオマスは、燃料として利用することができる。さらに、抽出溶媒からエタノールを生産することもできる。   With the plant biomass processing system using the microwave of the present invention, it is possible to extract various essential oils from plant biomass and use them in various industrial fields such as pharmaceuticals, cosmetics, foods, fragrances, and dyes. Become. Moreover, the plant biomass after extraction can be utilized as a fuel. Furthermore, ethanol can also be produced from the extraction solvent.

本発明の実施形態1に係る処理システムの概略を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline of the processing system which concerns on Embodiment 1 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 植物バイオマス
2 乾燥バイオマス残渣
3 溶媒
4 揮発性ガス
5 炭化物
6 溶媒
10 粉砕装置
11 マイクロ波照射部
12 マイクロ波抽出装置
13 エンドレスベルト
14a,14b 搬送装置
15 溶媒凝縮装置
16 精油回収装置
17 蒸発管
18 戻り管
19 スクリュー軸
21 マイクロ波照射部
22 マイクロ波加熱装置
31 エタノール発酵槽
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plant biomass 2 Dry biomass residue 3 Solvent 4 Volatile gas 5 Carbide 6 Solvent 10 Grinding device 11 Microwave irradiation part 12 Microwave extraction device 13 Endless belt 14a, 14b Conveyance device 15 Solvent condensing device 16 Essential oil collection device 17 Evaporating tube 18 Return pipe 19 Screw shaft 21 Microwave irradiation unit 22 Microwave heating device 31 Ethanol fermentation tank

Claims (9)

植物バイオマスを粉砕する粉砕装置と、
粉砕装置に接続され、マイクロ波加熱溶媒によって植物バイオマスから精油を抽出するマイクロ波抽出装置と、を備え、
マイクロ波抽出装置内に、植物バイオマスを搬送するスクリューコンベアを設け、該スクリューコンベアの一端側にマイクロ波照射部を配置して、マイクロ波による植物バイオマスの過剰加熱を防止する構成とし、前記スクリューコンベアのスクリュー軸を、空洞かつマイクロ波吸収性の少ない材料で形成したことを特徴とするマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。
A crusher for crushing plant biomass;
A microwave extractor connected to a crusher and extracting essential oil from plant biomass with a microwave heating solvent ,
A screw conveyor for conveying plant biomass is provided in the microwave extraction device, and a microwave irradiation unit is disposed on one end side of the screw conveyor to prevent overheating of the plant biomass by the microwave, and the screw A plant biomass processing system using microwaves, characterized in that the screw shaft of the conveyor is formed of a hollow material with low microwave absorption .
マイクロ波抽出装置には、溶媒凝縮装置及び精油回収装置が接続され、精油回収装置には、凝縮された溶媒分を前記抽出装置に戻す戻り管が備えられている請求項に記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。 The microwave extraction device, solvent condenser and essential oils recovery devices are connected, the essential oil recovery system, a microwave according to claim 1, return pipe for returning condensed solvent fraction to the extraction device is provided Plant biomass processing system using マイクロ波抽出装置には、溶媒が導入されるようになっている請求項1または2に記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。 The plant biomass processing system using a microwave according to claim 1 or 2 , wherein a solvent is introduced into the microwave extraction device. 抽出溶媒は、水である請求項1〜のいずれかに記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。 The plant biomass processing system using a microwave according to any one of claims 1 to 3 , wherein the extraction solvent is water. 植物バイオマスは、栽培系植物バイオマス又は廃棄物系植物バイオマスである請求項1〜のいずれかに記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。 The plant biomass processing system using a microwave according to any one of claims 1 to 4 , wherein the plant biomass is a cultivation plant biomass or a waste plant biomass. マイクロ波抽出装置内の温度は、溶媒の沸点以上200℃以下である請求項1〜のいずれかに記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。 The plant biomass processing system using a microwave according to any one of claims 1 to 5 , wherein the temperature in the microwave extraction apparatus is not lower than the boiling point of the solvent and not higher than 200 ° C. マイクロ波抽出装置には、精油抽出後の植物バイオマス残渣を炭化するマイクロ波加熱装置が接続され、該マイクロ波加熱装置内に、植物バイオマス残渣を搬送する搬送手段を設けた請求項1〜のいずれかに記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。 The microwave extraction device, is connected to a microwave heating apparatus for carbonizing the plant biomass residue after the essential oil extraction, in the microwave heating in the apparatus, according to claim 1 to 6 provided with a conveying means for conveying the plant biomass residues The plant biomass processing system using the microwave in any one. マイクロ波加熱装置内の温度は、300〜1300℃である請求項に記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。 The plant biomass processing system using a microwave according to claim 7 , wherein the temperature in the microwave heating device is 300 to 1300 ° C. マイクロ波抽出装置において用いられた精油抽出溶媒液を、エタノール発酵槽に導入し、エタノールを生産する請求項1〜のいずれかに記載のマイクロ波を利用した植物バイオマス処理システム。
The plant biomass processing system using the microwave according to any one of claims 1 to 8 , wherein the essential oil extraction solvent solution used in the microwave extraction apparatus is introduced into an ethanol fermentation tank to produce ethanol.
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