JP6689729B2 - 有機組成物、有機組成物の製造方法および燃料 - Google Patents
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Description
また、本発明者らは、事前に全く予期し得なかったことであるが、植物由来の原料、石油由来の原料(化学品)またはそれらの混合原料から発生した合成ガスを用いてガス資化性細菌により製造されたエタノールのδ13C値が、原料自体のδ13Cの値と大きく異なることも見い出した。
すなわち、本発明の有機組成物は、δ13Cの値が−35‰未満の有機物質を含有することを特徴とする。
ガス資化性細菌の発酵作用により、原料ガスを処理する工程を有することを特徴とする。
なお、本明細書中では、特に言及しない限り、「%」および「ppm」は、重量に基づく単位である。
また、2−プロパノールは、エタノールと比較して油類との親和性が高い。このため、微量の2−プロパノールを含有する有機組成物を燃料の原材料として用いた場合、燃焼装置(例えば、エンジン)内へ油類が付着することを抑制したり、付着した油類を除去(洗浄)したりすることができ、燃焼装置の燃焼効率の向上が期待できる。
図1は、本発明の有機組成物の製造方法の実施形態を示すフロー図である。
図1に示す有機組成物の製造方法1は、ガス資化性細菌の発酵作用により、原料ガスからエタノールを生成する培養工程2と、エタノールを濃縮して有機組成物を得る濃縮工程3とを有している。
以下、各工程について順次説明する。
まず、培養リアクター(バイオリアクター)21内に、培養液と前述したようなガス資化性細菌とを収容する。その後、培養液を撹拌しつつ、原料ガスを培養リアクター21内に供給する。これにより、培養液中でガス資化性細菌を培養する。
培養リアクター21には、例えば、撹拌板で培養液を撹拌するタイプの培養リアクター、培養液自体を循環させることにより培養液を撹拌するタイプの培養リアクター、供給される原料ガスの通気で生じる気泡流に伴う水流により培養液を撹拌するタイプの培養リアクター等を用いることができる。
また、原料ガスは、主成分として一酸化炭素を含有するガスである。なお、原料ガスは、一酸化炭素の他、例えば、水素、水蒸気、二酸化炭素、窒素、酸素のような各種ガスを含有してもよい。かかる原料ガスとしては、例えば、プラスチック廃棄物、生ゴミ、都市廃棄物(MSW)、廃棄タイヤ、バイオマス廃棄物のような廃棄物を焼却炉で焼却することにより発生する合成ガス(廃棄物由来の合成ガス)、コークスを製鉄炉で燃焼することにより発生する合成ガス(コークス由来の合成ガス)、メタンを水蒸気改質することにより発生する合成ガス(メタン由来の合成ガス)等を用いることができる。
また、原料ガス組成は、特に限定されないが、H2/CO/CO2/N2=20〜80%/25〜60%/0.01〜30%/5〜20%であることが好ましく、H2/CO/CO2/N2=25〜60%/22〜50%/0.1〜30%/5〜20%であることがより好ましい。
培養液の温度(培養温度)は、好ましくは30〜45℃程度、より好ましくは33〜42℃程度とすることができ、培養時間は、好ましくは連続培養で24時間〜300日程度、より好ましくは連続培養で5日〜300日程度とすることができる。
所定時間の経過後、培養液の一部を培養リアクター21内から取り出し、フィルター(例えば、セラミック膜フィルター)を通過させる。これにより、培養液からガス資化性細菌を除去して、濾過液を得る。その後、この濾過液を濃縮工程3に供する。
また、培養液自体を濃縮工程3に供する液とすることもできる。
なお、この段階で、濾過液中のエタノールの濃度が所望の値となっている場合、以下の濃縮工程3を省略して、濾過液を有機組成物とすることもできる。
濃縮工程3では、抽出処理、濃縮処理、脱水処理、エタノールより沸点の低い低沸点物質を除去する処理(低沸点物質除去処理)、エタノールより沸点の高い高沸点物質を除去する処理(高沸点物質除去処理)およびイオン交換処理をこの順で行う。
なお、ぺトリューク式の蒸留塔を採用することで、蒸留塔34、35を1つの蒸留塔に集約することが可能となる。また、2重効用蒸留方式を蒸留塔34、35に採用すれば、蒸留塔34、35のいずれか一方を減圧状態で運転することができるため、低・高沸点物質除去処理をより低エネルギーで行うことが可能となる。
また、酢酸の生成能の高い細菌としては、クロストリジウム・オートエタノゲナム(Clostridium autoethanogenum)、クロストリジウム・ユングダリイ(Clostridium ljungdahlii)、クロストリジウム・アセチクム(Clostridium aceticum)、クロストリジウム・カルボキシジボランス(Clostridium carboxidivorans)、ムーレラ・サーモアセチカ(Moorella thermoacetica)、アセトバクテリウム・ウッディイ(Acetobacterium woodii)等が挙げられる。
また、乳酸の生成能の高い細菌としては、クロストリジウム・オートエタノゲナム(Clostridium autoethanogenum)、クロストリジウム・ユングダリイ(Clostridium ljungdahlii)、クロストリジウム・ラグスダレイ(Clostridium ragsdalei)、ムーレラ・サーモアセチカ(Moorella thermoacetica)等が挙げられる。
図1に示すようなフローでエタノールを含有する有機組成物(以下、「細菌エタノール溶液」と言う。)を製造した。
なお、HPLC法は、装置「Agilent 1260」、カラム「Agilent Eclipse XDB-C18」および示差屈折率検出器(RID)を用いて、カラム温度:60℃、移動相:0.005MのH2SO4水溶液、流速:0.6mL/minの条件で行った。
その結果を表2に示す。
具体的には、各サンプル1〜4をスズカプセルに封入し、元素分析計で燃焼および分離された二酸化炭素ガスを安定同位体比質量分析計に導入することにより測定した。次いで、得られた結果を、標準物質の結果と比較して、炭素安定同位体比を計算した。
また、標準物質には、白亜紀PeeDee層のヤイシ類化石VPDB(13C=1.1056%、12C=98.8944%)を用いた。
この測定結果を下記表3に示す。
2 培養工程
21 培養リアクター
3 濃縮工程
31 抽出塔
32 濃縮塔
33 脱水膜
34、35 充填塔
36 イオン交換樹脂
Claims (12)
- ガス資化性細菌の発酵作用により、廃棄物由来合成ガスから得られた廃棄物由来エタノール溶液であって、δ13Cの値が−35‰未満であり、エタノール濃度が97%以上、かつ、残部が有機不純物であり、
前記有機不純物として、1,1−ジエトキシエタン、エチルベンゼン、m−キシレンおよびp−キシレンのうちの少なくとも1種を含むことを特徴とする廃棄物由来エタノール溶液。 - 前記合成ガスは、廃棄物を焼却炉で焼却することにより発生するガスである請求項1に記載の廃棄物由来エタノール溶液。
- 請求項1または2に記載の廃棄物由来エタノール溶液の製造方法であって、
培養液中でガス資化性細菌を培養しつつ、H 2 /CO/CO 2 をそれぞれ20〜60%/25〜60%/0.01〜10%で含有する廃棄物由来合成ガスを前記培養液に供給し、前記培養液中で前記ガス資化性細菌を培養する際の圧力を20〜200kPa(ゲージ圧)として、前記ガス資化性細菌の発酵作用により前記廃棄物由来合成ガスを処理する工程を経て、前記廃棄物由来エタノール溶液を得ることを特徴とする廃棄物由来エタノール溶液の製造方法。 - 前記ガス資化性細菌は、クロストリジウム(Clostridium)属細菌、ムーレラ(Moorella)属細菌およびアセトバクテリウム(Acetobacterium)属細菌のうちの少なくとも1種を含む請求項3に記載の廃棄物由来エタノール溶液の製造方法。
- 前記ガス資化性細菌は、クロストリジウム・オートエタノゲナム(Clostridium autoethanogenum)、クロストリジウム・ユングダリイ(Clostridium ljungdahlii)、クロストリジウム・アセチクム(Clostridium aceticum)、クロストリジウム・カルボキシジボランス(Clostridium carboxidivorans)、ムーレラ・サーモアセチカ(Moorella thermoacetica)およびアセトバクテリウム・ウッディイ(Acetobacterium woodii)のうちの少なくとも1種を含む請求項4に記載の廃棄物由来エタノール溶液の製造方法。
- さらに、前記エタノールを濃縮する工程を有する請求項3ないし5のいずれかに記載の廃棄物由来エタノール溶液の製造方法。
- 前記エタノールの濃縮は、抽出処理、濃縮処理、脱水処理、エタノールより沸点の低い低沸点物質を除去する処理、エタノールより沸点の高い高沸点物質を除去する処理、およびイオン交換処理を経て行われる請求項6に記載の廃棄物由来エタノール溶液の製造方法。
- 前記ガス資化性細菌を連続培養する請求項3ないし7のいずれかに記載の廃棄物由来エタノール溶液の製造方法。
- 請求項1または2に記載の廃棄物由来エタノール溶液を用いて化学合成により合成物を製造することを特徴とする合成物の製造方法。
- 請求項1または2に記載の廃棄物由来エタノール溶液または前記廃棄物由来エタノール溶液の処理物を用いて燃料を製造することを特徴とする燃料の製造方法。
- 当該燃料は、ジェット燃料、灯油、軽油またはガソリンである請求項10に記載の燃料の製造方法。
- 前記ジェット燃料は、炭素数10〜20の飽和炭化水素を主成分として含有する請求項11に記載の燃料の製造方法。
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