JP6816372B2 - エタノールの回収方法 - Google Patents
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Description
また、特許文献1では、蒸留塔と吸着装置の間に膜分離装置を介在させる方法が提案されている。この方法では吸着装置から排出されたパージガスを膜分離手段に供給して、高濃度のエタノールを得る方法が提案されている。
すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
(2) 発酵槽、エタノール選択透過膜を有する膜分離装置及び蒸留塔をこの順に有し、該エタノール水溶液を該膜分離装置に導入し、該エタノール選択透過膜を透過した透過液を該蒸留塔へ導入する、(1)に記載のエタノールの回収方法。
(3) 膜分離装置を複数配置し、エタノール選択透過膜を有する膜分離装置と水選択透過膜を有する膜分離装置がこの順に配置される、(1)または(2)に記載のエタノールの回収方法。
(4) エタノール選択透過膜がMFI型ゼオライト膜である、(1)〜(3)のいずれかに記載のエタノールの回収方法。
(5) バイオマス原料からエタノールを製造するプロセスにおいて、発酵槽で発生する二酸化炭素及びエタノールを含む混合ガスをスクラバーに導入してエタノール水溶液を得た後、該エタノール水溶液を蒸留塔に導入し、エタノールを回収する方法であって、
発酵槽、蒸留塔及び膜分離装置をこの順に有し、該膜分離装置に配置される分離膜が水選択透過膜であり、該エタノール水溶液を該蒸留塔に導入し、該蒸留塔の留出液を該膜分離装置に導入する、エタノールの回収方法。
(6)水選択透過膜がCHA型またはLTA型ゼオライト膜であることを特徴とする、(3)または(5)に記載のエタノールの回収方法。
(7) バイオマス原料からエタノールを製造するプロセスにおいて、発酵槽で発生する二酸化炭素及びエタノールを含む混合ガスをスクラバーに導入してエタノール水溶液を得た後、該エタノール水溶液を膜分離装置に導入し、エタノールを回収することを特徴とする、エタノールの回収方法。
本発明のエタノールの回収方法は、バイオマス原料からエタノールを製造するプロセスにおいて、発酵槽で発生する二酸化炭素及びエタノールを含む混合ガスをスクラバーに導入してエタノール水溶液を得た後、該エタノール水溶液を膜分離装置または蒸留塔に導入し、エタノールを回収することを特徴とする。
バイオエタノールは、バイオマス原料を、発酵菌などの微生物によってアルコール発酵することで製造されるエタノール含有液である。バイオマス原料としては、サトウキビ、テンサイなどの糖質、トウモロコシ、麦、米、サツマイモ、ジャガイモなどのデンプン質、セルロースなどが挙げられる。
原料はそれぞれの特性に合わせ、必要に応じて、洗浄、粉砕、糖化などの処理が行われた後に、酵母を加えて発酵槽においてエタノール発酵を行う。これにより、糖分がエタノールと二酸化炭素(炭酸ガス)に分解されるが、この際発生する二酸化炭素は、エタノールを伴い揮発する。本発明では、この二酸化炭素に付随するエタノールを回収することを特徴とする。
て排出される。このエタノール水溶液中のエタノール濃度は、通常は3〜8質量%程度である。本発明ではこのエタノール水溶液中に含まれるエタノールを回収する。
本発明における第一の実施態様では、このエタノール水溶液を膜分離装置に導入して、エタノールと水に分離し、エタノールを回収する。このエタノールは、そのまま製品として使用してもよいが、後段に蒸留塔や吸着装置、あるいはさらなる膜分離装置などが設置されている場合は、それらに導入しさらに濃縮してもよい。例えば、該エタノール水溶液を該膜分離装置に導入し、エタノール選択透過膜を透過した透過液を蒸留塔へ導入することにより濃度の高いエタノールを得てもよい。
膜分離装置を用いた分離は、パーベーパレーション(PV)法またはパーベーパーミエーション(VP)法が採用されるが、上記エタノール水溶液を直接導入でき、装置を簡略化するという理由からパーベーパレーション(PV)法が好ましい。
また、膜分離装置は複数配置してもよく、その場合、エタノール選択透過膜を有する膜分離装置と水選択透過膜を有する膜分離装置を組合せてもよい。一般に、エタノール選択透過膜のエタノール選択性より、水選択透過膜の水選択性の方が高いことから、エタノールの回収率向上のため、エタノール選択透過膜を有する膜分離装置と水選択透過膜を有する膜分離装置をこの順に配置することが好ましく、エタノール選択透過膜にて透過した透過液を水選択透過膜を有する膜分離装置に導入して所望のエタノール濃度にまで脱水処理することが好ましい。
エタノール選択透過膜及び水選択透過膜としては、上記の通り高分子膜であっても、ゼオライト膜であってもよく、両方を組合せて用いてもよい。
ゼオライト膜中のゼオライトの含有量は、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.4質量%以上、特に好ましくは1質量%以上、通常100質量%以下であるが、実質ゼオライトのみからなる膜であることが好ましい。実質的にゼオライトのみからなる膜とは、通常、膜中の90質量%以上がゼオライトである膜であり、好ましくは95質量%以上、より好ましくは98質量%以上、特に好ましくは99質量%以上である。
ゼオライトの構造としては、好ましくは、AEI、CHA、KFI、LEV、LTA、PAU、RHO、RTH、UFIであり、さらに好ましくは、CHA、LEV、LTA、UFIであり、より好ましくはCHA型またはLTA型である。
多孔質支持体としては、表面にゼオライトを膜状に固着、好ましくは結晶化できるような化学的安定性があり、多孔質であれば特に制限されるものではない。なかでも無機多孔質支持体が好ましく、たとえば、シリカ、α−アルミナ、γ−アルミナなどのアルミナ、ムライト、ジルコニア、チタニア、イットリア、窒化珪素、炭化珪素などのセラミックス焼結体、鉄、ブロンズ、ステンレス等の焼結金属や、ガラス、カーボン成型体などが挙げられる。特に、アルミナやムライトが好ましい。
もろみ塔に導入される水−エタノール混合物中のアルコール濃度は、特に限定されるものではないが、例えば、通常10質量%以下、好ましくは8質量%以下であり、通常1質量%以上、好ましくは2質量%以上、より好ましくは3質量%以上である。エタノール濃度が上限以下であることにより、前段の蒸留塔などの負荷が少なく、全体のエネルギー効率が向上する傾向にある。
濃縮塔に導入される水−エタノール混合物中のアルコール濃度は、特に限定されるものではないが、通常40質量%程度である。
吸着装置は、圧力スイング吸着(PSA)によるもの、温度スイング吸着(TSA)によるもの、両者を組み合わせた圧力温度スイング吸着(PTSA)のいずれであってもよい。
PSA、TSA、PTSAは、装置構成が比較的簡単であるために広く使用されており、吸着剤としては、脱水能力が高いことから合成ゼオライトである「モレキュラシーブ」(商品名)が好適に使用される。
以下、具体的な実施態様について説明するが、本発明はこの実施態様に限定されるものではない。
、脱水され、高濃度のエタノール6(エタノール濃度99質量%以上)を回収することができる。
2.エタノール選択透過膜を有する膜分離装置
3.水選択透過膜を有する膜分離装置
4.排水
5.透過液
6.エタノール
7.蒸留塔
8.留出液
9.吸着装置
10.留出液
Claims (7)
- バイオマス原料からエタノールを製造するプロセスにおいて、発酵槽で発生する二酸化炭素及びエタノールを含む混合ガスをスクラバーに導入してエタノール水溶液を得た後、該エタノール水溶液をエタノール選択透過膜が配置される膜分離装置に導入し、エタノールを回収することを特徴とする、エタノールの回収方法。
- 発酵槽、エタノール選択透過膜を有する膜分離装置及び蒸留塔をこの順に有し、該エタノール水溶液を該膜分離装置に導入し、該エタノール選択透過膜を透過した透過液を該蒸留塔へ導入する、請求項1に記載のエタノールの回収方法。
- 膜分離装置を複数配置し、エタノール選択透過膜を有する膜分離装置と水選択透過膜を有する膜分離装置がこの順に配置される、請求項1または2に記載のエタノールの回収方法。
- エタノール選択透過膜がMFI型ゼオライト膜である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のエタノールの回収方法。
- バイオマス原料からエタノールを製造するプロセスにおいて、発酵槽で発生する二酸化炭素及びエタノールを含む混合ガスをスクラバーに導入してエタノール水溶液を得た後、該エタノール水溶液を蒸留塔に導入し、エタノールを回収する方法であって、
発酵槽、蒸留塔及び膜分離装置をこの順に有し、該膜分離装置に配置される分離膜が水選択透過膜であり、該エタノール水溶液を該蒸留塔に導入し、該蒸留塔の留出液を該膜分離装置に導入する、エタノールの回収方法。 - 水選択透過膜がCHA型またはLTA型ゼオライト膜であることを特徴とする、請求項3または5に記載のエタノールの回収方法。
- バイオマス原料からエタノールを製造するプロセスにおいて、発酵槽で発生する二酸化炭素及びエタノールを含む混合ガスをスクラバーに導入してエタノール水溶液を得た後、該エタノール水溶液を膜分離装置に導入し、エタノールを回収することを特徴とする、エタノールの回収方法。
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