(57)【要約】【課題】容易に連続処理し、安価にアンモニアを再利用できる糖化前処理装置を提供する。【解決手段】混合手段２と、バイオマス−アンモニア混合物を加熱する第１の加熱手段３と、バイオマス−アンモニア混合物をアンモニアガスとバイオマス−水混合物とに分離する分離手段４と、バイオマス−水混合物を後工程５に移送する移送手段６と、混合手段２にアンモニア水を供給するアンモニア水供給手段８と、アンモニア回収手段１９とを備える。また、アンモニアガスから熱を回収する第１の熱交換器１８と、バイオマス−水混合物から熱を回収する第２の熱交換器２５と、第１，第２の熱交換器１８，２５から回収した熱を、第１の加熱手段３に供給する熱供給手段、例えば、熱媒体導管２７を備えてもよい。また、第２の加熱手段１４をさらに備えてもよい。また、第１，第２の加熱手段３，２５の間に、湿式摩砕手段３２を備えてもよい。【選択図】図１
2010115162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リグノセルロース系バイオマスとアンモニアとを混合する混合手段と、該混合手段で得られたバイオマス−アンモニア混合物を加熱する第１の加熱手段と、該第１の加熱手段で加熱されたバイオマス−アンモニア混合物からアンモニアガスを分離してバイオマス−水混合物を得る分離手段と、該分離手段で分離されたバイオマス−水混合物を後工程に移送する移送手段とを備えるリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置において、
該混合手段にアンモニア水を供給するアンモニア水供給手段と、
該分離手段により分離されたアンモニアガスを水に溶解させて、アンモニア水として回収するアンモニア回収手段とを備えることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
【請求項２】
前記分離手段により分離されたアンモニアガスから熱を回収する第１の熱交換器と、
該分離手段により分離されたバイオマス−水混合物から熱を回収する第２の熱交換器と、
該第１，第２の熱交換器から回収した熱を、該第１の加熱手段に供給する熱供給手段とを備えることを特徴とする請求項１記載のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
【請求項３】
前記熱供給手段は、前記第１の加熱手段との間で熱交換する第３の熱交換器であることを特徴とする請求項２記載のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
【請求項４】
前記第１の加熱手段と、前記分離手段との間に、前記バイオマス−アンモニア混合物を加熱する第２の加熱手段を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
【請求項５】
前記第１の加熱手段と前記第２の加熱手段との間に、湿式摩砕手段を備えることを特徴とする請求項４記載のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
【請求項６】
前記混合手段に供給されるアンモニア水のアンモニア濃度が、５〜３５重量％であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項記載のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
【請求項７】
前記アンモニア回収手段により回収されたアンモニア水を、前記アンモニア水供給手段に還流するアンモニア水還流手段と、
前記アンモニア水供給手段に還流するアンモニア水の濃度を調整するアンモニア濃度調整手段とを備えることを特徴とする請求項６記載のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
【請求項８】
前記アンモニア水供給手段は、前記リグノセルロース系バイオマスと前記アンモニア水との質量比が１：３〜１：５の範囲となるように、前記アンモニア水を前記混合手段に供給することを特徴とする請求項６または請求項７記載のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオエタノール製造に用いられるリグノセルロースの糖化前処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止の観点から、その原因の一つと考えられている二酸化炭素排出量を削減することが求められている。そこで、ガソリン等の液体炭化水素とエタノールとの混合燃料を自動車燃料に用いることが検討されている。前記エタノールとしては、植物性物質、例えばサトウキビ、トウモロコシ等の農作物の発酵により得たバイオエタノールを用いることができる。前記植物性物質は、原料となる植物自体が既に光合成により二酸化炭素を吸収してできているので、かかる植物性物質から得られたエタノールを燃焼させたとしても、排出される二酸化炭素の量は前記植物自体が吸収した二酸化炭素の量に等しい。即ち、総計としての二酸化炭素の排出量は理論的にはゼロになるという所謂カーボンニュートラル効果を得ることができる。従って、前記ガソリン等の液体炭化水素に代えて前記バイオエタノールを用いた分だけ、二酸化炭素排出量を削減することができる。
【０００３】
ところが、前記サトウキビ、トウモロコシ等は、エタノールの原料として大量に消費されると、食料として供給される量が減少するという問題がある。
【０００４】
そこで、前記植物性物質として、サトウキビ、トウモロコシ等に代えて、食用ではないリグノセルロース系バイオマスを用いてエタノールを製造する技術が検討されている。前記リグノセルロース系バイオマスは、セルロースを含んでおり、該セルロースを酵素糖化によりグルコースに分解し、得られたグルコースを発酵させてバイオエタノールを得ることができる。前記リグノセルロース系バイオマスとしては、例えば、木材、イナワラ、ムギワラ、バガス、竹、パルプ及びこれらから生じる廃棄物例えば古紙等を挙げることができる。
【０００５】
ところが、前記リグノセルロースは、セルロースの他にヘミセルロース及びリグニンを主な構成成分としており、通常該セルロース及び該ヘミセルロースは、該リグニンにより強固に結合されているため、そのままでは該セルロースに対する酵素糖化反応が阻害される。従って、前記セルロースを酵素糖化反応させるに際しては、予め、前記リグニンを取り除いておくことが望ましい。
【０００６】
そこで、リグノセルロース系バイオマスを液体アンモニアと混合した後、急激に圧力を低下させることにより、液体アンモニアのガス膨張によって、前記バイオマスを膨張させ、該バイオマスからリグニンを除去するリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置が知られている（特許文献１参照）。
【０００７】
このような前記従来のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置は、リグノセルロース系バイオマスに液体アンモニアを混合する混合手段と、該混合手段で得られたバイオマス−アンモニア混合物を加熱する加熱手段と、該加熱手段で加熱されたバイオマス−アンモニア混合物を加圧圧縮して排出する排出手段と、該排出手段により排出されたバイオマス−アンモニア混合物からアンモニアガスを分離し、該アンモニアガスを回収するアンモニアガス回収手段とを備えている。
【０００８】
前記従来のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、前記リグノセルロース系バイオマスと液体アンモニアとは、前記混合手段により混合され、バイオマス−アンモニア混合物とされる。前記バイオマス−アンモニア混合物は、前記加熱手段によりを加熱されると共に、前記排出手段により加圧することで前記アンモニアが気化しないよう加圧圧縮されながら排出される。このようにすることで、前記バイオマス−アンモニア混合物は、急激に減圧され、液体アンモニアが爆発的に膨張する。この結果、前記バイオマスは急激に膨張させられ、該バイオマスに結合しているリグニンが除去される。
【０００９】
しかしながら、前記従来のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置において、前記バイオマス−アンモニア混合物は、高温かつ高圧で処理されるため、連続処理が難しいという不都合がある。また、前記分離手段により分離されたアンモニアガスを、液体アンモニウムとして再利用するためには、約２ＭＰａに加圧しなければならず、コストが増大するという不都合がある。
【特許文献１】特開２００５−２３２４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる不都合を解消して、容易に連続処理することができると共に、低コストでアンモニアを再利用することができるリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成するために、本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置は、リグノセルロース系バイオマスとアンモニアとを混合する混合手段と、該混合手段で得られたバイオマス−アンモニア混合物を加熱する第１の加熱手段と、該第１の加熱手段で加熱されたバイオマス−アンモニア混合物からアンモニアガスを分離してバイオマス−水混合物を得る分離手段と、該分離手段で分離されたバイオマス−水混合物を後工程に移送する移送手段とを備えるリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置において、該混合手段にアンモニア水を供給するアンモニア水供給手段と、該分離手段により分離されたアンモニアガスを水に溶解させて、アンモニア水として回収するアンモニア回収手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】
本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置によれば、前記リグノセルロース系バイオマスは、前記アンモニア水供給手段により供給されるアンモニア水と、前記混合手段において混合されて、バイオマス−アンモニア混合物となる。次に、前記バイオマス−アンモニア混合物は、前記第１の加熱手段により加熱され、煮沸される。このようにすることで、前記バイオマスは、煮沸による前記アンモニア水の膨潤効果により膨張されると共に、該アンモニア水によりアルカリ処理されてリグニンが除去される。従って、前記バイオマスは、リグニンによる酵素糖化反応の阻害を防止することができる。また、前記前処理装置は、アンモニア水を用いるので、加圧圧縮することなく煮沸処理することができるため、加圧圧縮が不要であり、前記バイオマスを容易に連続処理することができる。
【００１３】
また、本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、前記加熱手段により加熱され、煮沸された前記バイオマス−アンモニア混合物からは、アンモニアが気化し、アンモニアガスが発生する。前記発生したアンモニアガスは、前記分離手段により水に溶解され、アンモニア水として回収される。このようにすることで、前記回収されたアンモニア水は、そのままの形で前記アンモニア水供給手段に用いることが可能になる。従って、アンモニアガスを高圧圧縮して液化する装置などが不要となり、低コストで前記アンモニア水を再利用可能にすることができる。
【００１４】
また、本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、前記分離手段により分離されたアンモニアガスから熱を回収する第１の熱交換器と、該分離手段により分離されたバイオマス−水混合物から熱を回収する第２の熱交換器と、該第１，第２の熱交換器から回収した熱を、該第１の加熱手段に供給する熱供給手段とを備えることが好ましい。このようにすることで、前記アンモニアガスが有する余剰な熱と、前記バイオマス−水混合物が有する余剰の熱を回収し、該回収した熱を前記バイオマス−アンモニア混合物の加熱に用いることができ、エネルギー効率を高くすることができる。
【００１５】
前記熱供給手段は、前記第１の加熱手段との間で熱交換する第３の熱交換器であってもよい。
【００１６】
また、本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、前記第１の加熱手段と、前記アンモニア回収手段との間に、前記バイオマス−アンモニア混合物を加熱する第２の加熱手段を備えることが好ましい。このようにすることで、前記バイオマス−アンモニア混合物をさらに加熱することができ、該バイオマス−アンモニア混合物に含まれるアンモニアを確実に気化させることができる。
【００１７】
また、本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、前記第１の加熱手段と前記第２の加熱手段との間に、湿式摩砕手段を備えることが好ましい。このようにすることで、前記バイオマス−アンモニア混合物は前記湿式摩砕手段により摩砕されると同時に、摩砕により発生する熱で加熱される。この結果、前記バイオマス−アンモニア混合物中のバイオマスは、前記摩砕による熱で軟化され、さらに摩砕されることにより該バイオマスを構成しているリグニンがセルロースから解離され、除去される。また、前記摩砕による熱で、前記バイオマス−アンモニア混合物中のアンモニアが気化するため、前記分離手段により確実にアンモニアを回収することができる。
【００１８】
また、本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置において、前記混合手段に供給されるアンモニア水のアンモニア濃度は、５〜３５重量％であることが好ましい。前記アンモニア水のアンモニア濃度が５％未満であると、十分なリグニン除去効果が得られないことがある。一方、前記アンモニア水のアンモニア濃度が大気圧下では３５重量％を越えることがない。
【００１９】
また、本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、前記アンモニア回収手段により回収されたアンモニア水を前記アンモニア水供給手段に還流するアンモニア水還流手段と、前記アンモニア供給手段に還流するアンモニア水の濃度を調整するアンモニア濃度調整手段とを備えることが好ましい。このようにすることで、前記分離手段により回収したアンモニア水を、該アンモニア濃度調整手段により適切なアンモニア濃度に調整し、前記アンモニア水還流手段により前記混合手段に還流させて再利用することができる。
【００２０】
また、本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置において、前記アンモニア水供給手段は、前記リグノセルロース系バイオマスと前記アンモニア水との質量比が１：３〜１：５の範囲となるように、前記アンモニア水を前記混合手段に供給することが好ましい。前記バイオマスの質量と前記アンモニア水との質量比が１：３未満であると、十分なリグニン除去効果が得られないことがある。一方、前記バイオマスの質量と前記アンモニア水との質量比が１：５を越えると、アンモニア水過多の状態となり、このような余剰アンモニア水の加熱に余計なエネルギーを消費する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図1は第１の実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置のシステム構成図であり、図２は図１に示す装置において蒸気導管によりリグノセルロース系バイオマスを加熱する加熱手段を示すブロック図、図３は図２の加熱手段におけるリグノセルロース系バイオマスの温度と蒸気導管のバルブ開度との関係を示すグラフである。また、図４は第２の実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置のシステム構成図である。
【００２２】
図１に示すように、本発明の第１の実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置１は、リグノセルロース系バイオマス（以下、バイオマスと略記することがある）とアンモニアとを混合してバイオマスとアンモニアとのスラリーを得るミキサー２と、ミキサー２で得られた前記スラリーを加熱する第１多管式熱交換器３と、第１多管式熱交換器３で加熱された前記スラリーからアンモニアガスを分離してバイオマス−水混合物を得る分離塔４と、分離塔４で分離されたバイオマス−水混合物を導出して後工程５に移送する移送導管６とを備えている。
【００２３】
ミキサー２は、上部に、前記バイオマスが投入される投入口７を備えると共に、該バイオマスに混合されるアンモニア水を供給するアンモニア水供給導管８が接続されている。アンモニア水供給導管８は、上流側端部がアンモニアタンク９に接続されており、途中にポンプ１０を備えている。
【００２４】
ミキサー２の下部には、前記スラリーを導出するスラリー導管１１が取り付けられており、スラリー導管１１は第１多管式熱交換器３を介して分離塔４に接続されている。スラリー導管１１は、第１多管式熱交換器３の上流側に、該スラリーを第１多管式熱交換器３に送入するスラリーポンプ１２を備えている。また、スラリー導管１１には、第１多管式熱交換器３の出口で前記スラリーの温度を検出する第１温度センサ１３と、第１温度センサ１３の下流側に接続されている蒸気導管１４と、分離塔４の入口で該スラリーの温度を検出する第２温度センサ１５とが設けられている。蒸気導管１４は、流量調整バルブ１４ａを備えている。
【００２５】
分離塔４は、上部にスラリー導管１１が接続されていると共に、底部に移送導管６が取り付けられている。また、頂部には、分離塔４内の圧力を検出する圧力センサ１６と、分離されたアンモニアガスを導出するアンモニアガス導管１７とが取り付けられている。アンモニアガス導管１７は、第１熱交換器１８を介して吸収塔１９に接続されている。
【００２６】
吸収塔１９は、アンモニアガス導管１７の接続部の上方にシャワリング装置２０を備え、アンモニアガス導管１７により導入されたアンモニアガスを、シャワリング装置２０によりシャワリングされた水に吸収させてアンモニア水とし、該アンモニア水を底部に貯留するようになっている。吸収塔１９は、頂部に空気抜き導管２１を備えると共に、底部に前記アンモニア水を導出するアンモニア水導出導管２２が取り付けられている。アンモニア水導出導管２２は、その下流側端部がアンモニアタンク９に接続されている。
【００２７】
アンモニアタンク９は、貯留されるアンモニア水の濃度を検出するアンモニア濃度センサ２３と、アンモニア濃度センサ２３により検知されるアンモニア水の濃度に応じて、アンモニアタンク９に濃アンモニア水を供給する濃アンモニア水供給装置２４とを備えている。
【００２８】
移送導管６は、第２多管式熱交換器２５を介して後工程５に接続されている。移送導管６は、第２多管式熱交換器２５の上流側に、前記バイオマス−水混合物を第２多管式熱交換器２５に送入するスラリーポンプ２６を備えている。
【００２９】
アンモニアガス導管１７の途中に設けられた第１熱交換器１８は、第１熱媒体導管２７ａ、第２熱媒体導管２７ｂにより第１多管式熱交換器３と接続されている。第１熱媒体導管２７ａは、第１多管式熱交換器３の二次側と第１熱交換器１８の一次側とを接続し、第２熱媒体導管２７ｂは、第１熱交換器１８の二次側と第１多管式熱交換器３の一次側とを接続している。
【００３０】
また、第１熱媒体導管２７ａは、熱媒体ポンプ２８を備えると共に、熱媒体ポンプ２８の下流側から、第２多管式熱交換器２５の一次側に接続される第３熱媒体導管２７ｃを分岐している。第１熱媒体導管２７ａは、第３熱媒体導管２７ｃの分岐点の下流側に、流量調整弁２９を備えている。第２多管式熱交換器２５の二次側には、第４熱媒体導管２７ｄが取り付けられており、第４熱媒体導管２７ｄは第２熱媒体導管２７ｂの途中に合流している。
【００３１】
次に、本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置１の作動について説明する。
【００３２】
本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置１では、まず、投入口７からミキサー２に前記バイオマスが投入される。前記バイオマスは、例えば、含水率約１０重量％の自然乾燥イナワラであり、図示しないカッターミルにより約３ｍｍの長さに粉砕された後、さらに図示しない乾式のブレードミルにより累積５０％粒子径１４０μｍの粉末とされている。前記バイオマスは、例えば、図示しないスクリュー型フィーダーにより、投入口７に供給される。
【００３３】
次に、アンモニアタンク９内のアンモニア水が、ポンプ１０により、アンモニア水供給導管８を介してミキサー２内に供給される。このとき、ミキサー２内に供給されるアンモニア水の濃度は、例えば、２８．６重量％に調整されている。前記バイオマスと前記アンモニア水は、例えば、重量比が１：４になるように、該バイオマス１２ｋｇ／時、該アンモニア水４８ｋｇ／時の流量でミキサー２に供給される。
【００３４】
次に、前記バイオマスはミキサー２により前記アンモニア水と混合され、該バイオマスが該アンモニア水に分散しているスラリーが形成される。ミキサー２内で形成された前記スラリーは、例えば、６０ｋｇ／時の流量となるように、スラリーポンプ１２によりスラリー導管１１を介して第１多管式熱交換器３に送入される。第１多管式熱交換器３は、第１熱媒体導管２７ａから供給される第１の熱媒体により、前記スラリーを加熱する。このとき、例えば、前記第１の熱媒体の温度は約８５℃であり、第１多管式熱交換器３の出口において、第１温度センサ１３により検出される前記スラリーの温度が約６５℃となるようにされる。
【００３５】
次に、第１多管式熱交換器３により加熱されたスラリーは、蒸気導管１４から供給される水蒸気によりさらに加熱され、スラリー導管１１を介して分離塔４に供給される。このとき、例えば、前記水蒸気の温度は約１３５℃であり、分離塔４の手前において、第２温度センサ１５により検出される前記スラリーの温度が約１００℃となるようにされる。
【００３６】
前記スラリーは、第１多管式熱交換器３及び前記水蒸気により前述のように加熱されていることにより、分離塔４内に供給されると該スラリー中のアンモニアが気化し、アンモニアガスとバイオマス−水混合物とに分離される。
【００３７】
蒸気導管１４から供給される水蒸気の量は、図２に示す加熱制御手段３０により制御される。制御手段３０では、まず、第１演算部Ａで、第１温度センサ１３により検知される第１多管式熱交換器３の出口における前記スラリーの温度（Ｔ１、以下、熱交換器出口温度と略記することがある）と、圧力センサ１６により検出される分離塔４内の圧力（Ｐ）とを、温度設定部Ｂにおいて設定される温度設定値（Ｔｓｅｔ）と比較する。これにより、第１演算部Ａで、流量調整バルブ１４ａの開度に関するフィードフォワード量が決定される。
【００３８】
ここで、前記フィードフォワード量は、例えば図３（ａ）に示す関係を用いて、前記スラリーの含水量に応じて、熱交換器出口温度（Ｔ１）から算出される。あるいは、前記フィードフォワード量は、図３（ｂ）に示す関係を用いて、前記スラリーのアンモニア濃度に応じて、熱交換器出口温度（Ｔ１）から算出されてもよい。
【００３９】
図３（ａ）または図３（ｂ）から明らかなように、前記フィードフォワード量は、具体的には、熱交換器出口温度（Ｔ１）が高ければ流量調整バルブ１４ａの開度を小さくし、熱交換器出口温度（Ｔ１）が低ければ流量調整バルブ１４ａの開度を大きくするように決定される。
【００４０】
一方、第２演算部Ｃでは、第２温度センサ１５により検知される前記スラリーの分離塔４の入り口温度（Ｔ２）を、温度設定部Ｂにおいて設定される温度設定値（Ｔｓｅｔ）と比較する。そして、両者の差分として、流量調整バルブ１４ａの開度に関するフィードバック量が決定される。
【００４１】
前述のようにして決定されたフィードフォワード量及びフィードバック量は、比較部Ｄで比較調整され、流量調整バルブ１４ａの開度に関する補正値がバルブ操作部Ｅに出力される。この結果、バルブ操作部Ｅにおいて流量調整バルブ１４ａの開度が決定され、前記スラリーが加熱される。前記操作による前記スラリーの加熱の結果は、第２温度センサ１５により前記スラリーの分離塔４の入り口温度（Ｔ２）として検知され、さらに第２演算部Ｃにおけるフィードバック量の決定に用いられる。
【００４２】
次に、分離塔４で分離されたアンモニアガスは、アンモニアガス導管１７を介し、第１熱交換器１８を経由して吸収塔１９に供給される。このとき、アンモニアガスは、熱交換器１８により余剰な熱が前記第１の熱媒体に回収される。吸収塔１９に供給されたアンモニアガスは、シャワリング装置２０によりシャワリングされた水に吸収され、アンモニア水として吸収塔１９の底部に貯留される。シャワリング装置２０による水のシャワリングは、例えば、３５．２ｋｇ／時の水量で行われる。
【００４３】
吸収塔１９の底部に貯留されているアンモニア水は、アンモニア水導出導管２２を介してアンモニアタンク９に還流される。アンモニアタンク９では、アンモニア濃度センサ２３により貯留されているアンモニア水の濃度が検知され、該検知されたアンモニア水の濃度に応じて、濃アンモニア水供給装置２４により濃アンモニア水が供給され、例えば、２６．８重量％に調整される。
【００４４】
また、分離塔４により分離されたバイオマス−水混合物は、スラリーポンプ２６により、移送導管６を介して、後工程５に移送される。後工程５は、例えば、前記バイオマス−水混合物に、所定量の水と発酵酵素とを投入することで、該バイオマスに含まれるセルロースを酵素発酵処理する工程である。なお、前記バイオマス−水混合物は、移送導管６に設けられた第２多管式熱交換器２５により余剰の熱が前記第１の熱媒体に回収される。
【００４５】
前記第１の熱媒体は、第１多管式熱交換器３において、前記スラリーを加熱した後、二次側から導出され、熱媒体ポンプ２８により、第１熱媒体導管２７ａを介して第１熱交換器１８の一次側に導入されると共に、第１熱媒体導管２７ａから分岐する第３熱媒体導管２７ｃを介して第２多管式熱交換器２５の一次側に導入される。このとき、第１熱媒体導管２７ａと第３熱媒体導管２７ｃとに分流される前記第１の熱媒体の分配率は、流量調整弁２９により調整される。次に、前記第１の熱媒体は、前記アンモニアガス及び前記バイオマス−水混合物の熱を回収した後、第1熱交換器１８及び第２多管式熱交換器２５の二次側から導出され、第２熱媒体導管２７ｂ及び第４熱媒体導管２７ｄを介して第１多管式熱交換器３の一次側に導入される。
【００４６】
次に、図４に示すように、本発明の第２の実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置３１は、第１多管式熱交換器３と第１温度センサ１３との間に介装された湿式摩砕機３２を備えることを除いて、図１に示すリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置１と全く同一の構成を備えている。
【００４７】
次に、本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置３１の作動について説明する。
【００４８】
本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置３１は、前記スラリーが第１多管式熱交換器３により加熱された後に、湿式摩砕器３２により、摩砕処理されることを除いて、第１実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置１と全く同一に作動する。
【００４９】
湿式摩砕機３２は、図示しない相対向する１対の砥石を備えている。前記１対の砥石は、例えば、互いに１００μｍの間隔を存して相対向しており、該砥石の間に前記第１多管式熱交換器３により加熱された前記スラリーが連続供給される。次に、一方の砥石を固定した状態で、他方の砥石を、例えば、１５００ｒｐｍの回転数で回転させる。すると、前記スラリーは、前記砥石により摩砕されると共に、該摩砕による摩擦熱で加熱される。次に、摩砕された前記スラリーは、遠心力により周方向へ移動し、該砥石間から排出される。このとき、前記スラリーは、前記砥石間で発生する摩擦熱により、約８０℃にまで加熱されている。次に、前記摩砕されたスラリーは、図示しないスラリーポンプにより、スラリー導管１１を介してスラリーポンプ１２と同一の流量となるように分離塔４に供給される。
【００５０】
本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置３１によれば、前記砥石間の摩擦熱により、前記スラリーを約８０℃に加熱することができるため、蒸気導管１４から供給する水蒸気の量を低減することができる。また、前記スラリー中のバイオマスを湿式摩砕機３２により機械粉砕することで、後工程５における酵素発酵の発酵効率を上昇させることができる。
【００５１】
また、各実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置１，３１によれば、アンモニア水により煮沸処理されることにより、前記バイオマスに対して膨潤効果を得ることができる。前記バイオマスは、膨潤効果により繊維が解繊されているため、後工程５における酵素糖化処理を受けやすくなる。
【００５２】
また、前記アンモニア水は、沸点が低く、低温度で煮沸処理することができるため発酵阻害物質が発生しにくい。また、アンモニア水は気化させることができるので、該アンモニア水自体の中和を容易に行うことができる。また、阻害物質である酸性有機物質が発生したとしても、アンモニア水はアルカリ性であるため、中和処理が容易である。
【００５３】
また、各実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置１，３１は、第１多管式熱交換器３に対応する位置のスラリー導管１１内、及び蒸気導管１４より下流側のスラリー導管１１内に、スタティックミキサーを設けてもよい。このようにすることで、前記スラリーの加熱を均等にすることができる。
【００５４】
また、各実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置１，３１は、濃アンモニア水供給装置２４によるアンモニアタンク９内のアンモニア濃度の調整は、例えば、２４時間毎に行うようにしてもよい。
【００５５】
また、各実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置１，３１は、前記バイオマスの糖化前処理にアンモニアを用いており、後工程５において生じるバイオマス残渣中に窒素が残留することがあるため、該バイオマス残渣を肥料等に用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】第１の実施形態のリグノセルロース系バイオマス前処理装置のシステム構成図。
【図２】図１に示す装置において蒸気導管によりリグノセルロース系バイオマスを加熱する加熱手段を示すブロック図。
【図３】図２の加熱手段におけるリグノセルロース系バイオマスの温度と蒸気導管のバルブ開度との関係を示すグラフ。
【図４】第２の実施形態のリグノセルロース系バイオマス前処理装置のシステム構成図。
【符号の説明】
【００５７】
１，３１…リグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置、２…ミキサー（混合手段）、３…第１多管式熱交換器（第１の加熱手段）、４…分離塔（分離手段）、５…後工程、６…移送導管（移送手段）、８…アンモニア水供給導管、１４…蒸気導管（第２の加熱手段）、１８…第１熱交換器、１９…吸収塔（アンモニア回収手段）、２２…アンモニア水導出導管、２４…濃アンモニア水供給装置、２５…第２多管式熱交換器（第２の熱交換器）、２７…熱媒体導管（熱供給手段）、３２…湿式摩砕機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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