JP5410627B2 - エタノール及び油の回収・製造方法 - Google Patents
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Description
。濃縮部では、濃縮糖化液の全糖濃度が100g/l以上300g/l以下の範囲に濃縮されると共に濃縮糖化液のpHが乳酸の濃縮により4.0近辺になることにより、生ごみ
を有効利用すると共に、酒製造で使用されているSaccharomyces cerevisiaeに属する酵母を用いても殺菌、pH調整および酵母への栄養源の添加等が不要であり、かつ、効率良くアルコールを生成することができるシステムが記載されている。
(1)家庭から出る生ゴミ、流通段階で廃棄される廃食品、給食や病院での廃食材のいずれかを含む食品廃棄物を破砕選別器を用いて砕き、固形分を残渣として除去後、糖化器にて酵素を添加することによりデンプンをブドウ糖にして水に溶ける状態にし、該糖化器の直後における糖化液の温度を28℃以上とし、3相式遠心分離装置にて、油分、水溶液分および固形分の3相に分離したうちの水溶液分のみを発酵工程に供給し、油分を回収し、前記3相式遠心分離装置の前段で、フィルター式の圧搾機、振動ふるい装置、パンチングメタル及び網を用いてプラスチック、紙、袋、割り箸、金属、甲殻類などの夾雑物を分離することを特徴とするエタノール及び油の回収・製造方法。
(2)前記糖化器に、酵素としてリパーゼを添加することにより固形物中に残留した油分を分解し、前記3相分離での回収油量を増加することを特徴とする(1)に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
(3)前記固3相式遠心分離装置で分離しなかった水溶液中に含まれる固形物を、メッシュが0.1mm〜10mmのスクリーンを用いて除去することを特徴とする(1)または(2)に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
(4)複数種類の糖分、塩分、SS分(懸濁固形物分)を含む前記糖化液の濃度を、Brix計(
屈折計)を用いて測定し、該濃度が規定値の範囲に制御することを特徴とする(1)〜(
3)のいずれか一項に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
(5)前記3相式遠心分離装置で固形分として分離した残渣を、食品廃棄物以外の廃棄物を焼却または溶融する廃棄物処理設備にて処理し、その際に発生する廃熱を回収した蒸気を、前記3相式遠心分離装置の後段の濃縮工程、蒸留工程に利用することを特徴とする(1)〜(4)のいずれか一項に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
(6)前記3相式遠心分離装置で固形分として分離した残渣中の水分を温風通気乾燥、好気発酵熱を用いた乾燥装置にて乾燥処理した後、焼却もしくは溶融処理することを特徴とする(1)〜(5)のいずれか一項に記載のエタノールおよび油の回収・製造方法。
(7)前記3相式遠心分離装置で固形分として分離した残渣を、嫌気発酵し、回収した可燃ガスを廃棄物の焼却もしくは溶融熱源、またはエタノールプラントの加熱蒸気源として用いることを特徴とする(1)〜(6)のいずれか一項に記載のエタノールおよび油の回収・製造方法。
(8)前記蒸留工程でエタノールと分離された水溶液を、前記糖化工程に用いる加水液として再利用し、残りの水溶液を廃棄物の焼却もしくは溶融工程で噴霧処理することを特徴とする(5)に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
(9)前記3相式遠心分離装置にて分離して得られた油分を油水分離、ろ過のいずれか若しくは双方の工程により処理した後に再生油燃料として利用することを特徴とする(1)〜(8)のいずれか一項に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
(10)前記再生油燃料を隣接する廃棄物を焼却または溶融する廃棄物処理設備の燃料として利用し、前記廃棄物処理設備で使用する化石燃料を削減することを特徴とする(1)〜(9)のいずれか一項に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
(11)前記3相式遠心分離装置にて分離して得られた油分をエステル交換反応、亜臨界処理、熱処理等によってバイオディーゼル燃料の原料として利用することを特徴とする(1)〜(9)のいずれか一項に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
(12)前記油分に混入している遊離脂肪酸を、触媒として濃硫酸を添加しアルコールと反応させることによりエステル化するか、もしくはイオン交換樹脂を触媒としてアルコールと反応させることによりエステル化し、遊離脂肪酸濃度を低減することを特徴とする(1)〜(11)のいずれか一項に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
(13)前記エステル交換および/または前記エステル化工程に用いるアルコールとして前記プロセスで精製したエタノールを用いることを特徴とする(11)または(12)に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
<作用>
(1)の発明によれば、食品廃棄物は一般に数%の油分を含み、配管閉塞や発酵阻害などの原因となるが、これを回避できる。回収した油分は、植物油を主成分とする高発熱量の燃料であり、燃料等に有効利用することができる。例えば糖化工程と発酵工程の間で水溶液分から3相分離により油分、及び固形分を分離回収し、液分を発酵部に送ることにより、糖化槽は高温で保持されるために、油の粘度が低く、回収が容易であること、後工程の発酵工程で油分がエタノール発酵をエタノール発酵を阻害するため、その阻害要因を事前に除去できること、以降の工程での配管閉塞を防止できることにより、メリットがより大きくなる。また、3相式遠心分離装置の前段で、フィルター式の圧搾機、振動ふるい装置、パンチングメタル及び網を用いてプラスチック、紙、袋、割り箸、金属、甲殻類などの夾雑物を分離するので破砕選別機では完全に除去することのできない夾雑物を分離することができる。
(2)の発明によれば、固形物に付着した油分や、固体状の油分を酵素としてリパーゼを添加することにより分解できるので、油の回収率を更に上げることが可能となる。
(3)の発明によれば、3相式遠心分離装置で分離しなかった固形物を、メッシュが0.1mm〜10mmのスクリーンを用いて除去するので後工程の濃縮、発酵、蒸留工程等の運転阻害要因とならない。
(4)の発明によれば、複数の種類の糖分、塩分、SS分(懸濁固形物分)等を含む前記糖化液の濃度を、Brix計(屈折計)を用いて測定・管理するので、複数原料の混合比率の調整や、糖化液の濃縮工程を設ける場合にはその濃縮度を変化させることにより、濃度管理を正確に行うことができる。それにより、発酵状況を安定的に継続することが可能となる。
(5)の発明によれば、前記3相式遠心分離装置や各部設けたスクリーン、脱水機等で固形分として分離した残渣を、食品廃棄物以外の廃棄物を焼却または溶融する廃棄物処理設備にて併せて処理し、その際に発生する廃熱を回収した蒸気を、前記3相式遠心分離装置の後段の濃縮工程、蒸留工程に利用することができる。廃棄物発電においては、蒸気の持つ熱エネルギーを利用し、電気に変換しているがその発電効率は高々35%程度と低く、その大部分は蒸気を水に凝縮するときに凝縮水として熱ロスする。しかしながら、本発明で濃縮や蒸留工程で必要な熱レベルは100℃程度であり、従来熱ロスするしかなかった廃熱を用いて、取り扱いが容易で保存のしやすい液体燃料として取り出すことが出来るのでエネルギー効率的に非常に優れている。
(6)の発明によれば、60℃以上の低レベル廃熱を用いた通気乾燥や、食品廃棄物中に含まれる微生物(新たに種菌を加えても当然良いが)の発酵熱を用いた好気乾燥を組み合わせることにより、外部燃料を新たに加えることなく、水分を大幅に低減することができる。よって、隣接した焼却もしくは溶融設備で新たな外部燃料を使用する必要が無く、また廃熱回収する蒸気比率を高くすることができる。
(7)の発明によれば、前記残渣を嫌気状態に保った状態で、食品廃棄物に含まれる微生物(新たに種菌を加えても当然良いが)の働きで、メタンを主成分とする可燃性ガスを回収することができる。この技術は、可溶化された原料を固形分濃度が10%程度で、35℃以上の温度に保持し、タンク内で攪拌することにより微生物の活動が活発化するが、本発明の残渣は既に可溶化しており、蒸留廃液等を添加することにより新たな水・燃料を加えることなく容易に発酵を行うことができる。また、回収したメタン等の可燃性ガスは、隣接した焼却もしくは溶融設備の外部燃料代替として用いることができる。更には、可燃ガスを用いた独立のガスエンジン発電機やガスタービン発電機、蒸気発生器による廃熱蒸気のスーパヒート等を用いることにより、所内の電力や蒸気の一部をまかなうことが可能となる。
(8)の発明によれば、蒸留廃液の一部を糖化工程に加水液として再利用することにより、廃液を少なくすることができ、更には糖化工程に必要な熱(60℃)をまかなうことができる。また、さらに廃液は有機分を含み処理せずそのまま廃水として流すことはできないが、隣接する焼却炉や溶融炉の高温部分に噴霧することにより、有機分は燃焼無害化することが可能となる。
(9)の発明によれば、前記3相式遠心分離装置にて分離して得られた油分を油水分離、ろ過のいずれか若しくは双方の工程により処理した後に再生油燃料として利用することができる。
(10)の発明によれば、前記再生油燃料を隣接する廃棄物を焼却または溶融する廃棄物処理設備の燃料として利用し、前記廃棄物処理設備で使用する化石燃料を削減する。また、焼却処理し、燃焼によって発生する廃熱を蒸気として回収後、蒸気タービンを用いて発電する時の例えば抽気蒸気を用いて、前記食品廃棄物の濃縮工程、蒸留工程に利用することができる。
(11)の発明によれば、前記3相式遠心分離装置にて分離して得られた油分は、植物油を主成分とする油であり、以下の処理を行うことによりディーゼル油相当として使用することが可能となることがわかった。(a)一つの方法はアルカリ処理法であり、KOH、NaOHを触媒として、アルコールを本発明で得られた原料である油分に添加することによって、脂肪酸とグリセリンに分解できる。(エステル交換反応)。得られた脂肪酸は、グリセリンとアルカリ触媒を除去した後、ディーゼル油相当として使用可能である。(b)もう一つの方法として亜臨界法がある。亜臨界法は、原料の油分を亜臨界状態にすることにより、油分は分解されてグリセリンと脂肪酸に分解される。この方法によれば原料が比較的汚い場合でも特段の前処理無く分解可能なことである。
(12)の発明によれば、本発明で得られた油分には遊離脂肪酸が混入しており、そのままではアルカリ触媒によってセッケンを生成するため、エステル交換反応を行う前に事前除去が必要である。濃硫酸を触媒としてアルコールと反応させることにより、遊離脂肪酸はエステル化することができる。そのうえで(14)で示すようにアルカリ触媒でアルコールと反応させることにより、セッケン成分を生じることなくディーゼル油を作ることができる。同様に、イオン交換樹脂を用いて遊離脂肪酸をエステル化することも可能である。また、イオン交換樹脂の組合せにより、エステル交換まで行うことも技術的には可能である。
(13)の発明によれば、食品廃棄物から製造されたエタノールをバイオディーゼル精製の副原料として用いることが可能となり、バイオマス由来の原料で全てディーゼル油を製造することが可能となる。
<第1の実施形態>
図1は、本発明のエタノール製造方法の第1の実施形態を例示する図である。
また、古米や木質系糖化物などの糖源を付加して、エタノール発酵を利用することが可能である。これは一般的なエタノール発酵において原材料費の半分を占めると言われる窒素源を安価に確保することができる。例えば、原料として、食品廃棄物に廃油を寒天状に固めたものや新聞紙に吸わせたものを加えて用い、糖化部で60℃以上の温度で12時間以上保持・攪拌することにより、従来回収できなかった廃油を食品廃棄物と同一の回収ルートに乗せることができ、回収の手間を大幅に省くことができ、回収率が大幅に向上する。さらに、糖化部で60℃以上の温度で12時間以上攪拌・保持することにより、新聞紙に溶け込んだ植物油は糖化液中に大部分が溶け出し、また寒天状に固めた油は60℃程度で液状に変換することができるので、以後の工程で簡単に油として回収することが可能となる。
で、油の回収率を更に上げることが可能となる。
<第2の実施形態>
図2は、本発明のエタノール製造方法の第2の実施形態を例示する図である。
び、スクリーン6を、発酵器8と蒸留器9の間に設置したものであり、固形分の一部を発酵器8に供給することにより発酵効率を向上させることができる。なお、糖化器3の直後における糖化液の温度は28℃以上であるので、油分の流動性を高めて分離回収を容易にすることができる。
<第3の実施形態>
図3は、本発明のエタノール製造方法の第3の実施形態を例示する図である。
とにより容易に処理することができるうえ、エタノール製造設備で必用な熱源として、ガス化溶融炉の発電に用いる抽気蒸気を用いることにより熱効率をたかめることができるので、ガス化溶融炉とエタノール製造設備を近接して設置する場合に極めて有用であり、今後のエタノール製造設備の計画を行ううえで将来性が期待される。
2 破砕選別器
3 糖化器
4 スクリーン
5 3相遠心分離装置
6 スクリーン
7 濃縮器
8 発酵器
9 蒸留器
10 膜分離器
11 エタノール
12 残渣(固形分)
13 油分
14 蒸気
15 ガス化溶融炉
16 廃液
17 再生油化処理
18 燃料化処理
Claims (13)
- 家庭から出る生ゴミ、流通段階で廃棄される廃食品、給食や病院での廃食材のいずれかを含む食品廃棄物を破砕選別器を用いて砕き、固形分を残渣として除去後、糖化器にて酵素を添加することによりデンプンをブドウ糖にして水に溶ける状態にし、該糖化器の直後における糖化液の温度を28℃以上とし、3相式遠心分離装置にて、油分、水溶液分および固形分の3相に分離したうちの水溶液分のみを発酵工程に供給し、油分を回収し、前記3相式遠心分離装置の前段で、フィルター式の圧搾機、振動ふるい装置、パンチングメタル及び網を用いてプラスチック、紙、袋、割り箸、金属、甲殻類などの夾雑物を分離することを特徴とするエタノール及び油の回収・製造方法。
- 前記糖化器に、酵素としてリパーゼを添加することにより固形物中に残留した油分を分解し、前記3相分離での回収油量を増加することを特徴とする請求項1に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
- 前記3相式遠心分離装置で分離しなかった水溶液中に含まれる固形物を、メッシュが0.1mm〜10mmのスクリーンを用いて除去することを特徴とする請求項1または請求項2に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
- 複数種類の糖分、塩分、SS分(懸濁固形物分)を含む前記糖化液の濃度を、Brix計(屈折
計)を用いて測定し、該濃度が規定値の範囲に制御することを特徴とする請求項1〜請求
項3のいずれか一項に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。 - 前記3相式遠心分離装置で固形分として分離した残渣を、食品廃棄物以外の廃棄物を焼却または溶融する廃棄物処理設備にて処理し、その際に発生する廃熱を回収した蒸気を、前記3相式遠心分離装置の後段の濃縮工程、蒸留工程に利用することを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか一項に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
- 前記3相式遠心分離装置で固形分として分離した残渣中の水分を温風通気乾燥、好気発酵熱を用いた乾燥装置にて乾燥処理した後、焼却もしくは溶融処理することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載のエタノールおよび油の回収・製造方法。
- 前記3相式遠心分離装置で固形分として分離した残渣を、嫌気発酵し、回収した可燃ガスを廃棄物の焼却もしくは溶融熱源、またはエタノールプラントの加熱蒸気源として用いることを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載のエタノールおよび油の回収・製造方法。
- 前記蒸留工程でエタノールと分離された水溶液を、前記糖化工程に用いる加水液として再利用し、残りの水溶液を廃棄物の焼却もしくは溶融工程で噴霧処理することを特徴とする請求項5に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
- 前記3相式遠心分離装置にて分離して得られた油分を油水分離、ろ過のいずれか若しくは双方の工程により処理した後に再生油燃料として利用することを特徴とする請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
- 前記再生油燃料を隣接する廃棄物を焼却または溶融する廃棄物処理設備の燃料として利用し、前記廃棄物処理設備で使用する化石燃料を削減することを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
- 前記3相式遠心分離装置にて分離して得られた油分をエステル交換反応、亜臨界処理、熱処理等によってバイオディーゼル燃料の原料として利用することを特徴とする請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
- 前記油分に混入している遊離脂肪酸を、触媒として濃硫酸を添加しアルコールと反応させることによりエステル化するか、もしくはイオン交換樹脂を触媒としてアルコールと反応させることによりエステル化し、遊離脂肪酸濃度を低減することを特徴とする請求項1〜請求項11のいずれか一項に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
- 前記エステル交換および/または前記エステル化工程に用いるアルコールとして前記プロセスで精製したエタノールを用いることを特徴とする請求項11または請求項12に記載のエタノール及び油の回収・製造方法。
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