JP6980931B2 - ヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、バイオマスの酸加水分解によりキシロースを調製する技術分野に属し、具体的にはヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステム及び方法に関する。

現在、中国国内のキシロース製造方法は主にトウモロコシの穂軸を希酸で加水分解してキシロース液を得ることである。該方法では一般的に釜式間欠加水分解反応が用いられる。間欠加水分解方法は、１、反応、供給及び排出操作が複雑であること、２、環境に優しくなく、エネルギー消費が大きく、加水分解が完了された後の釜内の排出熱エネルギーが良く利用されなく、エネルギーが多く浪費されることなどの多くの欠点がある。中国国内でキシロース製造のための主な原料がトウモロコシの穂軸であるため、加水分解過程で残渣が多く生じ、設備及び配管の詰まりを引き起こし、現在まで良い連続加水分解設備がない。

化学パルプ（木材パルプ、綿パルプ、わらパルプ、リードパルプなどの植物セルロース）を原料とするビスコース繊維の製造過程では、製造過程におけるセルロース含有量を確保するために、セルロースをアルカリ液で処理（浸漬、圧搾）し、ヘミセルロースをアルカリ液で溶解及び分離する。上記ヘミセルロースアルカリ液はナノろ過によりアルカリ液が回収され、残りのヘミセルロース液が用いられないため、資源が浪費される。

本発明が解決しようとする技術的問題は、自動化程度が高く、酸度の連続的な自動調整、連続的な供給及び排出、供給及び排出のための連続的な熱交換を達成でき、自動化プログラム制御により、連続的な製造の目的を達成でき、大規模な工業化製造に非常に適用する、ヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステム及び方法を提供することにある。

本発明は次のように実現される。ヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステムが提供される。前記システムは、中和ユニット、酸調整ユニット、供給ユニット、液化噴射ユニット、供給及び排出熱交換ユニット、排出制御ユニットを備え、前記中和ユニットが原料タンク、中和濃硫酸ポンプ、中和管ミキサーを含み、前記酸調整ユニットが酸調整濃硫酸ポンプ、酸調整管ミキサー及び酸調整タンクを含み、前記供給ユニットが供給タンクを含み、前記液化噴射ユニットが液化インジェクターと液化維持装置を含み、前記供給及び排出熱交換ユニットが供給及び排出プレート熱交換器と第一の排出温度センサーを含み、前記排出制御ユニットが排出バルブと還流バルブを含み、前記原料タンクが、ヘミセルロースをアルカリ液で溶解および分解して得られたヘミセルロースアルカリ液を貯蔵することに用いられ、前記中和管ミキサーがヘミセルロースアルカリ液と中和濃硫酸ポンプからの濃硫酸を中和して反応させてヘミセルロース液原料を得て、前記酸調整管ミキサーがヘミセルロース液原料と酸調整濃硫酸ポンプからの濃硫酸を混合してヘミセルロース液を得て、前記酸調整タンクが混合されたヘミセルロース液を収集し、前記供給タンクが酸調整タンクから溢れたヘミセルロース液を受け取り、前記供給及び排出プレート熱交換器が酸調整されたヘミセルロース液と、加水分解により得られたキシロース液との熱交換に用いられ、前記液化インジェクターが熱交換されたヘミセルロース液と外部の高圧蒸気を十分に混合して液化維持装置に噴射することに用いられ、前記液化維持装置がミセルロース液を加水分解して反応してキシロース液を得ることに用いられ、第一の排出温度センサーが加水分解されたキシロース液の温度をセンシングすることに用いられ、第一の排出温度センサーが排出バルブ及び還流バルブと連動して、加水分解されたキシロース液の流れ方向を制御することに用いられる。
第一の排出温度センサーがキシロース液の温度が設定された値以上であることをセンシングする場合、排出制御ユニットの排出バルブが開かれ、還流バルブが閉じられ、キシロース液が正常に排出され、そうでない場合、還流バルブが開かれ、排出バルブが閉じられ、キシロース液は供給タンクに還流されてリサイクルされる。

さらに、前記中和ユニットはさらに原料スイッチングバルブ、原料ポンプ、中和硫酸スイッチングバルブ、中和硫酸流量コントローラーと中和ｐＨコントローラーを含み、前記原料スイッチングバルブが原料タンク内のヘミセルロースアルカリ液の流出又は遮断を制御することに用いられ、前記中和硫酸スイッチングバルブが中和濃硫酸ポンプの出力管のオン及びオフを制御することに用いられ、前記中和硫酸流量コントローラーが中和濃硫酸ポンプの出力管の濃硫酸の流量を制御することに用いられ、前記原料ポンプが中和されたヘミセルロース原料を酸調整ユニットに輸送することに用いられ、前記中和ｐＨコントローラーが混合したヘミセルロース液原料の酸度ｐＨ値を制御することに用いられる。

さらに、前記酸調整ユニットはさらに原料流量コントローラーと酸調整硫酸流量コントローラーを含み、前記原料流量コントローラーが流れるヘミセルロース液原料の流量を制御することに用いられ、前記酸調整硫酸流量コントローラーが酸調整濃硫酸ポンプの出力管内の濃硫酸の流量を制御することに用いられ、前記原料流量コントローラーと酸調整硫酸流量コントローラーが連動し、ヘミセルロース液原料の流量に応じて酸調整濃硫酸ポンプの輸送量を調整し、これによりヘミセルロース液原料の酸度が設定された値に一致する。

さらに、前記供給ユニットはさらに供給ポンプと供給バルブスイッチを含み、前記供給ポンプが供給タンク内のヘミセルロース液を供給及び排出熱交換ユニットに輸送することに用いられ、前記供給バルブスイッチが供給ポンプの輸送管のオン及びオフを制御することに用いられる。前記液化噴射ユニットはさらに液化温度コントローラーと温度調整バルブを含み、前記液化温度コントローラーが液化維持装置に入ったヘミセルロース液の温度を制御することに用いられ、前記液化温度コントローラーが温度調整バルブと連動し、前記温度調整バルブが液化インジェクターの開度を制御し、液化維持装置の温度を安定して維持し、ヘミセルロース液の加水分解に役立つ。

さらに、前記供給及び排出熱交換ユニットはさらに供給調整バルブを含み、前記供給調整バルブが管内のヘミセルロース液の流量を制御することに用いられる。

さらに、前記排出制御ユニットはさらに排出プレート熱交換器、第二の排出温度コントローラーと排出圧力調整バルブを含み、前記排出プレート熱交換器が流れるキシロース液を冷却水で熱交換し、キシロース液の温度を下げ、前記第二の排出温度コントローラーが排出される前のキシロース液の温度を制御することに用いられ、前記排出圧力調整バルブが排出される前のキシロース液の圧力を制御することに用いられる。

本発明は、次のように実現される。ヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するための方法を提供する。該方法は、上述した、ヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステムを用い、以下のステップを含む。

ステップ１において、中和工程で、原料タンクに貯蔵されたヘミセルロースアルカリ液が２５％〜３５％に達する場合、原料スイッチングバルブが開かれ、ヘミセルロースアルカリ液が原料スイッチングバルブを通って中和管ミキサーに入り、前記中和濃硫酸ポンプによって輸送された濃硫酸が中和硫酸流量コントローラーを流れて中和管ミキサーに入り、ヘミセルロースアルカリ液と中和管ミキサーで中和反応を行い、中和濃硫酸ポンプと中和硫酸流量コントローラーが連動し、中和硫酸コントローラーと中和ｐＨコントローラーが連動し、中和濃硫酸ポンプによって輸送される濃硫酸の量を制御し、これにより中和されたヘミセルロース液原料のｐＨ値が設定された値６．５〜７．０に安定化される。

ステップ２において、酸調整工程で、中和されたヘミセルロース液原料が原料ポンプによって酸調整ユニットの酸調整管ミキサーに輸送され、酸調整濃硫酸ポンプによって輸送された濃硫酸が酸調整硫酸流量コントローラーを通って酸調整管ミキサーに入り、ヘミセルロース液原料と酸調整管ミキサーで混合し、混合したヘミセルロース液が酸調整タンクに入って一時的に貯蔵され、酸調整硫酸流量コントローラーと原料流量コントローラーが連動し、ヘミセルロース液原料の流量に応じて酸調整濃硫酸ポンプの輸送量を調整し、これによりヘミセルロース液原料の酸度が設定された１％〜４％の要求を満たす。

ステップ３において、供給工程で、酸調整されたヘミセルロース液は、溢れて酸調整タンクから供給ユニットの供給タンクに入り、供給タンクの液位が２５％〜３５％に達する場合、供給バルブスイッチと供給ポンプが開かれ、ヘミセルロース液は後の工程に入る。

ステップ４において、液化噴射工程で、供給及び排出プレート熱交換器を流れたヘミセルロース液は液化インジェクターに入り、外部の高圧蒸気と液化インジェクターで混合して液化維持装置に噴射され、ヘミセルロース液が液化維持装置で加水分解されて反応され、キシロース液が得られ、液化温度コントローラーと温度調整バルブが連動し、前記温度調整バルブが液化インジェクターの開度を制御し、液化維持装置の温度を安定して維持し、ヘミセルロース液の加水分解に役立ち、液化維持装置内のヘミセルロース液の加水分解時間が２．０ｈ〜３．０ｈに維持される。

ステップ５において、供給及び排出熱交換工程で、得られたキシロース液は供給及び排出プレート熱交換器を流れて供給ポンプからのヘミセルロース液と熱交換した後、温度が低下するが、ヘミセルロース液は、ヘミセルロース液の余熱により温度が上昇し、第一の排出温度センサーと排出制御ユニットの排出バルブ及び還流バルブが連動し、第一の排出温度センサーがキシロース液の温度が設定された値以上であることをセンシングした場合、排出制御ユニットの排出バルブが開かれ、還流バルブが閉じられ、キシロース液は正常に排出され、そうでない場合、還流バルブが開かれ、排出バルブが閉じられ、キシロース液は供給タンクに還流されてリサイクルされる。

ステップ６において、排出制御工程で、熱交換されたキシロース液は、排出プレート熱交換器に入り、排出プレート熱交換器を流れる冷却水と熱交換し、その温度がさらに低下し、排出圧力調整バルブ及び第二の排出温度コントローラーを流れた後、設定された圧力及び温度条件を満たすキシロース液は排出バルブから排出される。

さらに、ステップ４において、前記液化温度コントローラーのセンシング温度が１２８℃〜１３０℃に設定される。

さらに、ステップ５において、前記第一の排出温度センサーのセンシング温度が１１５℃〜１２０℃に設定される。加水分解されたキシロース液の温度が１１５℃未満になる場合、還流バルブが開かれ、排出バルブが閉じられ、キシロース液は供給タンクに還流されてリサイクルされる。

さらに、ステップ６において、キシロース液の排出温度が６０℃〜８０℃に安定化され、圧力範囲が０．２０ＭＰａ〜０．３０ＭＰａである。

従来技術と比べ、本発明のヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステム及び方法では、ｐＨオンラインモニタが流量に応じてヘミセルロース液体原料の酸度を連動して制御し、供給及び排出プレート熱交換器が供給及び排出熱交換を行って加水分解液の余熱を十分に利用し、液化温度センサーが液化インジェクターの開度を制御して加水分解温度の制御を達成し、排出圧力の連動により加水分解過程の圧力範囲が保証され、キシロース液は、排出温度が次の工程を満たすために、水で冷却される。しかも、ヘミセルロース液原料の状況に応じてパラメーターを設定するだけで、ヘミセルロースを自動的に制御し、連続的かつ安定した加水分解を行うことができ、同時に、本システムのエネルギー消費率が高く、操作しやすく、効率的且つ制御可能な連続製造を実現することができる。

本発明のヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステムの一つの好ましい実施形態の原理を示す図である。

本発明が解決しようとする技術的問題、技術的解決策及び有益な効果をより明確にするために、以下に図面及び実施形態を組み合わせて本発明をさらに詳しく説明する。当然のことながら、ここで記載される具体的な実施形態が本発明を解釈するためのものだけであり、本発明を限定するためのものではないことを理解すべきである。

図１に示すように、本発明のヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステムの好ましい実施形態は、中和ユニット１、酸調整ユニット２、供給ユニット３、液化噴射ユニット４、供給及び排出熱交換ユニット５、排出制御ユニット６を備える。

前記中和ユニット１は、原料タンク１１、原料スイッチングバルブ１２、中和濃硫酸ポンプ１３、中和硫酸スイッチングバルブ１４、中和硫酸流量計１５、中和硫酸流量コントローラー１６、中和管ミキサー１７、原料ポンプ１８、中和ｐＨセンサー１９と中和ｐＨコントローラー１１０を含む。前記原料タンク１１はヘミセルロースアルカリ液を貯蔵することに用いられる。前記中和濃硫酸ポンプ１３はインバーターポンプである。前記中和管ミキサー１７はヘミセルロースアルカリ液を中和濃硫酸ポンプ１３からの濃硫酸と中和して反応させてヘミセルロース液原料を得ることに用いられる。前記原料スイッチングバルブ１２は原料タンク１１内のヘミセルロースアルカリ液の流出又は遮断を制御することに用いられる
。前記中和硫酸スイッチングバルブ１４は、中和濃硫酸ポンプ１３の出力管のオン及びオフを制御することに用いられる。前記中和硫酸流量計１５と中和硫酸流量コントローラー１６は中和濃硫酸ポンプ１３の出力管内の濃硫酸の流量をセンシングすることに用いられる。前記原料ポンプ１８は、中和されたヘミセルロース液原料を酸調整ユニット２に輸送することに用いられる。前記中和ｐＨセンサー１９と中和ｐＨコントローラー１１０は、混合したヘミセルロース液原料の酸度ｐＨ値をセンシングして制御することに用いられる。

前記酸調整ユニット２は、酸調整濃硫酸ポンプ２１、酸調整管ミキサー２２、酸調整タンク２３、原料流量計２４、原料流量コントローラー２５、酸調整硫酸流量計２６と酸調整硫酸流量コントローラー２７を含む。前記酸調整濃硫酸ポンプ２１はインバーターポンプである。前記酸調整管ミキサー２２はヘミセルロース液原料を酸調整濃硫酸ポンプ２１からの濃硫酸と混合してヘミセルロース液を得ることに用いられる。前記酸調整タンク２３は混合したヘミセルロース液を収集する。前記原料流量計２４と原料流量コントローラー２５は、流れるヘミセルロース液原料の流量をセンシングして制御することに用いられる。前記酸調整硫酸流量計２６と酸調整硫酸流量コントローラー２７は酸調整濃硫酸ポンプ２１の出力管内の濃硫酸の流量をセンシングして制御することに用いられる。前記原料流量計２４と原料流量コントローラー２５が酸調整硫酸流量計２６と酸調整硫酸流量コントローラー２７と連動し、ヘミセルロース液原料の流量に応じて酸調整濃硫酸ポンプ２１の輸送量を調整し、これによりヘミセルロース液原料の酸度が設定された値に一致する。

前記供給ユニット３は、供給タンク３１、供給ポンプ３２と供給バルブスイッチ３３を含む。前記供給タンク３１は、酸調整タンク２３から溢れたヘミセルロース液を受け取る。前記供給ポンプ３２は、供給タンク３１内のヘミセルロース液を供給及び排出熱交換ユニット５に輸送することに用いられる。前記供給バルブスイッチ３３は供給ポンプ３２の輸送管のオン及びオフを制御することに用いられる。

前記液化噴射ユニット４は、液化インジェクター４１、液化維持装置４２、液化温度センサー４３、液化温度コントローラー４４と温度調整バルブ４５を含む。前記液化インジェクター４１は熱交換したヘミセルロース液と外部の高圧蒸気とを十分に混合して液化維持装置４２に噴射することに用いられる。前記液化温度コントローラー４４は液化維持装置４２に入ったヘミセルロース液の温度を制御することに用いられる。供給及び排出プレート熱交換器５１を流れたヘミセルロース液が外部の高圧蒸気と液化インジェクター４１で混合して液化維持装置４２に噴射され、ヘミセルロース液が液化維持装置４２で加水分解されて反応されてキシロース液が得られる。前記液化温度センサー４３と液化温度コントローラー４４は温度調整バルブ４５と連動し、前記温度調整バルブ４５は、液化インジェクター４１の開度を制御し、液化維持装置４２の温度を安定して維持し、ヘミセルロース液の加水分解に役立つことに用いられる。

前記供給及び排出熱交換ユニット５は、供給及び排出プレート熱交換器５１、第一の排出温度センサー５２、供給流量計５３と供給調整バルブ５４を含む。前記供給及び排出プレート熱交換器５１は酸調整されたヘミセルロース液原料と加水分解により得られたキシロース液との熱交換に用いられる。液化噴射ユニット４から得られたキシロース液が供給及び排出プレート熱交換器５１で、供給タンク３１からのヘミセルロース液と熱交換されるため、キシロース液の温度が低くなり、ヘミセルロース液の温度が上昇する。同時に供給及び排出熱交換を行うことにより、エネルギー消費を大幅に低減させることができる。第一の排出温度センサー５２は加水分解されたキシロース液の温度をセンシングすることに用いられる。前記供給流量計５３は、流れる供給ポンプ３２からのヘミセルロース液の流量をセンシングすることに用いられる。前記供給流量計５３は供給調整バルブ５４と相互に連動し、管内のヘミセルロース液の流量を制御する。

キシロース液の排出温度はその加水分解が十分であるか否かの判断基準であり、排出温度が設定された目標値に達していない場合、ヘミセルロース液の加水分解反応が不十分であると考えられ、還流してリサイクルする必要がある。ヘミセルロース液の排出温度が設定された目標値に達する場合、ヘミセルロース液の加水分解反応が十分である。一般的には、本発明のシステム装置が運転を開始し始める場合のみ、還流プロセスを必要とするが、システム装置が正常に動作する場合、直流排出する。

前記排出制御ユニット６は、排出バルブ６１、還流バルブ６２、排出プレート熱交換器６３、冷却水温度調整バルブ６４、第二の排出温度センサー６５、第二の排出温度コントローラー６６、排出圧力センサー６７と排出圧力調整バルブ６８を含む。

第一の排出温度センサー５２は排出バルブ６１と還流バルブ６２と連動し、加水分解されたキシロース液の流れ方向を制御することに用いられる。第一の排出温度センサー５２がキシロース液の温度が設定された値以上であることをセンシングした場合、排出バルブ６１が開かれ、還流バルブ６２が閉じられ、キシロース液が正常に排出され、そうでない場合、還流バルブ６２が開かれ、排出バルブ６１が閉じられ、キシロース液は供給タンク３１に還流されてリサイクルされる。ヘミセルロース液の加水分解反応が十分に行われることを確保するために、キシロース液の排出温度を制御し、これにより、ヘミセルロース液の変換効率が向上する。

前記排出プレート熱交換器６３は、流れるキシロース液を冷却水で熱交換し、キシロース液の温度を下げることに用いられる。前記冷却水温度調整バルブ６４は、冷却水の温度を調整することに用いられる。キシロース液は、その排出温度が次の工程を満たすために、水で冷却される。前記第二の排出温度センサー６５と第二の排出温度コントローラー６６は、排出される前のキシロース液の温度をセンシングして制御することに用いられる。前記排出圧力センサー６７と排出圧力調整バルブ６８は、排出される前のキシロース液の圧力をセンシングして制御することに用いられる。

本発明は、さらにヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するための方法を提供する。該方法は、上述した、ヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステムを用い、以下のステップを含む。

ステップ１において、中和工程で、原料タンク１１内のヘミセルロースアルカリ液が２５％〜３５％に達する場合、原料スイッチングバルブ１２が開かれ、図中の矢印に示すように、ヘミセルロースアルカリ液が原料スイッチングバルブ１２を通って中和管ミキサー１７に入る。前記中和濃硫酸ポンプ１３によって輸送された濃硫酸は、中和硫酸スイッチングバルブ１４と中和硫酸流量計１５、中和硫酸流量コントローラー１６を流れて中和管ミキサー１７に入り、ヘミセルロースアルカリ液と中和管ミキサー１７で中和されて反応される。中和されたヘミセルロース液は、原料ポンプ１８を通って酸調整ユニット２に輸送される。原料ポンプ１８は、周波数変換機能を有しており、中和硫酸流量計１５の設定値に応じて流量を自動的に調整することができる。輸送管に設けられた中和ｐＨセンサー１９は、ヘミセルロース液のｐＨ値をセンシングし、中和ｐＨコントローラー１１０によって中和硫酸流量計１５と中和硫酸流量コントローラー１６を制御して中和濃硫酸ポンプ１３の濃硫酸の出力量を調整し、これにより、中和したヘミセルロース液原料のｐＨ値が６．５〜７．０に安定して設定される。

ステップ２において、酸調整工程で、ヘミセルロース液原料は、図中の矢印に示すように、酸調整管ミキサー２２に入る。酸調整濃硫酸ポンプ２１によって輸送された濃硫酸は、酸調整硫酸流量計２６、酸調整硫酸流量コントローラー２７を流れて酸調整管ミキサー２２に入り、ヘミセルロース液原料と酸調整管ミキサー２２で混合する。混合したヘミセルロース液は、酸調整タンク２３に入って一時的に貯蔵される。ヘミセルロース液原料輸送管に設けられた原料流量計２４と原料流量コントローラー２５が酸調整硫酸流量計２６、酸調整硫酸流量コントローラー２７と連動し、ヘミセルロース液原料の流量に応じて酸調整濃硫酸ポンプ２１の輸送量を調整し、これにより、ヘミセルロース液原料の酸度が設定された１％〜４％の要求を満たし、酸調整タンク２３内のヘミセルロース液がバルブを通って供給ユニット３に入る。

ステップ３において、供給工程で、酸調整されたヘミセルロース液は、図中の矢印に示すように、溢れて酸調整タンク２３から供給ユニット３の供給タンク３１に入る。供給タンク１３の液位が２５％〜３５％に達する場合、供給バルブスイッチ３３と供給ポンプ３２が開かれ、ヘミセルロース液は供給及び排出熱交換ユニット５に入る。

ステップ４において、液化噴射工程で、供給及び排出プレート熱交換器５１を流れたヘミセルロース液は、図中の矢印に示すように、液化インジェクター４１に入り、外部の高圧蒸気と液化インジェクター４１で混合して液化維持装置４２に噴射される。ヘミセルロース液が液化維持装置４２で加水分解されて反応された後、キシロース液が得られる。液化温度センサー４３と液化温度コントローラー４４は温度調整バルブ４５と連動し、前記温度調整バルブ４５は、液化インジェクター４１の開度を制御し、液化維持装置４２の温度を安定して維持し、ヘミセルロース液の加水分解に役立ち、液化維持装置４２内のヘミセルロース液の加水分解時間が２．０ｈ〜３．０ｈに維持される。前記液化温度コントローラー４４のセンシング温度が１２８℃〜１３０℃に設定される。

ステップ５において、供給及び排出熱交換工程で、供給ポンプ３２からのヘミセルロース液は、図中の矢印に示すように、供給流量コントローラー５４と供給流量計５３によって連動して制御された供給調整バルブ５５を通って供給及び排出プレート熱交換器５１に入り、液化噴射ユニット４からの高温キシロース液と熱交換し、さらに液化噴射ユニット４の液化インジェクター４１に入る。第一の排出温度センサー５２と排出制御ユニット６の排出バルブ６１及び還流バルブ６２が連動し、第一の排出温度センサー５２がキシロース液の温度が設定された値以上であることをセンシングした場合、排出制御ユニット６の排出バルブ６１が開かれ、還流バルブ６２が閉じられ、キシロース液は正常に排出され、そうでない場合、還流バルブ６２が開かれ、排出バルブ６１が閉じられ、キシロース液は供給タンク３１に還流されてリサイクルされる。前記第一の排出温度センサー５２のセンシング温度が１１５℃〜１２０℃に設定され、加水分解されたキシロース液の温度が１１５℃未満になる場合、還流バルブが開かれ、排出バルブが閉じられ、キシロース液は供給タンクに還流されてリサイクルされる。

ステップ６において、排出制御工程で、熱交換されたキシロース液は、図中の矢印に示すように、排出プレート熱交換器６３に入り、排出プレート熱交換器６３を流れる冷却水と熱交換し、その温度がさらに低下する。さらに排出圧力センサー６７、排出圧力調整バルブ６８及び第二の排出温度センサー６５、第二の排出温度コントローラー６６を流れた後、設定された圧力及び温度条件を満たすキシロース液は、図中の矢印に示すように、排出バルブから排出される。第二の排出温度コントローラー６６は冷却水温度調整バルブ６４と連動し、キシロース液の冷却温度を制御する。キシロース液の排出温度が６０℃〜８０℃に安定化され、圧力範囲が０．２０ＭＰａ〜０．３０ＭＰａである。

本発明のヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステムを用いてヘミセルロース液の供給とキシロース液の排出を連続的に制御することにより、ヘミセルロース液の加水分解効率が向上し、自動化程度が高く、手動操作が簡素化される。本発明の方法及び装置は連続的な加水分解を特徴とする。従来の釜式間欠加水分解に比べ、該方法の利点の一つは、供給及び排出の操作時間を節約し、それによって加水分解効率（容量）を向上させることである。

以下に具体的な実施形態と組み合わせて本発明のヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステム及び方法をさらに説明する。

（実施形態１）
ヘミセルロースアルカリ液（アルカリ濃度１．５％、ヘミセルロース濃度８％、流量６ｍ３／ｈ）を連続的に加水分解してキシロース液を調製することを例とする。

ステップ１において、中和工程におけるｐＨセンサー１９の中和終点がｐＨ７に設定され、ｐＨコントローラー１１０は濃硫酸の流量を５８Ｌ／ｈに連動して制御し、該流量に応じて中和濃硫酸ポンプ１３の周波数を３６Ｈｚに連動して制御する。ヘミセルロースアルカリ液は中和ユニットを流れた後に、さらに原料ポンプ１８を通って酸調整ユニットに輸送される。

ステップ２において、酸調整工程でヘミセルロース液原料の原料流量計２４の流量が６ｍ３／ｈであり、酸調整硫酸流量計２６の流量が６６Ｌ／ｈに連動して制御され、これによって酸調整濃硫酸ポンプ２１の周波数が３０Ｈｚに連動して制御される。

ステップ３において、供給及び排出熱交換工程で第一の排出温度センサー５２の排出センシング温度が１１８℃であり、供給流量計５３の流量が６ｍ３／ｈであり、供給流量コントローラー５４は供給調整バルブ５５の開度を６０％に連動して制御する。

ステップ４において、液化噴射工程で液化温度センサー４３の温度が１２８℃に設定され、液化温度コントローラー４４は温度センシングにより液化インジェクター４１の開度を７０％に連動して制御することにより、液化噴射されたヘミセルロース液の温度が１２８℃に安定化されて液化維持装置４２に入って加水分解される。液化維持装置４２は、供給から排出までの時間が２ｈ維持されることを保証するために、シリンダー本体の容積が１２ｍ３に設計される。

ステップ５において、排出制御工程で排出圧力調整バルブ６８の開度が４０％であり、排出圧力センサーの圧力が０．２５ＭＰａに連動して制御され、同時に第二の排出温度センサー６５、第二の排出温度コントローラー６６は、ヘミセルロース液の排出終点温度が６０℃に安定化して制御されることを確保するために、温度センシングにより冷却水温度調整バルブ６４の開度を６０％に連動して制御する。ここで第一の排出センサー５２の温度が１１５℃に達すると排出バルブ２９が開かれ、１１５℃より低くなると還流バルブ２８が開かれる。

上記は本発明の好ましい実施形態だけであるが、本発明を制御するためのものではなく、本発明の精神及び原則の範囲内で行われた変更、同等の置き換え及び改良などは、いずれも本発明の保護範囲に含まれるべきである。

Claims (10)

1. 中和ユニット（１）、酸調整ユニット（２）、供給ユニット（３）、液化噴射ユニット（４）、供給及び排出熱交換ユニット（５）、排出制御ユニット（６）を備える、ヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステムであって、
   前記中和ユニット（１）が原料タンク（１１）、中和濃硫酸ポンプ（１３）、中和管ミキサー（１７）を含み、
   前記酸調整ユニット（２）が酸調整濃硫酸ポンプ（２１）、酸調整管ミキサー（２２）及び酸調整タンク（２３）を含み、
   前記供給ユニット（３）が供給タンク（３１）を含み、
   前記液化噴射ユニット（４）が液化インジェクター（４１）と液化維持装置（４２）を含み、
   前記供給及び排出熱交換ユニット（５）が供給及び排出プレート熱交換器（５１）と第一の排出温度センサー（５２）を含み、
   前記排出制御ユニット（６）が排出バルブ（６１）と還流バルブ（６２）を含み、
   前記原料タンク（１１）が、ヘミセルロースをアルカリ液で溶解および分解して得られたヘミセルロースアルカリ液を貯蔵し、
   前記中和管ミキサー（１７）が、前記ヘミセルロースアルカリ液と中和濃硫酸ポンプ（１３）で送られる濃硫酸とを混合して中和反応させることでヘミセルロース液原料が得られ、
   前記酸調整管ミキサー（２２）が、前記ヘミセルロース液原料と酸調整濃硫酸ポンプ（２１）で送られる濃硫酸とを混合することで酸調整されたヘミセルロース液が得られ、
   前記酸調整タンク（２３）が、前記酸調整されたヘミセルロース液を収集し、
   前記供給タンク（３１）が、前記酸調整タンク（２３）から溢れた前記酸調整されたヘミセルロース液を受け取り、
   前記供給及び排出プレート熱交換器（５１）が、前記酸調整されたヘミセルロース液と、加水分解により得られたキシロース液とを熱交換し、
   前記液化インジェクター（４１）が、前記供給及び排出プレート熱交換器（５１）で熱交換された前記酸調整されたヘミセルロース液と外部の高圧蒸気とを完全に混合して液化維持装置（４２）に噴射し、
   前記液化維持装置（４２）において、前記噴射されたヘミセルロース液が加水分解されてキシロース液が得られ、
   前記第一の排出温度センサー（５２）が、前記液化維持装置（４２）から送られる前記キシロース液の温度をセンシングし、前記第一の排出温度センサー（５２）が、前記排出バルブ（６１）及び前記還流バルブ（６２）と連動して、前記キシロース液の流れ方向を制御する、
   ことを特徴とするヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステム。
2. 前記中和ユニット（１）は、さらに原料スイッチングバルブ（１２）、原料ポンプ（１８）、中和硫酸スイッチングバルブ（１４）、中和硫酸流量コントローラー（１６）、中和ｐＨコントローラー（１１０）を含み、
   前記原料スイッチングバルブ（１２）が、原料タンク（１１）内のヘミセルロースアルカリ液の流出又は遮断を制御し、
   前記中和硫酸スイッチングバルブ（１４）が、中和濃硫酸ポンプ（１３）の出力管のオン及びオフを制御し、
   前記中和硫酸流量コントローラー（１６）が、中和濃硫酸ポンプ（１３）の出力管内の濃硫酸の流量を制御し、
   前記原料ポンプ（１８）が、前記ヘミセルロース液原料を酸調整ユニット（２）に輸送し、
   前記中和ｐＨコントローラー（１１０）が、前記ヘミセルロース液原料の酸度ｐＨ値を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステム。
3. 前記酸調整ユニット（２）は、さらに原料流量コントローラー（２５）と酸調整硫酸流量コントローラー（２７）を含み、
   前記原料流量コントローラー（２５）が、流れる前記ヘミセルロース液原料の流量を制御し、
   前記酸調整硫酸流量コントローラー（２７）が、前記酸調整濃硫酸ポンプ（２１）の出力管内の濃硫酸の流量を制御し、
   前記原料流量コントローラー（２５）と前記酸調整硫酸流量コントローラー（２７）が連動し、前記ヘミセルロース液原料の流量に応じて前記酸調整濃硫酸ポンプ（２１）の輸送量を調整し、これにより前記ヘミセルロース液原料の酸度が設定された値に一致する
   ことを特徴とする請求項２に記載のヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステム。
4. 前記供給ユニット（３）は、さらに供給ポンプ（３２）と供給バルブスイッチ（３３）を含み、
   前記供給ポンプ（３２）が、供給タンク（３１）内の前記酸調整されたヘミセルロース液を前記供給及び排出熱交換ユニット（５）に輸送し、
   前記供給バルブスイッチ（３３）が、前記供給ポンプ（３２）の輸送管のオン及びオフを制御し、
   前記液化噴射ユニット（４）は、さらに液化温度コントローラー（４４）と温度調整バルブ（４５）を含み、
   前記液化温度コントローラー（４４）が、前記液化維持装置（４２）に入った前記ヘミセルロース液の温度を制御し、
   前記液化温度コントローラー（４４）が、前記温度調整バルブ（４５）と連動し、前記温度調整バルブ（４５）が前記液化インジェクター（４１）の開度を制御し、前記液化維持装置（４２）の温度を安定して維持する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステム。
5. 前記供給及び排出熱交換ユニット（５）は、さらに供給調整バルブ（５４）を含み、
   前記供給調整バルブ（５４）が管内の前記ヘミセルロース液の流量を制御する、
   ことを特徴とする請求項４に記載のヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステム。
6. 前記排出制御ユニット（６）は、さらに排出プレート熱交換器（６３）、第二の排出温度センサー（６５）、第二の排出温度コントローラー（６６）と排出圧力調整バルブ（６８）を含み、
   前記排出プレート熱交換器（６３）が、流れる前記キシロース液を冷却水で熱交換し、前記キシロース液の温度を下げ、前記第二の排出温度センサー（６５）が排出される前の前記キシロース液の温度をセンシングし、前記第二の排出温度コントローラー（６６）が、排出される前の前記キシロース液の温度を制御し、
   前記排出圧力調整バルブ（６８）が、排出される前の前記キシロース液の圧力を制御する、
   ことを特徴とする請求項５に記載のヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステム。
7. 請求項６に記載のヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するためのシステムを用いる、ヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するための方法であって、
   原料タンク（１１）に貯蔵された、ヘミセルロースをアルカリ液で溶解および分解して得られたヘミセルロースアルカリ液が２５％〜３５％に達する場合、原料スイッチングバルブ（１２）が開かれ、前記ヘミセルロースアルカリ液が原料スイッチングバルブ（１２）を通って中和管ミキサー（１７）に入り、中和濃硫酸ポンプ（１３）によって輸送された濃硫酸が中和硫酸流量コントローラー（１６）を流れて中和管ミキサー（１７）に入り、前記ヘミセルロースアルカリ液が中和管ミキサー（１７）において中和反応が行われ、前記中和濃硫酸ポンプ（１３）と前記中和硫酸流量コントローラー（１６）が連動し、前記中和硫酸流量コントローラー（１６）と中和ｐＨコントローラー（１１０）が連動し、前記中和濃硫酸ポンプ（１３）によって輸送される濃硫酸の量を制御し、これにより中和されたヘミセルロース液原料のｐＨ値が設定された値６．５〜７．０に安定化されるステップ１と、
   前記中和されたヘミセルロース液原料が原料ポンプ（１８）によって酸調整ユニット（２）の酸調整管ミキサー（２２）に輸送され、酸調整濃硫酸ポンプ（２１）によって輸送された濃硫酸が酸調整硫酸流量コントローラー（２７）を通って酸調整管ミキサー（２２）に入り、前記ヘミセルロース液原料と酸調整管ミキサー（２２）で混合し、混合した前記ヘミセルロース液原料が酸調整タンク（２３）に入って一時的に貯蔵され、前記酸調整硫酸流量コントローラー（２７）と原料流量コントローラー（２５）が連動し、前記ヘミセルロース液原料の流量に応じて酸調整濃硫酸ポンプ（２１）の輸送量を調整し、これにより前記ヘミセルロース液原料の酸度が設定された１％〜４％の要求を満たし、酸調整されたヘミセルロース液を得るステップ２と、
   前記酸調整されたヘミセルロース液が溢れて前記酸調整タンク（２３）から供給ユニット（３）の供給タンク（３１）に入り、前記供給タンク（３１）の液位が２５％〜３５％に達する場合、供給バルブスイッチ（３３）と供給ポンプ（３２）が開かれ、前記ヘミセルロース液が後の工程に入るステップ３と、
   供給及び排出プレート熱交換器（５１）を流れた前記ヘミセルロース液が液化インジェクター（４１）に入り、外部の高圧蒸気と液化インジェクター（４１）によって混合されて液化維持装置（４２）に噴射され、前記ヘミセルロース液が液化維持装置（４２）で加水分解されてキシロース液が得られ、液化温度コントローラー（４４）と温度調整バルブ（４５）が連動し、前記温度調整バルブ（４５）が液化インジェクター（４１）の開度を制御し、前記液化維持装置（４２）の温度を安定して維持し、前記ヘミセルロース液の加水分解に役立ち、前記液化維持装置（４２）内の前記ヘミセルロース液の加水分解時間が２．０ｈ〜３．０ｈに維持されるステップ４と、
   得られた前記キシロース液が、供給及び排出プレート熱交換器（５１）を流れて供給ポンプ（３２）で送られるヘミセルロース液と熱交換した後、温度が低下するが、前記ヘミセルロース液が、前記ヘミセルロース液の余熱により温度が上昇し、第一の排出温度センサー（５２）と排出制御ユニット（６）の排出バルブ（６１）及び還流バルブ（６２）が連動し、第一の排出温度センサー（５２）が前記キシロース液の温度が設定された値以上であることをセンシングした場合、前記排出制御ユニット（６）の前記排出バルブ（６１）が開かれ、前記還流バルブ（６２）が閉じられ、前記キシロース液が正常に排出され、そうでない場合、前記還流バルブ（６２）が開かれ、前記排出バルブ（６１）が閉じられ、前記キシロース液が前記供給タンク（３１）に還流されてリサイクルされるステップ５と、
   前記供給及び排出プレート熱交換器（５１）で熱交換された前記キシロース液が、排出プレート熱交換器（６３）に入り、前記排出プレート熱交換器（６３）を流れる冷却水と熱交換し、その温度がさらに低下し、排出圧力センサー６７、排出圧力調整バルブ（６８）、第二の排出温度センサー（６５）及び第二の排出温度コントローラー（６６）を流れた後、設定された圧力及び温度条件を満たすキシロース液が排出バルブ（６１）から排出されるステップ６とを含むことを特徴とする前記方法。
8. 前記ステップ４において、前記液化温度コントローラー（４４）のセンシング温度が１２８℃〜１３０℃に設定されることを特徴とする請求項７に記載のヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するための方法。
9. 前記ステップ５において、前記第一の排出温度センサー（５２）のセンシング温度が１１５℃〜１２０℃に設定されることを特徴とする請求項７に記載のヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するための方法。
10. 前記ステップ６において、前記キシロース液の排出温度が６０℃〜８０℃に安定化され、圧力範囲が０．２０ＭＰａ〜０．３０ＭＰａであることを特徴とする請求項７に記載のヘミセルロースを連続的に加水分解してキシロース液を調製するための方法。

Images