JP6190082B1 - 生成物の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、植物性廃棄物を含む原料を加水分解処理し、生成物を製造する生成物の製造方法であって、原料を蒸気により加水分解する加水分解処理工程と、加水分解処理された原料を洗浄液で洗浄する洗浄工程と、洗浄された原料を固形分と液体分とに分離する固液分離工程と、を含み、固形分又は液体分の少なくとも一方を生成物とするものである。本発明は、植物性廃棄物を含む原料を加水分解処理し、生成物を製造する生成物の製造装置であって、原料を蒸気により加水分解処理する加水分解処理装置と、加水分解処理された原料を洗浄液で洗浄する洗浄装置と、洗浄された原料を固形分と液体分とに分離する固液分離装置と、を備えるものである。本発明により、植物性廃棄物原料から生成物を短時間で製造できる生成物の製造方法及び製造装置を提供することができる。

Description

本発明は、生成物の製造方法及び製造装置に関する。

従来、植物性廃棄物、例えば、（ａ）過剰生産による廃棄野菜、野菜クズ、カット野菜クズ、おから、街路樹の伐採枝葉、間伐材、おが屑、麦わら、稲わら、籾殻などの農作物及び農作物加工品残渣、（ｂ）焼酎絞り粕、清酒絞り粕、果実酒絞り粕、醤油絞り粕、茶葉、果実ジュース絞り粕などの飲料品残渣、（ｃ）パームヤシの実からパーム油を搾油した後の残渣であるＥＦＢ（Ｅｍｐｔｙ Ｆｒｕｉｔ Ｂｕｎｃｈ：空果房）などは、乾燥、焼却、埋立てなどの方法で処分されていた。

近年、これらの植物性廃棄物を再利用するために、植物性廃棄物を酵素により加水分解処理して、有機酸を製造する有機酸の製造方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２０１３−２３０１４２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の製造方法では、酵素を用いて植物性廃棄物を加水分解処理するため、加水分解処理工程に長時間掛かっていた。

そこで、本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであり、植物性廃棄物原料から生成物を短時間で製造できる生成物の製造方法及び製造装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る一つの態様は、植物性廃棄物を含む原料を加水分解処理し、生成物を製造する生成物の製造方法であって、前記原料を蒸気により加水分解処理する加水分解処理工程と、加水分解処理された前記原料を洗浄液で洗浄する洗浄工程と、洗浄された前記原料を固形分と液体分とに分離する分離工程と、を含み、前記固形分又は前記液体分の少なくとも一方を前記生成物とすることを特徴とする。

（２）上記（１）の態様において、前記分離工程の後、前記洗浄工程に戻し、前記分離工程及び前記洗浄工程を複数回繰り返してもよい。

（３）上記（１）又は（２）の態様において、前記洗浄工程の前記洗浄液は、水であってもよい。

（４）上記（１）から（３）までのいずれか１つの態様において、前記固形分を乾燥する乾燥工程を、含んでもよい。

（５）上記（１）から（４）までのいずれか１つの態様において、前記固形分をペレット化する成形工程を、含んでもよい。

（６）上記（１）から（５）までのいずれか１つの態様において、前記固形分から、バイオマス燃料を製造してもよい。

（７）上記（１）から（６）までのいずれか１つの態様において、前記液体分から、液体肥料を製造してもよい。

（８）本発明に係る別の一つの態様は、植物性廃棄物を含む原料を加水分解処理し、生成物を製造する生成物の製造装置であって、前記原料を蒸気により加水分解処理する加水分解処理装置と、加水分解処理された前記原料を洗浄液で洗浄する洗浄装置と、洗浄された前記原料を固形分と液体分とに分離する固液分離装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、植物性廃棄物原料から生成物を短時間で製造できる生成物の製造方法及び製造装置を提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係る生成物の製造方法及び製造装置について説明する。
この生成物の製造方法は、植物性廃棄物を含む原料を加水分解処理し、生成物を製造するものであり、加水分解処理工程と、洗浄工程と、固液分離工程と、を含んでいる。ここでは、植物性廃棄物すなわち原料をＥＦＢとして、バイオマス燃料及び液体肥料の少なくとも一方を生成物として製造するが、これに限られず、トウモロコシ、バナナなどでもよい。ただし、ＥＦＢは、パームヤシの実からパーム油を搾油した後の残渣であるため、安価であり、多量に入手可能である。

（原料前処理工程）
搾油工場でそのまま、生成物を製造する場合、ＥＦＢは、搾油後の形状のままでもよいが、他の場所に輸送して行う場合などは、必要に応じて、破砕手段で１００ｍｍから１０ｍｍ以下程度の大きさに破砕されてもよい。

（原料投入工程）
ＥＦＢは、加水分解処理装置の処理容器に投入される。このとき、ＥＦＢとともに水分調整材が、同時に投入されてもよい。水分調整材としては、吸水性とともに、加水分解処理で溶出させた有害重金属イオンなどを吸着可能な吸着材を使用してもよい。吸着材は、無機系吸着材でもよいが、有機系吸着材が好ましい。

ＥＦＢが処理容器に投入されると、処理容器内の撹拌手段が回転されることで、ＥＦＢが撹拌されてもよい。撹拌手段の運転は、連続又は間欠のいずれでもよいが、所定時間ごとに正回転及び逆回転を繰り返すように、回転方向をタイマーで制御するとよい。

（加圧昇温工程）
処理容器が密閉状態にされると、蒸気源から蒸気が処理容器の内部に供給され、処理容器の内部が所定の圧力及び温度に加圧及び昇温される。このときの処理容器の内部圧力は、１．８ＭＰａから３．０ＭＰａ程度であり、内部温度は１８０℃から２３０℃程度である。

（加水分解処理工程）
処理容器の内部が所定の圧力及び温度に維持されると、ＥＦＢは、植物性の有機物であるため、加水分解処理され始める。蒸気の供給開始から所定の時間、例えば３０分が経過すると、原料の加水分解処理がほぼ完了するため、蒸気の供給を停止し、加水分解処理を終了する。この加水分解処理工程により、ＥＦＢは加水分解処理される。なお、加水分解処理の時間は、処理量などに応じて適宜変更されるが、３０分から２時間程度で十分である。

ＥＦＢが加水分解処理されることで、セルロースなどの高分子が低分子化される。すなわち、植物繊維（植物の細胞壁及び細胞膜）が、脆くなるか破壊される。また、植物細胞中のカリウム、塩素、塩素など元素は、液体分中に溶出する。

なお、原料投入工程のときと同じように、撹拌手段を回転させることで、ＥＦＢが撹拌されてもよい。撹拌手段の運転は、連続又は間欠のいずれでもよいが、所定時間ごとに正回転及び逆回転を繰り返すように、回転方向をタイマーで制御するとよい。

（蒸気排気工程）
加水分解処理工程の終了後は、３０分から６０分を掛けて、処理容器の内部の圧力が常圧（０．１ＭＰａ）程度まで解放される。

（製品排出工程）
加水分解処理装置で加水分解処理されたＥＦＢは、金属メッシュなどの簡易フィルタで、液体分が簡易除去され、処理容器から排出される。なお、ＥＦＢは、多少の水分を含んでいてもよい。このとき、加水分解処理前のＥＦＢには、３２ｇ／Ｋｇ（３．２４％ＤＭ）のカリウムが含まれているが、この加水分解処理により、８０％程度が液体分中に溶出する。つまり、加水分解処後のＥＦＢには、７ｇ／Ｋｇ（０．７％ＤＭ）のカリウムしか含まれていない。

逆に、簡易分離された液体分には、２５ｇ／Ｋｇ（２．５３％ＤＭ）のカリウムが移行したことになる。この液体分は、このようにカリウムを多く含むため、そのまま液体肥料とすることもできるし、また、液体肥料の成分の一原料としても用いることができる。

（洗浄工程）
一方、排出されたＥＦＢは、洗浄装置に投入され、洗浄液に浸漬されて洗浄される。洗浄液は、工場用水又は水道水などの水でよく、ＥＦＢの体積の５倍以上、好ましく１０倍から２０倍を用いるとよい。洗浄液の温度は、常温から６０℃程度であればよい。洗浄時間は、処理量などに応じて適宜変更されるが、１５分から３０分程度で十分である。

この洗浄液の洗浄によっても、ＥＦＢからカリウムが溶出するため、カリウムは洗浄液に移行する。このとき、洗浄液には、３ｇ／Ｋｇ（０．３％ＤＭ）から２ｇ／Ｋｇ（０．２％ＤＭ）程度のカリウムが移行している。このように洗浄後の洗浄液も、カリウムを含むため、そのまま液体肥料とすることもできるし、また、液体肥料の成分の一原料としても用いることができる。

（分離工程）
洗浄されたＥＦＢは、固液分離装置に送られ、固形分と液体分とに分離（脱水）される。ここでは、簡易フィルタでなく、固形分であるＥＦＢから液体分を押し絞る（脱水する）、スクリューコンベア型などの固液分離装置（例えば、特開２０１２−１５３７９０号公報参照。）が用いられる。スクリューコンベア型であると、連続的に固液分離を行うことができるため、生産性が良好となる。

この分離工程後の固形分（ＥＦＢ）には、４ｇ／Ｋｇ（０．４％ＤＭ）から２ｇ／Ｋｇ（０．２％ＤＭ）以下のカリウムしか含まれていない。なお、上記特開２０１２−１５３７９０号公報の処理方法のみで、ＥＦＢを固形分と液体分とに分離した場合、固形分（ＥＦＢ）には、１４ｇ／Ｋｇ（１．４２％ＤＭ）のカリウムが含まれていることが実験で確認されている。

そして、ＥＦＢから液体分を分離するこの分離工程の後、洗浄工程に戻し、分離工程及び洗浄工程を複数回、例えば２回又は３回繰り返してもよい。

（乾燥工程）
分離された固形分は、若干水分を含んでいるため、乾燥装置で乾燥される。乾燥温度は、１２０℃から２００℃程度である。なお、場合によっては、次に説明する成形工程を先に行い、その後に、この乾燥工程を行うこともある。

（成形工程）
乾燥された固形分は、材料をペレット化するフラットダイ型のペレタイザーなどによりペレットに成形される。このペレット化された固形分には、３ｇ／Ｋｇ（０．３％ＤＭ）から１ｇ／Ｋｇ（０．１％ＤＭ）以下のカリウムしか含まれていない。また、このペレットの発熱量は、４３００Ｋｃａｌ（１８．０ＭＪ）／Ｋｇから４５００Ｋｃａｌ（１８．８ＭＪ）／Ｋｇ程度であり、一般的なバイオマス燃料の発熱量が４０００Ｋｃａｌ（１６．７ＭＪ）／Ｋｇから４２００Ｋｃａｌ（１７．５ＭＪ）／Ｋｇ程度であるから、発熱量も向上している。

一般的に、バイオマス燃料にカリウムが多量に含まれていると、燃焼炉の燃焼によりスラグ化することで、燃焼炉を閉塞させ、損傷を与えることがある。そのためＥＦＢが、バイオマス燃料に用いられることが少なかったが、本実施形態の生成物の製造方法によれば、ＥＦＢからカリウムの含有量が少ないペレットを製造することができるため、バイオマス燃料として用いることができる。また、燃焼炉で、石炭とバイオマス燃料とを混ぜて燃焼させても、バイオマス燃料単独で燃焼させても、問題が起こらない。

一方、加水分解処理前のＥＦＢに含まれる他の元素や成分に関しては、塩素が０．７％ＤＭ、硫黄が０．１１％ＤＭ、灰分が４．９％ＤＭであったが、加水分解処理後は、塩素が０．２％ＤＭ、硫黄が０．０４％ＤＭ、灰分が０．９％ＤＭに低減されていることもわかった。このように、バイオマス燃料中の塩素が少なくなることで、燃焼させても、塩化水素やダイオキシンなどが発生し難くなる。

以上のとおり、本発明の実施形態に係る生成物の製造方法は、植物性廃棄物を含む原料を加水分解処理し、生成物を製造するものであって、原料を蒸気により加水分解処理する加水分解処理工程と、加水分解処理された原料を洗浄液で洗浄する洗浄工程と、洗浄された原料を固形分と液体分とに分離する固液分離工程と、を含み、固形分又は液体分の少なくとも一方を前記生成物とするものである。
また、本発明の実施形態に係る生成物の製造装置は、植物性廃棄物を含む原料を加水分解処理し、生成物を製造するものであって、原料を蒸気により加水分解処理する加水分解処理装置と、加水分解処理された原料を洗浄液で洗浄する洗浄装置と、洗浄された原料を固形分と液体分とに分離する固液分離装置と、を備えるものである。

これにより、植物性廃棄物を含む原料を、蒸気により加水分解処理するため、非常に短時間で固形分又は液体分の生成物を製造することができる。酵素を用いて植物性廃棄物を加水分解処理するには、０．５日から５日程度必要であったが、蒸気による加水分解処理では、３０分から２時間程度しか必要でなく、時間を節約することができる。

本実施形態では、分離工程の後、洗浄工程に戻し、分離工程及び洗浄工程を複数回繰り返す。これにより、生成物を確実に洗浄することができる。また、複数回の洗浄により、固形物中のカリウムが、洗浄液に溶出するため、固形分中のカリウムの含有量を下げることができる。

本実施形態では、洗浄工程の洗浄液は、水である。これにより、生成物の洗浄液に特殊な薬液を使用することがないため、安価な工場用水又は水道水が利用できる。

本実施形態では、固形分を乾燥する乾燥工程を、含む。これにより、固形分に保持された水分（残留水分）は、カリウムとともに固形分から除去されるため、固形分中のカリウムの含有量を更に下げることができる。

本実施形態では、固形分をペレット化する成形工程を、含む。これにより、固形分の輸送などの取り扱いが容易になる。

本実施形態では、固形分から、バイオマス燃料を製造する。これにより、固形分は、カリウムをほとんど含有しないため、燃料として用いることができる。

本実施形態では、液体分から、液体肥料を製造する。これにより、液体分は、カリウムを多く含有するため、そのまま液体肥料とすることもできるし、また、液体肥料の成分の一原料としても用いてもよい。

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。

Claims (8)

1. 植物性廃棄物を含む原料を加水分解処理し、生成物を製造する生成物の製造方法であって、
   前記原料を蒸気により加水分解処理する加水分解処理工程であって、処理容器の内部圧力を１．８ＭＰａから３．０ＭＰａとする加水分解処理工程と、
   加水分解処理された前記原料を洗浄液で洗浄する洗浄工程と、
   洗浄された前記原料を固形分と液体分とに分離する固液分離工程と、を含み、
   前記固形分又は前記液体分の少なくとも一方を前記生成物とするとともに、
   前記固液分離工程後の前記固形分中のカリウムの濃度を、０．２％ＤＭ以下とし、
   前記固形分から、バイオマス燃料を製造する
   ことを特徴とする生成物の製造方法。
2. 前記液体分から、液体肥料を製造する
   ことを特徴とする請求項１に記載の生成物の製造方法。
3. 植物性廃棄物を含む原料を加水分解処理し、生成物を製造する生成物の製造方法であって、
   前記原料を蒸気により加水分解処理する加水分解処理工程であって、処理容器の内部圧力を１．８ＭＰａから３．０ＭＰａとする加水分解処理工程と、
   加水分解処理された前記原料を洗浄液で洗浄する洗浄工程と、
   洗浄された前記原料を固形分と液体分とに分離する固液分離工程と、を含み、
   前記固形分又は前記液体分の少なくとも一方を前記生成物とするとともに、
   前記固液分離工程後の前記固形分中のカリウムの濃度を、０．２％ＤＭ以下とし、
   前記液体分から、液体肥料を製造する
   ことを特徴とする生成物の製造方法。
4. 前記固形分から、バイオマス燃料を製造する
   ことを特徴とする請求項３に記載の生成物の製造方法。
5. 前記固液分離工程の後、前記洗浄工程に戻し、前記固液分離工程及び前記洗浄工程を複数回繰り返す
   ことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の生成物の製造方法。
6. 前記洗浄工程の前記洗浄液は、水である
   ことを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の生成物の製造方法。
7. 前記固形分を乾燥する乾燥工程を、含む
   ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の生成物の製造方法。
8. 前記固形分をペレット化する成形工程を、含む
   ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の生成物の製造方法。