JPWO2016017550A1 - 廃棄物から有機物質を製造する装置及び廃棄物から有機物質を製造する方法 - Google Patents

廃棄物から有機物質を製造する装置及び廃棄物から有機物質を製造する方法 Download PDF

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Abstract

廃棄物ガス化炉からの合成ガスを用いて有機物質を好適に製造し得る装置及び方法を提供する。廃棄物からの有機物質の製造装置１は、廃棄物を部分酸化させることにより合成ガスを生成させる合成ガス生成炉１１と、合成ガスから有機物質を生成させる有機物質生成部１２とを備える。有機物質生成部１２は、合成ガスを金属触媒を用いて触媒反応させることにより有機物質を合成する合成部１３と、合成ガスを微生物発酵することにより有機物質を生成させる発酵器１４とを有する。

Description

本発明は、廃棄物から有機物質を製造する装置及び廃棄物から有機物質を製造する方法に関する。
近年、例えば、製鉄所からの排気ガス等から合成された一酸化炭素を含む合成ガスを微生物発酵させることによりエタノールなどの化学物質を製造する方法の実用化が検討されている（例えば特許文献１を参照）。
また、従来、バイオマスから合成された合成ガスを触媒を用いて反応させることによりエタノールを製造する方法が知られている（特許文献２を参照）。
国際公開第２０１１／０８７３８０号公報 特開２０１２−１４９０８９号公報
しかしながら、廃棄物から有機物質を製造する装置は、現在のところ、実用化に至っておらず、十分に検討されていないのが実情である。
本発明の主な目的は、廃棄物ガス化炉からの合成ガスを用いて有機物質を好適に製造し得る装置及び方法を提供することにある。
本発明に係る第１の廃棄物からの有機物質の製造装置は、廃棄物を部分酸化させることにより合成ガスを生成させる合成ガス生成炉と、合成ガスから有機物質を生成させる有機物質生成部とを備える。有機物質生成部は、合成ガスを金属触媒を用いて触媒反応させることにより有機物質を合成する合成部と、合成ガスを微生物発酵することにより有機物質を生成させる発酵器とを有する。
本発明に係る第１の廃棄物からの有機物質の製造装置では、合成部の後段に発酵器が接続されていてもよい。
本発明に係る第１の廃棄物からの有機物質の製造装置では、有機物質は、エタノールであってもよい。
本発明に係る第１の廃棄物からの有機物質の製造装置では、合成部により合成される有機物質と、発酵器において生成する有機物質とが、相互に異なっていてもよい。
本発明に係る第２の廃棄物からの有機物質の製造装置は、廃棄物を部分酸化させることにより合成ガスを生成させる合成ガス生成炉と、合成ガスから有機物質を生成させる有機物質生成部とを備える。有機物質生成部は、合成ガスを金属触媒を用いて触媒反応させることにより第１の有機物質を合成する合成部と、合成部に直列に接続されており、第１の有機物質を微生物発酵することにより第２の有機物質を生成させる発酵器とを有する。
本発明に係る第２の廃棄物からの有機物質の製造装置では、第１の有機物質が、炭素数が６以下のアルコール、炭素数が６以下のアルデヒド又は炭素数が６以下のカルボン酸の少なくとも一つであり、第２の有機物質が、アルコール、有機酸、脂肪酸、油脂、ケトン、ジエン、バイオマス、糖からなる群から選ばれた少なくとも一種であってもよい。
本発明に係る第１の廃棄物からの有機物質の製造方法では、廃棄物を部分酸化させることにより合成ガスを生成させる。合成ガスから有機物質を生成させる有機物質生成工程を行う。有機物質生成工程は、合成部において、合成ガスを金属触媒を用いて触媒反応させることにより有機物質を合成する合成工程と、発酵器において、合成ガスを微生物発酵することにより有機物質を生成させる発酵工程とを有する。
本発明に係る第１の廃棄物からの有機物質の製造方法では、合成工程の後に発酵工程を行ってもよい。
本発明に係る第１の廃棄物からの有機物質の製造方法では、有機物質は、エタノールであってもよい。
本発明に係る第１の廃棄物からの有機物質の製造方法では、合成工程において合成する有機物質と、発酵工程において生成する有機物質とが、相互に異なっていてもよい。
本発明に係る第２の廃棄物からの有機物質の製造方法は、廃棄物を部分酸化させることにより合成ガスを生成させる工程と、合成ガスから有機物質を生成させる有機物質生成工程とを備える。有機物質生成工程は、合成部において、合成ガスを金属触媒を用いて触媒反応させることにより第１の有機物質を合成する合成工程と、合成部に直列に接続された発酵器において、第１の有機物質を微生物発酵することにより第２の有機物質を生成させる発酵工程とを有する。
本発明に係る第２の廃棄物からの有機物質の製造方法では、第１の有機物質が、炭素数が６以下のアルコール、炭素数が６以下のアルデヒド又は炭素数が６以下のカルボン酸の少なくとも一つであり、第２の有機物質が、アルコール、有機酸、脂肪酸、油脂、ケトン、ジエン、バイオマス、糖からなる群から選ばれた少なくとも一種であってもよい。
本発明によれば、廃棄物ガス化炉からの合成ガスを用いて有機物質を好適に製造し得る装置及び方法を提供することができる。
図１は、本発明の一実施形態に係る廃棄物からの有機物質の製造装置の模式図である。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る廃棄物からの有機物質の製造装置の模式図である。図１に示される製造装置１は、廃棄プラスチック等を含む廃棄物から、有機物質を製造するための装置である。製造される有機物質は、例えば、アルコール、有機酸、脂肪酸、油脂、ケトン、バイオマス、糖等であってもよい。アルコール、有機酸、脂肪酸、油脂、ケトン、バイオマス、糖等の具体例としては、例えば、エタノールや酢酸、ブタンジオール等が挙げられる。以下、本実施形態では、エタノールを合成する例について説明する。
製造された有機物質の用途は、特に限定されない。製造された有機物質は、例えば、プラスチックや樹脂等の原料として用いることもできるし、燃料として用いることもできる。
製造装置１は、合成ガス生成炉１１を備える。合成ガス生成炉１１には、プラスチックや樹脂などの有機物を含む廃棄物が供給される。廃棄物は、合成ガス生成炉１１において部分酸化され、合成ガスが生成する。合成ガスは、一酸化炭素と水素ガスとを含んでいる。廃棄物を部分酸化させて生成させた合成ガスは、通常、一酸化炭素と水素とを、１：１．５〜１．５：１のモル比で含んでいる。
合成ガス生成炉１１は、有機物質生成部１２に接続されている。合成ガス生成炉１１において生成した合成ガスは、有機物質生成部１２に供給される。合成ガス生成炉１１と有機物質生成部１２との間には、合成ガスの精製装置や、合成ガスの改質装置、二酸化炭素の分離装置等が設けられていてもよい。
有機物質生成部１２は、合成部１３と、発酵器１４とを備える。合成部１３は、合成ガス生成炉に接続されている。合成ガス生成炉１１において生成した合成ガスは、合成部１３に供給される。合成部１３は、金属触媒を備える。合成部では、合成ガスを金属触媒を用いて触媒反応させることにより、有機物質を合成する。触媒反応に好適に用いられる金属触媒としては、例えば、ロジウム、マンガン、リチウム、マグネシウムからなる４元触媒等が挙げられる。合成部１３においての触媒反応では、一酸化炭素１モルに対して、水素が２モル消費される。
合成部１３には、発酵器１４が接続されている。すなわち、発酵器１４と合成部１３とは直列に接続されている。発酵器１４には、合成部１３からの排出ガスが供給される。合成部１３では、一酸化炭素より水素が多く消費されるため、排出ガスには、少なくとも一酸化炭素が含まれる。
発酵器１４は、微生物を含む。微生物は、合成部１３からの排出ガスを発酵させてエタノールを生成させる。エタノールを生成させる場合に好適に用いられる微生物の具体例としては、例えば、クロストリジウム属等の嫌気性カルボキシド栄養性細菌等が挙げられる。発酵器１４における微生物発酵においては、微生物発酵に必要となる水素を系中の水から得るため、水素が存在しなくても、一酸化炭素からエタノールが合成される。
上述のように、廃棄物を部分酸化させて生成させた合成ガスは、通常、一酸化炭素と水素とを、１．５：１〜１：１．５のモル比で含んでいる。合成部１３においての触媒反応では、一酸化炭素１モルに対して、水素が２モル消費される。このため、例えば、合成部のみを設けた場合は、合成ガス中の一酸化炭素が完全に消費されない。
製造装置１では、金属触媒を用いた合成部１３と、発酵器１４とが直列に接続されている。このため、合成部１３において余剰した一酸化炭素は、発酵器１４において消費され、エタノールとなる。よって、製造装置１では、合成ガス中の一酸化炭素の使用率を高めることができる。従って、製造装置１では、エタノールを高効率に製造することができる。
なお、本実施形態では、合成部１３の後段に発酵器１４を接続している。発酵器１４では、合成部１３よりも副反応が生じやすい。このため、合成部１３よりも発酵器１４において多くの副生成物が生成する。よって、副生成物の生成量が少ない合成部１３を前段に配し、副生成物の生成量が多い発酵器１４を後段に配することが好ましい。そうすることにより、発酵器１４において生じた副生成物により合成部１３中の触媒が劣化することを抑制することができる。但し、本発明は、この構成に限定されない。発酵器１４の後段に合成部１３を接続してもよい。
以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。また、以下の実施形態において、図１を第１の実施形態と共通に参照する。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、合成部１３において合成される有機物質と、発酵器１４において生成する有機物質とが同種である例について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。
本発明では、合成部１３において合成される有機物質と、発酵器１４において生成する有機物質とが、相互に異なっていてもよい。この場合、複数種類の有機物質を製造することができる。
例えば、合成部１３において合成される有機物質が、エタノールであり、発酵器１４において生成する有機物質が、酢酸であってもよい。例えば、合成部１３において合成される有機物質が、アセトアルデヒドであり、発酵器１４において生成する有機物質が、エタノールであってもよい。
なお、第１の実施形態では、合成部１３と発酵器１４とが直列に接続されている例について説明した。但し、第２の実施形態においては、合成部１３と、発酵器１４とが直列に接続されている必要は必ずしもない。例えば、合成部１３と発酵器１４とが並列に接続されていてもよい。また、合成部１３が発酵器１４の後段に接続されていてもよい。第２の実施形態においては、合成部１３と発酵器１４との接続態様は、例えば、合成部１３において合成される有機物質の種類、及び発酵器１４において生成する有機物質の種類等に応じて適宜決定することができる。
（第３の実施形態）
第１及び第２の実施形態では、それぞれ、合成部１３及び発酵器１４のそれぞれが合成ガスを原料として使用する例について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。
例えば、本実施形態では、合成部１３において第１の有機物質を合成する。発酵器１４において、第１の有機物質を微生物発酵させることにより第２の有機物質を生成させる。このようにすることにより、合成ガスを直接微生物発酵させることによっては得ることが困難である有機物質を製造し得る。また、発酵器１４において第１の有機物質のすべてを発酵させないようにすることにより、第１の有機物質と第２の有機物質との両方を製造することも可能となる。
第１の有機物質及び第２の有機物質の種類は、特に限定されない。例えば、第１の有機物質が、炭素数が６以下のアルコール、炭素数が６以下のアルデヒド又は炭素数が６以下のカルボン酸の少なくとも一つであり、第２の有機物質がアルコール、有機酸、脂肪酸、油脂、ケトン、ジエン、バイオマス、糖からなる群から選ばれた少なくとも一種であってもよい。
第３の実施形態では、合成部１３の後段に発酵器１４が接続されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、発酵器１４の後段に合成部１３が接続されていてもよい。この場合、発酵器において生成した有機物質を原料として、合成部１３において別の有機物質が合成される。
１ 製造装置
１１ 合成ガス生成炉
１２ 有機物質生成部
１３ 合成部
１４ 発酵器

Claims (12)

  1. 廃棄物を部分酸化させることにより合成ガスを生成させる合成ガス生成炉と、
    前記合成ガスから有機物質を生成させる有機物質生成部と、
    を備え、
    前記有機物質生成部は、
    前記合成ガスを金属触媒を用いて触媒反応させることにより前記有機物質を合成する合成部と、
    前記合成ガスを微生物発酵することにより前記有機物質を生成させる発酵器と、
    を有する、廃棄物からの有機物質の製造装置。
  2. 前記合成部の後段に前記発酵器が接続されている、請求項１に記載の廃棄物からの有機物質の製造装置。
  3. 前記有機物質は、エタノールである、請求項１又は２に記載の廃棄物からの有機物質の製造装置。
  4. 前記合成部により合成される有機物質と、前記発酵器において生成する有機物質とが、相互に異なる、請求項１又は２に記載の廃棄物からの有機物質の製造装置。
  5. 廃棄物を部分酸化させることにより合成ガスを生成させる合成ガス生成炉と、
    前記合成ガスから有機物質を生成させる有機物質生成部と、
    を備え、
    前記有機物質生成部は、
    前記合成ガスを金属触媒を用いて触媒反応させることにより第１の有機物質を合成する合成部と、
    前記合成部に直列に接続されており、前記第１の有機物質を微生物発酵することにより第２の有機物質を生成させる発酵器と、
    を有する、廃棄物からの有機物質の製造装置。
  6. 前記第１の有機物質が、炭素数が６以下のアルコール、炭素数が６以下のアルデヒド又は炭素数が６以下のカルボン酸の少なくとも一つであり、
    前記第２の有機物質が、アルコール、有機酸、脂肪酸、油脂、ケトン、ジエン、バイオマス、糖からなる群から選ばれた少なくとも一種である、請求項５に記載の廃棄物からの有機物質の製造装置。
  7. 廃棄物を部分酸化させることにより合成ガスを生成させる工程と、
    前記合成ガスから有機物質を生成させる有機物質生成工程と、
    を備え、
    前記有機物質生成工程は、
    合成部において、前記合成ガスを金属触媒を用いて触媒反応させることにより前記有機物質を合成する合成工程と、
    発酵器において、前記合成ガスを微生物発酵することにより前記有機物質を生成させる発酵工程と、
    を有する、廃棄物からの有機物質の製造方法。
  8. 前記合成工程の後に前記発酵工程を行う、請求項７に記載の廃棄物からの有機物質の製造方法。
  9. 前記有機物質は、エタノールである、請求項７又は８に記載の廃棄物からの有機物質の製造方法。
  10. 前記合成工程において合成する有機物質と、前記発酵工程において生成する有機物質とが、相互に異なる、請求項７又は８に記載の廃棄物からの有機物質の製造方法。
  11. 廃棄物を部分酸化させることにより合成ガスを生成させる工程と、
    前記合成ガスから有機物質を生成させる有機物質生成工程と、
    を備え、
    前記有機物質生成工程は、
    合成部において、前記合成ガスを金属触媒を用いて触媒反応させることにより第１の有機物質を合成する合成工程と、
    前記合成部に直列に接続された発酵器において、前記第１の有機物質を微生物発酵することにより第２の有機物質を生成させる発酵工程と、
    を有する、廃棄物からの有機物質の製造方法。
  12. 前記第１の有機物質が、炭素数が６以下のアルコール、炭素数が６以下のアルデヒド又は炭素数が６以下のカルボン酸の少なくとも一つであり、
    前記第２の有機物質がアルコール、有機酸、脂肪酸、油脂、ケトン、ジエン、バイオマス、糖からなる群から選ばれた少なくとも一種である、請求項１１に記載の廃棄物からの有機物質の製造方法。
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