(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
植物資源にフェノールを収着したフェノール収着原料と濃酸とを反応させ、得られた被処理液にフェノールを加えてリグノフェノール誘導体を抽出する濃酸処理部であって、
上記濃酸処理部は、フェノール収着原料と濃酸とを反応させて被処理液とする反応部と、被処理液にフェノールを加えてリグノフェノール誘導体を含む混合溶液を抽出する攪拌抽出部とから構成され、
上記反応部は、反応器本体と該反応器本体内に設けられた攪拌羽根とを有し、
上記反応器本体は、筒芯を水平にする円筒で成り、一端側にフェノール収着原料の導入口、他端側に被処理液の液出口を備え、
上記攪拌羽根は、上記反応器本体内に設けられた回転軸の周りに基端が固定され、上記回転軸から上記反応器本体の内周面に向けて放射方向に延び、櫛歯形状の羽根先端を有し、且つ、一の羽根先端と他の羽根先端とが千鳥配列してずれており、
上記羽根先端と上記反応器本体の内周面とのクリアランスが、濃酸と反応して高粘性の塊状となったフェノール収着原料を圧延し細分化しうる寸法に設定される、濃酸処理部。
【請求項２】
前記攪拌抽出部は、筒軸方向が上下方向である抽出用円筒状容器と、
該抽出用円筒状容器内に設けられた回転軸と、
該回転軸の筒軸方向に並んで設けられた外径が上記筒状容器の内面に近接しかつ被処理液を通流させる小孔を有する複数の円形板状の堰板と、
該堰板間に位置して被処理液を攪拌する抽出用攪拌羽根と、
上記抽出用円筒状容器の一側に各堰板間に対応し長尺方向に並んで設けられた複数の注入口と、
上記抽出用円筒状容器の他側に各堰板間に対応し長尺方向に並んで設けられた複数の液出口と、を備え、
前記反応部より送出された被処理液が適宜選択された上記注入口の１つから上記抽出用円筒状容器に導入され、
フェノールが適宜選択された上記液出口の１つから上記抽出用円筒状容器に導入され、
被処理液とフェノールの混合溶液が、適宜に選択された上記液出口の別の１つから送出される、請求項１に記載の濃酸処理部。
【請求項３】
前記攪拌抽出部は、さらに前記被処理液の導入口に前記回転軸に設けられた圧送用羽根を有し、該圧送用羽根が回転されて、前記被処理液の導入口から導入された被処理液を攪拌しつつ前記液出口の方向へ圧送する、請求項２に記載の濃酸処理部。
【請求項４】
前記攪拌抽出部は、
筒軸方向が水平方向である抽出用円筒状容器と、
抽出用円筒状容器内に設けられた回転軸と、
抽出用円筒状容器内に筒軸方向に並んで設けられた円環状の複数の堰板と、
各堰板間に位置して回転軸に設けられた抽出用攪拌羽根と、
抽出用円筒状容器の一端に設けられた被処理液導入口と、
抽出用円筒状容器の中途に設けられた複数の抽出用フェノール注入口と、
抽出用円筒状容器の他端に設けられた被処理液とフェノールとの混合溶液の液出口と、を有する、請求項１に記載の濃酸処理部。
【請求項５】
前記抽出用円筒状容器の下部の各堰板間の位置に、液回収又はフェノール注入のために適宜使用する液出入口を有する、請求項４に記載の濃酸処理部。
【請求項６】
前記被処理液の導入口に圧送用羽根がさらに設けられている、請求項５に記載の濃酸処理部。
【請求項７】
植物資源に由来する原料を脱脂後、フェノールを加えてフェノール収着原料とする原料前処理部と、請求項２〜６のいずれかに記載の濃酸処理部とを含む、植物資源相分離系変換装置。
【請求項８】
植物資源に由来する原料を脱脂後、フェノールを加えてフェノール収着原料とする原料前処理部と、
請求項２〜６のいずれかに記載の濃酸処理部と、
濃酸処理部から送出されたリグノフェノール誘導体含有混合溶液をフェノール溶液と濃酸溶液との比重差を利用して、リグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液とに液液分離して各別のタンクに回収する回収部とからなる、植物資源相分離系変換装置。
【請求項９】
フェノール収着原料と濃酸とを反応させて被処理液とする反応工程と、被処理液にフェノールを加えてリグノフェノール誘導体を含む混合溶液を抽出する攪拌抽出工程とからなるフェノール収着原料の濃酸処理方法であって、
上記反応工程において、濃酸との反応によって高粘性の塊状となったフェノール収着原料を反応器本体内面に近接して回転される攪拌羽根の羽根先端と反応器本体内面とで圧延し細分化する、濃酸処理方法。
【請求項１０】
植物資源を脱脂し、フェノールを加えてフェノール収着原料とする原料前処理工程と、得られたフェノール収着原料と濃酸とを反応させて被処理液とする反応工程と、被処理液にフェノールを加えてリグノフェノール誘導体を含む混合溶液を抽出する攪拌抽出工程と、混合溶液をフェノール溶液と濃酸溶液との比重差を利用して、リグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液とに液液分離して各別のタンクに回収する処理を行う回収工程とを含む植物資源相分離系変換方法であって、
上記反応工程において、濃酸との反応によって高粘性の塊状となったフェノール収着原料を反応器本体内面に近接して回転される攪拌羽根の羽根先端と反応器本体内面とで圧延し細分化する、植物資源相分離系変換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リグノセルロース系複合材料である植物資源から糖質とリグノフェノール誘導体とに分離し回収しうる植物資源相分離系変換装置及び変換方法、該変換装置及び変換方法に用いる濃酸処理部及び濃酸処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
植物資源を石油の代替工業原料として有効に利用するためには、植物資源を分子素材として活用する必要があり、分子レベルで高度に複合化された植物体の各構成成分について分子機能を活かした状態で効率よく分離することが重要となる。【０００３】
例えば、木材は、構造及び性質の全く異なる炭水化物とリグニンの複合体である。木材を炭水化物とリグニンの２成分に分離する手法として、オルガノソルプ法やソルボリシス法などが提案され、前処理方法として、爆砕法、オートハイドロリシス法などが提案されている。しかし、これらの方法による成分分離は、高エネルギーを必要とし、しかも分離は完全には進行しない。これは、細胞壁中で、炭水化物とリグニンとが複雑に絡み合っていることによる。さらに、上記の分離手法は、高エネルギー付加時にリグニンが大きく変質し、その後の利用が困難となる。
したがって、リグニン本来の特性を破壊することなく完全な成分分離を達成するためには、構成素材個々に最適環境を設定し、低エネルギー条件下で両者の絡まりを解くことが必要である。【０００４】
木材の組織構造を分子レベルで破壊する一つの方法は、硫酸による処理である。例えば濃硫酸処理によってセルロースは膨潤しさらに部分的な加水分解および溶解を生じ、結果として細胞壁構造が破壊される。濃硫酸による木材の加水分解手法は、すでに技術的にはほぼ確立されており、さらに成分分離という意味において完璧かつ安価な方法である。【０００５】
しかし、木材の完全利用を目指した成分分離手法として、濃硫酸による木材の加水分解手法は、縮合によるリグニンの不活性化という重大な欠点を有する。この種の高縮合リグニンは分子が剛直であるため、通常、構造修飾による活性化あるいはその解重合は困難であり、これが酸加水分解を核とする木材工業がこれまで成立しなかった理由の一つである。濃酸処理過程におけるリグニンの不活性化は、反応系にリグニンに対する媒体がないことに基づく。【０００６】
植物体の主たる構成成分である細胞壁構成成分、すなわち、リグニンとセルロースやヘミセルロースなどとのリグノセルロース系複合材料を、フェノールと濃酸とを用いて分離・誘導体化する技術がある（例えば、特許文献１及び２参照）。【０００７】
フェノール誘導体、例えば、クレゾールはリグニンの良溶媒であり、しかもその反応性はリグニン芳香核のそれに類似している。クレゾールはリグニンとの親和性が高く、反応系において常にリグニンと共存する。反面、クレゾールは濃酸とほぼ混合しない。そこで、木粉をまずクレゾールで処理し、木粉内部にクレゾールを十分浸透させる。その後、混合物を室温で激しく撹拌しながら、炭水化物との親和性が高い濃酸を加えると、先ずセルロースが速やかに膨潤し、これによって木粉の組織構造が破壊され、セルロースは更に加水分解される。リグニンは濃酸と混合しないクレゾールによって取り囲まれているので、濃酸が加えられた時点ではリグニンの酸との接触は可及的に抑制される。攪拌により酸がクレゾール中に混入し、リグニンのベンジル位にフェノールが結合しリグノフェノール誘導体が生成する。【０００８】
リグノフェノール誘導体はクレゾール溶液に含まれており、またセルロースの加水分解物は濃酸溶液中に含まれている。クレゾールを留去することにより、ＭＷＬ（Milled Wood Lignin）よりも明色で活性なリグノフェノール誘導体が得られる。他方、酸溶液中には炭水化物がグルコース等の単糖、オリゴ糖、ポリマーとして含有されている。
処理過程でリグニンは部分的に解重合されるが、その際生成したカルボニウムイオンはクレゾールにより速やかに安定化され、リグニンの自己縮合は抑圧される。処理後、撹拌を停止することにより、反応混合物は速やかにクレゾール溶液と濃酸溶液とに分離する。【０００９】
このような技術においては、リグニンとセルロースを完全分離するために、相分離系変換という手法を用いている。すなわち、予め、リグノセルロース系複合材料をフェノール化合物で溶媒和させておいた上で、リグノセルロース系材料を酸と接触させることにより、リグニンにフェノール化合物を選択的に酸に対しグラフトさせると同時に、酸でセルロースを膨潤させさらに加水分解し溶解させ、リグニンとセルロースを分離するというものである。また、これらの方法において、分離効率を改善する技術もある（特許文献３）。【００１０】
さらに、特許文献２には、リグノフェノールを成形体の成分として用い、しかも、成形体として使用が済んだ場合においても、リグノフェノールが有機溶媒に可溶であることから、再度有機溶媒で回収して再利用できることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平２−２３３７０１号公報
【特許文献２】特開平９−２７８９０４号公報
【特許文献３】特開２００１−１３１２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
リグニン含有材料から上記した相分離系変換を伴う構造変換によりリグニン誘導体を得ようとする場合、リグニン誘導体の収率、分子量、フェノール化合物の導入率等をある程度制御できることが望まれる。特に、リグニン誘導体と糖質を工業的に得ようとする場合は、効率的な反応をさせるための連続処理が可能な植物資源相分離系変換装置が必要となる。【００１３】
本発明は、上記課題に鑑み案出されたもので、リグノセルロース系材料を、リグニン誘導体と糖質に変換し、分離するに際して、植物資源からリグニン誘導体と加水分解された糖質とを効率よく連続して製造し得る植物資源相分離系変換装置及び変換方法、該変換装置及び変換方法に好ましく適用できる濃酸処理部及び濃酸処理方法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】
【００１４】
本発明者等は鋭意研究を重ねたところ、植物資源としてのリグノセルロース系材料をセルロースとリグニン誘導体とに分離するにあたり、分離変換に必要とされるファクターを検討し、リグニンに親和性の高い媒体であるフェノール誘導体との親和工程、リグニン−セルロース複合体からの成分分離媒体であり反応媒体でもある酸性媒体との接触工程に着目し、反応媒体でもある酸性媒体とフェノール収着原料との混合溶液中の反応を、所定の温度で連続的に行う装置構成と、この反応により得た誘導体を効率的に回収し得る方法に想到し、本発明に至った。【００１５】
上記目的を達成するため、本発明の濃酸処理部は、植物資源に由来する原料を溶媒で脱脂しさらに収着用フェノール類を収着してなるフェノール収着原料を導入し、フェノール収着原料から、リグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液との混合溶液として送出する濃酸処理部であって、反応部と攪拌抽出部とを有してなり、反応部が、フェノール収着原料と濃酸とを攪拌混合しフェノール収着原料に含まれているセルロースを膨潤させフェノール収着原料に含まれているリグニンのリグノフェノールへの変換を行い、さらに、セルロースの一部を加水分解させる処理を行い、攪拌抽出部が、反応部から送出された被処理液を導入し抽出用フェノール類を加え攪拌し濃酸溶液中に分散しているリグノフェノールを抽出用フェノール類中に溶解抽出させる処理を行う、ことを特徴とする。【００１６】
上記した濃酸処理部は、攪拌抽出部が、反応部より送出された被処理液を抽出用円筒状容器の一端側より導入し、かつ、複数の注入口の適宜の一つを選択して抽出用フェノール類を注入し、容器内の被処理液を複数段階に堰き止めてかつ各堰止位置で攪拌し、複数の液出口の適宜の一つを選択してリグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液との混合溶液として送出する構成であることが好ましい。【００１７】
本発明の濃酸処理部は、反応部が、攪拌初期に高粘性の塊状となるフェノール収着原料を攪拌羽根の羽根先端と反応器本体内面とで圧延し細分化する構成であることが好ましい。さらに、本発明の濃酸処理部は、反応部が、反応器本体と、反応器本体の中心と通して設けられた回転軸と、回転軸を高速で駆動回転するモータと、回転軸に放射方向に設けられており羽根先端が櫛歯状で容器内周面に近接している複数の攪拌羽根と、反応器本体の一端側に設けられたフェノール収着原料の導入口と、反応器本体の他端側に設けられた被処理液の液出口とを有し、導入口より反応器本体内にフェノール収着原料を導入し濃酸を加えて攪拌混合する攪拌機構造であることが好ましい。【００１８】
本発明の濃酸処理部は、攪拌機が、筒軸方向が上下方向である抽出用円筒状容器と、抽出用円筒状容器の中心に通して設けられた回転軸と、回転軸を駆動回転するモータと、回転軸に設けられていて外径が筒状容器の内面に近接しかつ被処理液を通流させる小孔を有する複数の堰板と、堰板間に位置して回転軸に設けられていて堰板間の被処理液を攪拌する抽出用攪拌羽根と、抽出用円筒状容器に設けられた被処理液の導入口、抽出用フェノール類を注入するための適宜の一つが選択される複数の注入口及び混合溶液を送出するための適宜の一つが選択される複数の液出口を有してなり、攪拌機を、単数又は複数段処理を行うように複数備え、単数の攪拌機又は複数の攪拌機の中の最下流側の攪拌機が、被処理液と抽出用フェノール類とが攪拌する攪拌抽出部として構成されていることが好ましい。【００１９】
本発明の濃酸処理部は、攪拌抽出部が、筒軸方向が水平方向である抽出用円筒状容器と、抽出用円筒状容器の中心に通して設けられた回転軸と、回転軸を駆動回転するモータと、抽出用円筒状容器内壁に筒軸方向に並んで設けられた円環板である複数の堰板と、各堰板間に位置して回転軸に設けられ各堰板間の被処理液を攪拌する抽出用攪拌羽根と、抽出用円筒状容器の一端に設けられた被処理液導入口と、抽出用円筒状容器の中途に設けられた抽出用フェノール注入口と、抽出用円筒状容器の他端に高さを相違して設けられた混合溶液を送出するための複数の液出口と、を有してなる攪拌機で構成されていることが好ましい。【００２０】
本発明の植物資源相分離系変換装置は、植物資源に由来する原料を溶媒で脱脂しさらに収着用フェノール類を収着してなるフェノール収着原料とする原料前処理部と、上記何れかの構成の濃酸処理部と、濃酸処理工程で精製されたリグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液との混合溶液について、フェノール溶液と濃酸溶液との比重差を利用して、リグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液とに液液分離して各別のタンクに回収する回収部と、からなることを特徴とする。【００２１】
本発明の濃酸処理方法は、植物資源に由来する原料を溶媒で脱脂しさらに収着用フェノール類を収着してなるフェノール収着原料を導入し、フェノール収着原料から、リグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液との混合溶液として送出する濃酸処理方法であって、反応部と攪拌抽出部とを有してなり、反応部が、羽根先端が反応器本体内面に近接して回転される攪拌羽根を備えた反応器本体に、フェノール収着原料を導入し濃酸を加え攪拌混合し攪拌初期に高粘性の塊状となるフェノール収着原料を攪拌羽根の羽根先端と反応器本体内面とで圧延し細分化しつつ、フェノール収着原料に含まれているセルロースを膨潤させフェノール収着原料に含まれているリグニンのリグノフェノールへの変換を行い、さらに、セルロースの一部を加水分解させる処理を行い、攪拌抽出部が、反応部から送出された被処理液を導入し抽出用フェノール類を加えて攪拌し濃酸溶液中に分散しているリグノフェノールを抽出用フェノール類中に溶解抽出させる処理を行うことを特徴とする。【００２２】
本発明の植物資源相分離系変換方法は、原料前処理工程と、濃酸処理工程と、回収工程とを有してなり、原料前処理工程は、原料前処理部に植物資源を収容し溶媒を加えて攪拌し脱脂して脱脂原料とし、脱脂原料にフェノール類を加えて攪拌しフェノール収着原料とし、濃酸処理工程は、反応部と攪拌抽出部とを有してなり、反応部が、羽根先端が反応器本体内面に近接して回転される攪拌羽根を備えた反応器本体に、フェノール収着原料を導入し濃酸を加えて攪拌混合し攪拌初期に高粘性の塊状となり反応器本体内面に付着するフェノール収着原料を攪拌羽根の羽根先端で圧壊することで、フェノール収着原料に含まれているセルロースを膨潤させフェノール収着原料に含まれているリグニンのリグノフェノールへの変換を行い、さらに、セルロースの一部を加水分解させる処理を行い、攪拌抽出部が、反応部から送出された被処理液を導入し抽出用フェノール類を加えて攪拌し濃酸溶液中に分散しているリグノフェノールを抽出用フェノール類中に溶解抽出させる処理を行い、回収工程は、濃酸処理工程で精製されたリグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液との混合溶液について、フェノール溶液と濃酸溶液との比重差を利用して、リグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液とに液液分離して各別のタンクに回収することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の濃酸処理部並びに濃酸処理方法によれば、反応部と攪拌抽出部とを有し、反応部で、フェノール収着原料と濃酸とを攪拌混合しフェノール収着原料に含まれているセルロースを膨潤させフェノール収着原料に含まれているリグニンのリグノフェノールへの変換を行い、さらに、セルロースの一部を加水分解させる処理を行い、攪拌抽出部で、反応部から送出された被処理液を導入し抽出用フェノール類を加えて攪拌し濃酸溶液中に分散しているリグノフェノールを抽出用フェノール類中に溶解抽出させる処理を行うので、フェノール収着原料から、リグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液との混合溶液として生成を円滑に行うことができる。【００２４】
本発明の植物資源相分離系変換装置によれば、上記濃酸処理部を採用しているので、植物資源であるリグノセルロース系材料から、有用なリグノフェノールなどのリグニン誘導体を連続的に抽出して糖を分離することができる。【００２５】
本発明の植物資源相分離系変換方法によれば、上記濃酸処理部を採用しているので、植物資源であるリグノセルロース系材料を濃酸で加水分解し、さらに抽出用フェノール類を加えて連続的に反応させる工程を、一定の温度で連続的に処理することによって、有用なリグノフェノールなどのリグニン誘導体及び糖を、エネルギー消費の少ない常温で連続的に効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る植物資源相分離系変換装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の変換装置の反応部の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】図２及び図１３におけるIII−III断面図である。
【図４】図１の変換装置の攪拌バッファ槽の構成を模式的に示す図である。
【図５】図１の変換装置の攪拌抽出部の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】図１の変換装置の分離抽出器の構成を示す模式的な部分断面図である。
【図７】図１の変換装置の液液分離抽出器の構成を示す模式的な部分断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る植物資源相分離系変換装置の構成を示すブロック図である。
【図９】図８の変換装置の振動反応器を示す模式的な部分断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態に係る植物資源相分離系変換装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】本発明の第４の実施形態に係る植物資源相分離系変換装置の構成を示すブロック図である。
【図１２】本発明の第５の実施形態に係る植物資源相分離系変換装置の構成を示すブロック図である。
【図１３】図１２の変換装置の反応部の構成を示す断面図である。
【図１４】図１２の変換装置の攪拌抽出部の断面図である。
【図１５】図１４図におけるXV−XV断面図である。
【図１６】図１２の変換装置の液液分離抽出器の構成を示す模式的な部分断面図である。
【図１７】本発明の第６の実施形態に係る植物資源相分離系変換装置の回収部の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
〔植物資源相分離系変換装置の概略の全体構成〕
図１に示すように、植物資源相分離系変換装置１は、原料前処理部２と濃酸処理部３と回収部４とを有して構成される。
【００２８】
原料前処理部２は攪拌乾燥釜１０を有し、この攪拌乾燥釜１０に、例えば自然乾燥させた、リグノセルロース複合体である木粉や草花、パルプなどの植物資源に由来する原料（以下、単に原料という）１５を供給すると共に、クレゾール等の収着用フェノール類１３やアセトンやアルコール等の溶媒１４を供給し原料１５中のリグニンを収着用フェノール類１３により溶媒和し、フェノール収着原料１６を生成する。フェノール収着原料とは、リグノセルロース複合体にフェノール類を浸み込ませることでリグニンがフェノールにより溶媒和された状態の原料と定義する。フェノールがクレゾールの場合には、クレゾール収着木粉と称する。
【００２９】
濃酸処理部３は、水平形の反応部２０と竪形の攪拌抽出部２５とを有し、この反応部２０に、原料前処理部２で生成したフェノール収着原料１６を供給すると共に、濃酸供給部２１から送液ポンプ３０を介して濃酸２１Ａを供給して攪拌しフェノール収着原料１６を濃酸処理し液体と固形物との混合溶液（以後、この段階の混合溶液のことを特に被処理液と称する。）とし、さらに被処理液を攪拌抽出部２５に導入し、ここで抽出用フェノール類３３を加えて攪拌し、リグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液との混合溶液として送出する。
攪拌抽出部２５は、反応部２０より送出された被処理液を抽出用円筒状容器２５Ａの一端側より導入し、かつ、複数の注入口２５Ｈの適宜の一つを選択して上記抽出用フェノール類を注入し、容器内の被処理液を複数段階に堰き止めてかつ各堰止位置で攪拌し、複数の液出口２５Ｉの適宜の一つを選択してリグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液との混合溶液として送出するようになっている。
【００３０】
回収部４は、液液分離抽出器４０を有し、この液液分離抽出器４０に、濃酸処理工程で精製されたリグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液との混合溶液を導入し、フェノール溶液と濃酸溶液との比重差を利用して、リグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液とに液液分離して各別のタンクに回収する。
以下、原料前処理部２、濃酸処理部３及び回収部４の構成を各部毎に説明する。
【００３１】
〔原料前処理部２の構成〕
図１に示すように、原料前処理部２は、攪拌乾燥釜１０を含んで構成される。攪拌乾燥釜１０は、原料に対する攪拌乾燥を行う釜本体１０Ａと、釜本体１０Ａの底部に送出管１０Ｂで接続されたストック部１０Ｃと、釜本体１０Ａ内に備えられた攪拌羽根（図示せず）と、攪拌羽根を駆動する駆動源（図示せず）とを備えて構成される。さらに、攪拌乾燥釜１０は、上部に原料（木粉）を供給する原料供給フィーダ１１と、収着用フェノール類１３や溶媒１４を供給するための導入口である薬剤供給部１２とが接続され、下部に薬剤回収部１７が設けられている。
ここでのフェノール類の供給は、フェノール収着のためである。フェノール収着は、リグニンをフェノールで溶媒和することによりリグニンと酸との接触頻度の抑制と、リグニンが酸と接触した場合、リグニンの最も反応活性なベンジル位へフェノールをグラフティングさせ、安定化させると共にフェノール活性を上げるためである。
ここでのフェノール類の供給量は、木材の粉体中に含まれるリグニンを、リグノフェノール誘導体に合成するために必要な量とし、溶媒と共に使用される。
フェノール使用量をできるだけ少なくして脱脂木粉に直接含浸させると液量が少ないためにムラができてしまう。そこで、木粉が十分に漬かる量のアセトンにフェノールを溶かした後、脱脂木粉に加え、攪拌後、アセトンを留去する。このようにすると、フェノール使用量をできるだけ少なくしかつ均一に含浸させることができる。
リグノフェノール誘導体とは、フェニルプロパン骨格のＣ１（ベンジル位）にフェノール誘導体が結合した１，１−ビス（アリール）プロパン−２−Ｏ−アリールエーテル型構造を有する化合物である。
フェノール類として、１価、２価及び３価のいずれのフェノールを用いても良い。木粉に含まれるリグニンとフェノール誘導体とにより合成されるリグノフェノール誘導体の疎水性は、リグノモノフェノール誘導体（１価のフェノール）の疎水性が最も高い。１価のフェノールとしては、フェノール、クレゾールなどのアルキルフェノール、メトキシフェノール、ナフトールなどを挙げることができる。したがって、疎水性成形体の合成には１価のフェノールとしてクレゾールを用いるのが好ましい。
【００３２】
攪拌乾燥釜１０に、原料（ここでは自然乾燥させた木粉を用いる。）１５と溶媒（ここではアセトンを用いる。）１４とが投入されると、攪拌を行う。これにより、原料１５は油脂分を取り除かれる。その後、攪拌乾燥釜１０は、収着用フェノール類（ここではクレゾールを用いる。）１３と溶媒１４とからなる溶液が投入されると、さらに攪拌を行う。これにより、原料１５中のリグニンは、収着用フェノール類により溶媒和される。このとき、原料１５の大きさは、クレゾールを十分に収着させるために２０〜８０メッシュ程度が好ましく、さらに２０〜６０メッシュ程度が一層好ましい。
その後、アセトンを留去させることによりフェノール類が収着した木粉、すなわちフェノール収着原料１６を得ることができる。
【００３３】
攪拌乾燥釜１０において用いられ薬剤回収部１７より回収される回収薬剤（使用済の溶媒及び収着用フェノール類）１８は、分離精製して再利用することができる。これにより、溶媒１４の使用量を削減することができる。
【００３４】
〔濃酸処理部３の構成〕
濃酸処理部３は、原料前処理部２で生成したフェノール収着原料１６を供給すると共に、濃酸供給部２１から送液ポンプ３０を介して濃酸２１Ａを供給して攪拌しフェノール収着原料１６を濃酸処理し液体と固形物との混合溶液（以後、この段階の混合溶液のことを特に被処理液と称する。）とする。
この濃酸処理部３は、攪拌乾燥釜１０で処理され送出通路１９より送出されるフェノール収着原料１６を導入する反応部２０と、濃酸（例えば濃硫酸）を貯留していて一定量の濃酸を反応部２０に供給する濃酸供給部２１と、反応部２０で処理され送出する液体と固形物との被処理液を導入して所要時間攪拌を行う攪拌バッファ槽２２と、攪拌バッファ槽２２から送出される被処理液を導入しかつ抽出用フェノール類を導入して攪拌し、リグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液との混合溶液とする攪拌抽出部２５と、を含んで構成されている。
【００３５】
図２に示すように、反応部２０は、反応部本体２０Ａと、モータ２０Ｄと、モータ２０Ｄで回転される回転軸２０Ｂと、回転軸２０Ｂに固定された圧送用羽根２０Ｊ及び攪拌羽根２０Ｃと、フェノール収着原料の入口２０Ｅ及び被処理液の出口２０Ｇと、濃酸の注入口２０Ｅとを有してなる。
反応部２０には、攪拌乾燥釜１０で処理され送出されたフェノール収着原料１６を入口２０Ｅより供給すると共に、濃酸供給部２１に貯留された濃酸２１Ａを送液ポンプ３０によって注入口２０Ｅより供給する。濃酸としては、例えば、６５〜７２重量％の濃度の濃硫酸を用いるのが好ましい。なお、複数の攪拌乾燥釜１０でそれぞれ処理したフェノール収着原料１６を貯めておいて、フェノール収着原料１６を回収し纏めてホッパーに投入しホッパーを介して反応部２０に供給しても良い。
【００３６】
反応部２０は、入口２０Ｅから本体部２０Ａ内に流入したフェノール収着原料１６と、注入口２０Ｅから本体部２０Ａ内に流入した濃酸２１Ａと、を攪拌羽根２０Ｃの回転によって攪拌しフェノール収着原料（フェノール収着木粉）１６が濃酸２１Ａで加水分解され液体と固形物との混合状態の被処理液となる。攪拌羽根２０Ｃの羽根先端２０Ｃ’と反応器本体２０Ａの内周面とのクリアランスｑを、例えば１ｍｍと小さく設定してある。これは、攪拌初期に高粘性の塊状となる上記フェノール収着原料を上記攪拌羽根の羽根先端と反応器本体２０Ａ内面とで圧延し細分化するためである。
【００３７】
反応部２０の本体部２０Ａの周囲には、冷却水入口２０Ｈ及び冷却水出口２０Ｉを有する冷却機構を備えており、冷却機構は、チラーユニット３６（図１参照）から送出される冷却水を冷却水入口２０Ｈより導入し冷却機構内部に通流させ冷却水出口２０Ｉより流出することによって本体部２０Ａを２０℃以上４０℃よりも低い温度となるように冷却する。加水分解時の温度を２０℃以上４０℃としたのは、４０℃以上では反応が進みすぎるので好ましくなく、また２０℃よりも低いとフェノール収着原料１６と固形分との混合溶液である被処理液の粘度が増大したり、固化したりするので好ましくないからである。
【００３８】
反応部２０がフェノール収着原料１６と濃酸２１Ａとを攪拌し反応させると、フェノール収着原料１６に含まれているセルロースが膨潤する。これにより、混合液は攪拌の初期に粘性を大きくする。膨潤したセルロースは、濃酸２１Ａによって加水分解され、これにより、混合液は粘性を低下する。反応部２０は、本体部２０Ａにモータ２０Ｄで回転される攪拌羽根２０Ｃを有しているので、フェノール収着原料１６と濃酸２１Ａとの反応を促進し、初期混練効率を向上させる。
これにより、反応部２０では、攪拌されたフェノール収着原料１６が濃酸２１Ａにより加水分解され、一方、フェノール収着原料１６から分離したリグニンが活性な側鎖ベンジル位でフェノール化されリグノフェノールに変換される。
【００３９】
反応部２０は、濃酸処理されたフェノール収着原料１６が所定の処理量に達すると、開閉弁２０Ｊを開弁して攪拌バッファ槽２２へ送出する。図４に示すように、攪拌バッファ槽２２は、槽本体（容器：符号無し）と、この槽本体に入口２２Ａと出口２２Ｂと液面センサ２２Ｃと温度調節器２２Ｄとを備えてなる。温度調節器２２Ｄは、例えば加熱用ヒータを備えて構成され、上記した２０℃から４０℃程度の温度に調節する。
攪拌バッファ槽２２は、反応部２０から送出された被処理液を入口２２Ａを通して槽本体内に貯留し、該被処理液の液面を液面センサ２２Ｃで監視すると共に、被処理液を温度調節器２２Ｄで一定の温度に保持する。
図１に示す送液ポンプ３１は、攪拌バッファ槽２２の槽本体内に貯留するフェノール収着原料１６及び濃酸２１Ａ等からなる混練物である固液混合溶液を常に一定の液面に保つようにして出口２２Ｂより連続的に攪拌抽出部２５へ送出する。
これにより、攪拌バッファ槽２２は、低温の場合などに配管内部で生じる固液混合溶液の固化等を効果的に防止する役目を果たす。
【００４０】
図１に示すように、送液ポンプ３１は、攪拌バッファ槽２２内の被処理液を攪拌抽出部２５へ連続的に送出する。また送液ポンプ３２は、タンク３３Ａに貯留されている抽出用フェノール類（クレゾール）３３を開閉弁３３Ｂを介して攪拌抽出部２５へ送出する。抽出用フェノール類３３は、リグニンから変換され濃酸処理液中に存在するリグノフェノールを抽出するための溶媒である。
【００４１】
図５に示すように、攪拌抽出部２５は、上下に長い筒状容器である混合容器２５Ａと、容器内を攪拌する攪拌機構２５Ｂと、を含んで構成されている。
【００４２】
混合容器２５Ａは架台２５Ｃによって支持されている。攪拌機構２５Ｂは、混合容器２５Ａの外部に設けられるモータ２５Ｄで駆動される回転軸２５Ｅを備えている。回転軸２５Ｅには、その上部側から下部側にわたり複数の回転羽根（抽出用攪拌羽根）２５Ｆと複数の仕切り板（堰板）２５Ｇとが交互に配設されている。
【００４３】
図６に示すように、仕切り板（堰板）２５Ｇは、複数の孔２５Ｌを有する円板形状であり、混合容器２５Ａの円筒空間を円筒軸線に垂直な面でほぼ塞ぐ構造を有している。孔２５Ｌの大きさや数は、硫酸処理するフェノール収着原料１６の種類に応じて設定することができる。回転羽根２５Ｆや仕切り板２５Ｇは、濃酸やフェノール類に溶解しない材料を使用する。回転羽根２５Ｆの材料としては、弗素樹脂等を用いることができる。
【００４４】
図５に示すように、攪拌抽出部２５は、複数の注入口２５Ｈと複数の出口２５Ｉとを備え、各出口２５Ｉに対応して開閉弁２５Ｊ（図１参照）を備えている。
【００４５】
複数の注入口２５Ｈは混合容器２５Ａの上部から下部の領域にわたり設けられている。複数の注入口２５Ｈは、例えば、攪拌バッファ槽２２より送出された被処理液（フェノール収着原料１６及び濃酸２１Ａの混合溶液）を最下部の注入口２５Ｈから導入するために使用され、中段及び上部側の注入口２５Ｈのいずれかが、抽出用フェノール類３３を注入するために使用される。
【００４６】
攪拌抽出部２５は、モータ２５Ｄで回転羽根２５Ｆを回転することで、図１に示すように、混合容器２５Ａの下部の注入口２５Ｈから導入する濃酸処理されたフェノール収着原料１６と抽出用フェノール類３３とを攪拌しつつ、図６に示すように、仕切り板２５Ｇの孔２５Ｌを通して混合容器２５Ａの上部側の仕切り板２５Ｇの孔２５Ｌを順次に通流させる。
【００４７】
攪拌抽出部２５が、最下部以外の注入口２５Ｈを選択し抽出用フェノール類３３を導入する場合、選択する注入口２５Ｈの位置が上部になるほど最下部から導入されるフェノール収着原料１６及び濃酸２１Ａが上昇し到達するまでの時間が余計に必要となる。この到達時間の間は、フェノール収着原料１６及び濃酸２１Ａの混合溶液の反応が進む。従って、抽出用フェノール類３３によるリグノフェノール抽出前の酸処理時間を制御することができ、分離効率を高めることができる。例えば原料が木材の場合には、酸処理時間を長くして分解を促進させるために上部側注入口２５Ｈから抽出用フェノール類３３を導入すればよい。また、原料が草木やパルプであって、酸処理が反応部２０で十分に行われる場合には、より下部側に近い注入口２５Ｈから抽出用フェノール類３３を導入すればよい。
【００４８】
攪拌抽出部２５には、混合容器２５Ａの上部から下部の領域にわたり複数の注入口２５Ｈが設けられていると共に、複数の出口２５Ｉが設けられている。注入口２５Ｈと出口２５Ｉをそれぞれ複数有していることにより、処理するバイオマスの材料（原料１５）によって、注入口２５Ｈと出口２５Ｉを選択することができ、リグノフェノール抽出前の酸処理時間やリグノフェノール抽出時間を制御することができる。すなわち、注入口２５Ｈと出口２５Ｉがたくさんあることにより、注入口２５Ｈの選択と出口２５Ｉの選択の組み合わせがたくさんできて、トータルの反応時間を細分して制御できる。例えば、草本などの場合は、低い注入口25Hから抽出用フェノール類３３を注入し、その後中段より下の出口２５Ｉから処理液を出せば、トータルの処理時間は短縮できる。
【００４９】
攪拌抽出部２５においては、抽出用フェノール類３３を注入する前までは、攪拌乾燥釜１０にて混合された収着用フェノール類は既に被処理液中のリグニンと結合しリグノフェノールとなっているため、収着用フェノール類として存在している形態が極めて少なくなっていて、溶媒としてフェノール類がほとんど存在しない状態であり、リグノフェノールは、濃酸に溶けないで取り囲まれている。そこで、攪拌抽出部２５では、抽出用フェノール類３３を加えてリグノフェノールを抽出する。攪拌抽出部２５内に抽出用フェノール類３３を注入すると、抽出用フェノール類３３は、攪拌により濃酸に取り囲まれているリグノフェノールに接触して溶解し、濃酸から抽出できる。
【００５０】
攪拌抽出部２５において、抽出用フェノール類３３を注入した後は、リグノフェノールとフェノール類とからなる液と、濃酸と濃酸により分解されたセルロースなどからなる炭水化物の液と、の混合液となる。
【００５１】
従って、攪拌抽出部２５は、反応部２０より送出された被処理液を抽出用円筒状容器２５Ａの一端側より導入し、かつ、複数の注入口２５Ｈの適宜の一つを選択して上記抽出用フェノール類を注入し、容器内の被処理液を複数段階に堰き止めてかつ各堰止位置で攪拌し、複数の液出口２５Ｉの適宜の一つを選択してリグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液との混合溶液として送出するようになっている。
【００５２】
上述したように、攪拌抽出部２５は、攪拌バッファ槽２２から送出された被処理液と抽出用フェノール類（クレゾール）３３とを攪拌し、リグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液との混合溶液とする。攪拌抽出部２５が、フェノール収着原料１６と抽出用フェノール類３３とを所定時間攪拌すると、開弁している開閉弁２５Ｊを通して、図１に示すように、送液ポンプ３５が攪拌抽出部２５で処理された混合溶液を後述する回収部４の液液分離抽出器４０へ送出する。
【００５３】
〔回収部４の構成〕
図１に示すように、回収部４は、液液分離抽出器４０と、フェノール溶液回収タンク４４と、濃酸溶液回収タンク４５と、を含んで構成されている。
図７に示すように、液液分離抽出器４０は、例えばガラスや樹脂等からなる密閉構造の縦長の筒状容器４０ａを含んで構成されている。筒状容器４０ａの最上部にはリグニン層及び濃酸層の原料供給口４０ｂと、上部には複数の軽液排出口４０ｃと、下部には重液排出口４０ｄとが設けられている。
【００５４】
液液分離抽出器４０においては、軽液であるリグニン層（リグノフェノールと抽出用フェノール類３３とからなる層）４２が上方へ、重液である濃酸層（硫酸により分解されたセルロースなどからなる炭水化物とを含む層）４３が下方へ分離される。リグニン層４２は複数の軽液排出口４０ｃから速やかに抽出され、フェノール溶液回収タンク４４に収容される。
一方、重液であり下方へ沈殿する濃酸層４３は、液液分離抽出器４０の下部の重液排出口４０ｄ（又は下のコック）から濃酸溶液回収タンク４５に回収することができる。この濃酸層４３をさらに希釈液処理を継続することにより、該濃酸層４３に含まれている炭水化物を工業原料として有用な糖類に変換することができる。
【００５５】
本発明の実施形態に係る植物資源相分離系変換装置１によれば、３０℃前後の温度で、短時間で連続反応を行うことができ、リグノセルロース系複合体からなる植物資源を、低エネルギーで短時間にリグノフェノールと低分子量炭水化物に分離することができる。
【００５６】
（第２の実施形態）
〔植物資源相分離系変換装置の概略の全体構成〕
図８に示すように、植物資源相分離系変換装置１Ａは、原料前処理部２と、原料前処理部２から供給される前処理済の原料を濃酸処理する濃酸処理部３Ａと、この濃酸処理部３Ａで分離されたリグノフェノールを回収する回収部４と、から構成されている。第２の実施形態で、図１に示す植物資源相分離系変換装置１と異なる点は濃酸処理部３Ａの構成である。
【００５７】
〔濃酸処理部３Ａの構成〕
濃酸処理部３Ａは、反応部２０と濃酸供給部２１と第１の攪拌バッファ槽２２と第１の攪拌抽出部２３と第２の攪拌バッファ槽２４と第２の攪拌抽出部２５と振動反応器２６と第３の攪拌バッファ槽２７とを含んで構成されている。
【００５８】
反応部２０の構成は、図１及び図２に示す植物資源相分離系変換装置１の反応部２０と同一の構造・作用を有しているので、図２を流用して説明を省略する。第１の攪拌バッファ槽２２と第２の攪拌バッファ槽２４と第３の攪拌バッファ槽２７は、図４の攪拌バッファ槽２２と同じ構造・作用を有しているので、図４を流用して説明を省略する。第１の攪拌抽出部２３は、図５に示した攪拌抽出部２５と同一の構造・作用を有しているので、図５を流用して説明を簡略する。
【００５９】
第１の攪拌抽出部２３は、混合容器の下部入口２３Ｈから濃酸処理されたフェノール収着原料１６が流入する。出口２３Ｉには、開閉弁２３Ｊが設けられている。これにより、濃酸処理されたフェノール収着原料１６は、第１の攪拌抽出部２３で所定時間攪拌された後で、開閉弁２３Ｊを介して第２の攪拌バッファ槽２４に導入される。例えば、原料が硬い木材の場合には、補助的に第１の攪拌抽出部２３を設けることによって、酸処理時間を長くして加水分解を促進することができる。
【００６０】
第２の攪拌バッファ槽２４には、濃酸処理されたフェノール収着原料１６が導入されると共に、抽出用フェノール類３３が開閉弁３３Ｂを介して導入される。抽出用フェノール類３３は、タンク３３Ａから供給される。濃酸処理されたフェノール収着原料１６と抽出用フェノール類３３とは、第２の攪拌バッファ槽２４で攪拌された後、送液ポンプ３４を介して第２の攪拌抽出部２５に送出される。
【００６１】
第２の攪拌抽出部２５へは、筒状容器の下部注入口２５Ｈから濃酸処理されたフェノール収着原料１６と抽出用フェノール類３３とが流入する。
【００６２】
振動反応器２６は、濃酸処理されたフェノール収着原料１６と抽出用フェノール類３３とを、さらに反応させる機能を有している。
図９に示すように、振動反応器２６は、流路となる筒状部２６Ａの中に超音波振動子２６Ｂが挿入されており、筒状部２６Ａの外周部には冷却用配管２６Ｃが配置されて構成されている。この冷却用配管２６Ｃにより、筒状部２６Ａ内部が所定温度に冷却され、リグニンと濃酸２１Ａとの不必要な変性を抑制している。この場合、冷却温度としては３０℃以下が好ましい。筒状部２６Ａ内部は、チラーユニット３６（図１参照）から送出される冷却水によって冷却される。超音波処理を行うことによって、後述する回収部４における液液分離を行うために、硫酸層中の炭水化物への可溶化と抽出用フェノール類３３からなる溶媒中へのリグノフェノールの可溶化とを促進し、炭水化物とリグノフェノールの分離を向上させることができる。
【００６３】
振動反応器２６で処理されたフェノール収着原料１６は、所定の処理量に達すると開閉弁２６Ｄと第３の攪拌バッファ槽２７とを介して液液分離抽出器４０に送出される。第３の攪拌バッファ槽２７は、第１の攪拌バッファ槽２２と同様の構成であり、液面を監視する液面センサと混合溶液を一定の温度にする温度調節器とを備えている。これにより、振動反応器２６で反応が進んだリグニン層と濃酸層とが、第１の攪拌バッファ槽２２と同様の所定の温度にされ、常に第３の攪拌バッファ槽２７の液面が一定とされ、連続的に液液分離抽出器４０に送出される。
【００６４】
本発明の第２の実施形態に係る植物資源相分離系変換装置１Ａによれば、３０℃前後の温度で、短時間で連続反応を行うことができる。これにより、リグノセルロース系複合体からなる植物資源を低エネルギーで、短時間にリグノフェノールと低分子量炭水化物に分離することができる。図８に示す植物資源相分離系変換装置１Ａは、図１に示す植物資源相分離系変換装置１に対して、さらに、第１の攪拌抽出部２３と振動反応器２６とが追加されているので、植物などのバイオマスを利用する場合、例えば針葉樹、広葉樹等の木粉のサイズが大きい場合や硬い木粉の処理を効率良く行うことができる。
【００６５】
濃酸処理部３の、反応部２０と第１の攪拌抽出部２３と振動反応器２６との出口側には、それぞれ、第１〜第３の攪拌バッファ槽２２，２４，２７を備えているので、常にフェノール収着原料１６及び濃酸２１Ａ等からなる混練物である固液混合溶液を、一定の液面とし、かつ、所定の温度にして装置の配管内を輸送することができる。従って、低温の場合などに配管内部で生じる固液混合溶液の固化等を効果的に防止することができる。
【００６６】
第１の攪拌抽出部２３でフェノール収着原料１６を濃酸２１Ａと共に混合するので、炭水化物の加水分解反応を効果的に促進することができる。
【００６７】
第２の攪拌抽出部２５でフェノール収着原料１６及び濃酸２１Ａの混合溶液に抽出用フェノール類３３等のフェノール誘導体を加えてリグノフェノールを抽出することができる。この場合、第２の攪拌抽出部２５に複数の注入口２５Ｈと出口２５Ｉを設けることによってフェノール収着原料１６の原料や目的とするリグノフェノールの種類に応じて、リグノフェノール抽出時間等を制御することができ、リグニン層４２と濃酸層４３との分離効率を向上させることができる。
【００６８】
さらに、振動反応器２６を設けることで、反応をさらに促進させることによってリグニン層と濃酸層とを効果的に分離させることができる。
【００６９】
（第３の実施形態）
〔植物資源相分離系変換装置の概略の全体構成〕
図１０に示すように、第３の実施形態に係る植物資源相分離系変換装置１Ｂは、原料前処理部２と、原料前処理部２から供給される前処理済の原料を濃酸処理する濃酸処理部３Ｂと、この濃酸処理部３Ｂで分離されたリグノフェノールを回収する回収部４と、から構成されている。
【００７０】
〔濃酸処理部３Ｂの構成〕
図１０に示すように、濃酸処理部３Ｂは、図８に示す第２の実施形態の濃酸処理部３Ａの構成に、第１〜第３のバイパスライン５１，５２，５３を付け加えた構成である。
【００７１】
すなわち、濃酸処理部３Ｂは、反応部２０と濃酸供給部２１と第１の攪拌バッファ槽２２と第１の攪拌抽出部２３と第２の攪拌バッファ槽２４と第２の攪拌抽出部２５と振動反応器２６と第３の攪拌バッファ槽２７とを含んで構成されている。濃酸処理部３Ｂは、さらに、抽出用フェノール類３３を第２の攪拌バッファ槽２４を介さないで第２の攪拌抽出部２５の注入口２５Ｈに導入するための開閉弁３３Ｃを有する第１のバイパスライン５１と、第１の攪拌バッファ槽２２から送出される被処理液を第１の攪拌抽出部２３を介さないで第２の攪拌抽出部２５の注入口２５Ｈに導入するための開閉弁５４，５５を有する第２のバイパスライン５２と、第２の攪拌抽出部２５から送出される混合液を振動反応器２６を介さないで液液分離抽出器４０に導入するための開閉弁５６，５７を有する第３のバイパスライン５３とを備えている。
【００７２】
第１のバイパスライン５０を使用する場合は、開閉弁３３Ｂを閉弁し、開閉弁３３Ｃを開弁することによって、抽出用フェノール類３３が開閉弁３３Ｃを介して第２の攪拌抽出部２５の注入口２５Ｈに導入される。ここで、抽出用フェノール類３３は、第２の攪拌抽出部２５の注入口２５Ｈが複数ある場合には、中部から上部の導入口から注入するようにしてもよい。
【００７３】
第２のバイパスライン５２を使用する場合は、開閉弁５４を閉弁し、開閉弁５５を開弁することによって、第２の攪拌抽出部２５に、反応部２０からの処理液と共に抽出用フェノール類３３を注入して、リグノフェノールの抽出を行うことができる。このような構成によれば、植物資源が草本やパルプなどの原料の場合には、処理時間を短縮することができる。
【００７４】
第３のバイパスライン５３を使用する場合は、開閉弁５７を閉弁し、開閉弁５６を開弁することによって、第２の攪拌抽出部２５における処理液を液液分離抽出器４０に送出することができる。このような構成によれば、植物資源が草本やパルプなどの原料の場合には、処理時間をさらに短縮することができる。
【００７５】
植物資源相分離系変換装置１Ｂにおいて、第２のバイパスライン５２と第３のバイパスライン５３の両方を用いた場合には、濃酸処理部３Ｂは、反応部２０と第１の攪拌バッファ槽２２と第２の攪拌抽出部２５とから構成されており、植物資源相分離系変換装置１Ｂは、図１の植物資源相分離系変換装置１と同様の構成となる。
【００７６】
植物資源相分離系変換装置１Ｂによれば、植物資源に応じて第２のバイパスライン５２と第３のバイパスライン５３を使用することによって、植物資源が木材、草木やパルプであるかを問わず、単独の装置で処理することができる。また、酸処理や抽出用フェノール類３３によるリグノフェノールの抽出における処理時間を、植物資源に応じて変えることも可能である。
【００７７】
（第４の実施形態）
図１１に示すように、第４の実施形態に係る植物資源相分離系変換装置１Ｃは、図１に示す第１の実施形態に係る変換装置１に比べ、振動反応器２６を付け加えた点のみが相違している。振動反応器２６を付け加えたのは、分離効率を向上するためであり、振動反応器２６は、第２の実施形態に係る植物資源相分離系変換装置１Ａに示す振動反応器２６と同一である。
【００７８】
（第５の実施形態）
〔植物資源相分離系変換装置の概略の全体構成〕
図１２に示すように、第５の実施形態に係る植物資源相分離系変換装置１Ｄは、原料前処理部２Ａと、濃酸処理部３Ｃと回収部４とを有して構成される。原料前処理部２Ａは、攪拌乾燥釜１０と原料供給フィーダ１１とを備えてなる。濃酸処理部３Ｃは、反応部２０と攪拌抽出部２８とを備えてなる。回収部４は、液液分離抽出器４１とフェノール溶液回収タンク４４と濃酸溶液回収タンク４５とを含んで構成されている。
【００７９】
〔処理原理〕
植物資源相分離系変換装置１Ｄは、以下の第１工程〜第５工程で植物資源の相分離系変換処理を行う。
第１工程（原料前処理工程）：攪拌乾燥釜１０で、植物資源由来の原料（粉体）に溶媒（例えばアセトン）を加えて攪拌し脱脂して脱脂原料とし、該脱脂原料にフェノール類（例えばクレゾール）１３を加えて攪拌しフェノール収着原料１６とする。
第２工程（濃酸処理工程）：反応部２０で、フェノール収着原料１６に濃酸供給部２１から供給される濃酸（例えば濃硫酸）２１Ａを加えて攪拌混合しフェノール収着原料１６に含まれているセルロースを膨潤させてフェノール収着原料１６に含まれているリグニンのリグノフェノールへの変換を行わせ、さらに、セルロースの一部を加水分解させる処理を行い、これを被処理液として送出する。この工程では、膨潤に伴いセルロースが高い粘性を呈し混練機本体の内周面へ付着して回転羽根の回転を妨げる状態になるのを回避するために、羽根先端を混練機本体の内周面に近接させてセルロースの混練機本体の内周面への付着をそぎ落とすようにして回転羽根を高速回転し短時間にセルロースを膨潤させる。
第３工程（フェノール処理工程）：攪拌抽出部２８で、反応部２０から送出された被処理液を導入・攪拌してセルロースの加水分解とリグニンのリグノフェノールへの変換を進行させ、その後抽出用フェノール類（例えばクレゾール）３３を加えて引き続き攪拌してリグノフェノールを上記抽出用フェノール類中に抽出させる処理を行い、これにより、セルロースの加水分解物を含む濃酸溶液とリグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液との混合溶液として送出する。この工程では、攪拌抽出部２８内に堰板で構成されたダムを備えることにより、攪拌抽出部内に抽出用フェノール類３３を注入前の滞留時間（セルロースを分解するための攪拌時間）を確保すると共に、注入後の滞留時間（リグノフェノール誘導体を抽出する攪拌時間）を確保しており、それによって、植物資源が種々相違してもそれに対応する適切な処理時間を確保することができて、リグノフェノール誘導体について分子機能を活かし工業的利用が可能な形態を維持して回収することができる。
第４工程（液液分離工程）：液液分離抽出器４０Ａで、攪拌抽出部２８から送出された混合溶液を、リグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液と、セルロースの加水分解物を含む濃酸溶液とに液液分離を行う。
第５工程（溶液回収工程）：液液分離抽出器４０Ａから、リグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液を取り出しフェノール溶液回収タンク４４に回収すると共に、セルロースの加水分解物を含む濃酸溶液を取り出し濃酸溶液回収タンク４５に回収する。
以下、詳述する。
【００８０】
〔攪拌乾燥釜１０の構成〕
図１に示すように、攪拌乾燥釜１０は、原料に対する攪拌乾燥を行う釜本体１０ａと、該釜本体１０ａの底部に送出管１０Ｂで接続されたストック部１０Ｃと、釜本体１０ａ内に備えられた攪拌羽根（図示せず）と、攪拌羽根を駆動する駆動源（図示せず）と、を備えて構成される。
【００８１】
攪拌乾燥釜１０は、釜本体１０ａの上部に原料供給口１０Ｄ、溶剤供給口１２Ａ及びフェノール類供給口１２Ｂを有し、釜本体１０ａの下部に薬液回収口１７を有し、さらに、ストック部１０Ｃに送出通路１９を有している。
【００８２】
原料供給口１０Ｄには原料供給フィーダ１１が接続されている。原料供給フィーダ１１は、原料としてリグノセルロース系複合材料である木、草花、藁、竹、あるいはこれらのパルプなどを予め乾燥して細粉処理してなる植物資源由来の粉体Ａを貯留していて、スクリュー回転方式の粉体供給フィーダが使用され、植物資源由来の粉体Ａを一定の供給量となるように供給する。木粉の大きさは、反応効率を上げるために２０〜６０メッシュ以下であることが好ましい。
【００８３】
溶剤供給口１２Ａには、図示しない溶剤供給装置が接続される。溶剤供給装置は、アセトンあるいはアルコール等の溶媒を貯留していて、原料供給フィーダ１１からの原料の供給量に対し一定割合の供給量となるように溶媒を供給する。
【００８４】
フェノール類供給口１２Ｂには、例えばｍ-クレゾールあるいはｐ-クレゾールなどのフェノール類を貯留するフェノール類供給装置６が接続されている。フェノール類供給装置６は、フェノール類を貯留していて、脱脂処理の終了後に、原料供給フィーダ１１からの原料の供給量に対し一定割合の供給量となるようにフェノール類を供給する。
なお、収着に使用するフェノール類と抽出に使用するフェノール類は別のものを使用しても良い。
ここでのフェノール類の供給は、フェノール収着のためである。フェノール収着は、リグニンをフェノールで溶媒和することによりリグニンと酸との接触頻度の抑制と、リグニンが酸と接触した場合、リグニンの最も反応活性なベンジル位へフェノールをグラフティングさせ、安定化させると共にフェノール活性を上げるためである。
ここでのフェノール類の供給量は、木材の粉体中に含まれるリグニンを、リグノフェノール誘導体に合成するために必要な量とし、溶媒と共に使用される。
フェノール使用量をできるだけ少なくして脱脂木粉に直接含浸させると、液量が少ないためにムラができてしまう。そこで、木粉が十分に漬かる量のアセトンにフェノールを溶かした後、脱脂木粉に加え、攪拌後、アセトンを留去する。このようにすると、フェノール使用量をできるだけ少なくしかつ均一に含浸させることができる。
リグノフェノール誘導体とは、フェニルプロパン骨格のＣ１（ベンジル位）にフェノール誘導体が結合した１，１−ビス（アリール）プロパン−２−Ｏ−アリールエーテル型構造を有する化合物である。
フェノール類として、１価、２価及び３価のいずれのフェノールを用いても良い。木粉に含まれるリグニンとフェノール誘導体とにより合成されるリグノフェノール誘導体の疎水性は、リグノモノフェノール誘導体（１価のフェノール）の疎水性が最も高い。１価のフェノールとしては、フェノール、クレゾールなどのアルキルフェノール、メトキシフェノール、ナフトールなどを挙げることができる。したがって、疎水性成形体の合成には１価のフェノールとしてクレゾールを用いるのが好ましい。
なお、溶剤供給口１２Ａとフェノール類供給口１２Ｂのいずれかが設けられ、図示しない溶剤供給装置及び図示しないフェノール類供給装置が接続され、共通に使用される構成になっていてもよい。
【００８５】
薬液回収口１７には、図示しない溶媒回収タンクが接続されている。この溶媒回収タンクは、原料の脱脂処理のために釜本体１０ａに供給された溶媒が、原料と攪拌されることで原料に含まれていた脂質分を取り込んだ状態になり、脂質分を取り込んだ溶媒を薬液回収口１７を通して回収する。回収した溶媒は、脂質分等を分離し精製して再利用する。これにより、溶媒の使用量を削減することができる。
【００８６】
以上の構成により、攪拌乾燥釜１０は、原料前処理工程として、釜本体１０ａにおいて、一定割合で連続供給される乾燥された植物資源由来の粉体原料と溶媒とを攪拌し粉体原料を脱脂処理し脱脂原料を生成し、次いで、脱脂原料に一定割合で供給されるフェノール類を含めて攪拌し、フェノール収着原料として前処理し、フェノール収着原料をストック部１０Ｃに貯留する。
ここで、フェノール収着原料とは、リグノセルロース複合体にフェノール類を浸み込ませることでリグニンがフェノールにより溶媒和された状態の原料を称し、フェノールがクレゾールの場合には、クレゾール収着木粉と称する。
【００８７】
〔反応部２０の構成〕
図１３に示すように、反応部２０は、反応器本体２０Ａと、モータ２０Ｄと、回転軸２０Ｂと、圧送用羽根２０Ｊと、攪拌羽根２０Ｃと、フェノール収着原料の入口２０Ｅ及び被処理液の出口２０Ｇと、濃酸の注入口２０Ｆと、を有してなる。
【００８８】
反応器本体２０Ａは、円筒状に形成され、筒心が水平でありかつ筒心方向の一端にフェノール収着原料の入口２０Ｅを有しかつ筒心方向の他端に被処理液の出口２０Ｇを有する。回転軸２０Ｂは、反応器本体２０Ａの中心に通されていてモータ２０Ｄにより回転される。
【００８９】
圧送用羽根２０Ｊは、攪拌羽根２０Ｃよりも上流側に位置され、該回転軸２０Ｂの、入口２０Ｅと対応する部分に固定されていてモータ２０Ｄで回転されることによりフェノール収着原料１６と濃酸２１Ａとを軸方向へ圧送する役目を果たす。これに対し、攪拌羽根２０Ｃよりも下流側に位置して設けられた金属製で円環状の堰板２０Ｋが、被処理液の通路である攪拌羽根２０Ｃの旋回空間を狭めていて、被処理液に通流抵抗を与え、被処理液が攪拌羽根２０Ｃの旋回空間に留まらせて、ショートパス（すぐに通過してしまうこと）を少し抑制する役目を果たす。
【００９０】
図３に示すように、攪拌羽根２０Ｃは、反応器本体２０Ａの中心に通された回転軸２０Ｂに、該回転軸２０Ｂの回りに例えば４等分配置（９０度毎に異なる配置）となるように四つ有して溶接固定されている。攪拌羽根２０Ｃは、回転軸２０Ｂより放射方向に延びていて、羽根先端２０Ｃ’が櫛歯形状で、かつ羽根先端２０Ｃ’が反応器本体２０Ａの内周面に近接していると共に、一の攪拌羽根の羽根先端２０Ｃ’と他の攪拌羽根の羽根先端２０Ｃ’とが千鳥配列にずれていて、高速回転されてフェノール収着原料と濃酸の攪拌を行う役目を果たす。濃酸２１Ａの注入口２０Ｆは、圧送用羽根２０Ｊに隣接して反応器本体２０Ａに設けられている。
【００９１】
攪拌羽根２０Ｃの羽根先端２０Ｃ’と反応器本体２０Ａの内周面とのクリアランスｑを、例えば１ｍｍと小さく設定しているのは、攪拌初期に高粘性の塊状となるフェノール収着原料を攪拌羽根２０Ｃの羽根先端と反応器本体２０Ａ内面とで圧延し細分化するためである。詳述すると、フェノール収着原料に濃酸（具体的には硫酸を用いるのが好ましい。）を加えて攪拌混合すると、セルロースが膨潤し粘性を高くする。粘性の高いセルロースが反応器本体２０Ａの内周面に付着して膜厚を大きく成長すると、攪拌羽根２０Ｃの回転を大きく阻害するので、クリアランスｑを小さくすることで、反応器本体２０Ａの内周面におけるセルロースの膜が厚くなるのを阻み、攪拌羽根２０Ｃの高速回転を確保し、高い攪拌力と混練力とを有して短時間の攪拌でセルロースを効果的に膨潤できるようにすることにある。
【００９２】
反応部２０は、フェノール収着原料１６を導入し、該フェノール収着原料１６と濃酸２１Ａとを攪拌混合してフェノール収着原料１６に含まれているセルロースを膨潤させてフェノール収着原料１６に含まれているリグニンのリグノフェノールへの変換を行わせ、さらに、セルロースの一部を加水分解させる処理を行い、被処理液として送出する。リグニンのリグノフェノールへの変換とは、フェノール類によりフェノール収着原料１６に含まれるリグニンの側鎖ベンジル位がフェノール化してリグノフェノール誘導体とする反応である。
【００９３】
反応部２０は、圧送用羽根２０Ｊがフェノール収着原料１６の軸方向の送りを担持し、攪拌羽根２０Ｃがフェノール収着原料１６と濃酸２１Ａの攪拌混合を担持する。この攪拌混合は、反応温度を２０℃〜４０℃の範囲内となるように維持する必要があり、温度調節手段が付設されている。温度調節手段は、反応器本体２０Ａを取り巻いて設けられた水ジャケット２０Ｌと、水ジャケット２０Ｌに設けられた冷却水入口２０Ｈ及び冷却水出口２０Ｉと、図１に示すチラーユニット３６とからなり、チラーユニット３６から給送される冷却水が冷却水入口２０Ｈを通り、水ジャケット２０Ｌを循環して冷却水出口２０Ｉを通り、チラーユニット３６に戻る循環を行う（図１２参照）。温度調節手段は、夏場は反応熱で２０℃〜４０℃よりも高くなるので冷却を行うが、寒冷期は２０℃〜４０℃よりも低くなるので冷却水に代えて温水を流し反応温度が２０℃〜４０℃の範囲内となるように加温する。
反応温度を２０℃〜４０℃の範囲内とする意義は、加水分解時の温度が４０℃以上ではフェノールと濃酸の親和性が高くなり、反応が進みすぎるので好ましくないこと及び加水分解時の温度が２０℃よりも低いと反応効率が低下すると共にフェノール収着原料と濃硫酸との被処理液の粘度が増大し、あるいは固化して送液管が詰まるので好ましくないことに基づくものである。
【００９４】
〔攪拌抽出部２８の構成〕
図１４に示すように、攪拌抽出部２８は、抽出用円筒状容器２８ａと、モータ２８ｃと、回転軸２８ｂと、圧送用羽根２８ｄと、複数の攪拌羽根２８ｅ1〜２８ｅ５と、被処理液の液入口２８ｆ及び複数の液出口２８ｇ1〜２８ｇ４と、複数の液回収口２８ｋ1〜２８ｋ６と、薬液注入口２８ｈと、ダムを構成する複数の堰板２８ｊ1〜２８ｊ４と、を備える。
【００９５】
抽出用円筒状容器２８ａは円筒状で筒心が略水平である。回転軸２８ｂは、抽出用円筒状容器２８ａの中心に通されていてモータ２８ｃにより回転される。圧送用羽根２８ｄは、回転軸２８ｂの液入口側の端部に固定され回転されることにより反応部２０で処理した被処理液を軸方向へ圧送する役目を果たす。複数の攪拌羽根２８ｅ1〜２８ｅ５は、回転軸２８ｂより設けられ抽出用円筒状容器２８ａの空間を複数に輪切りした各輪切空間に位置され、放射方向に延びていて羽根面が軸線に平行な面であり被処理液を抽出用円筒状容器２８ａの周方向へ圧送して攪拌を行う役目を果たす。セルロースは膨潤すると粘性を増すが、加水分解され炭水化物になると粘性が低下する。このため、攪拌羽根２８ｅは、羽根先端と円筒部内周面とのクリアランスを小さく設定される必要はない。
【００９６】
液入口２８ｆは、反応部２０で処理した被処理液を導入する通路である。液出口２８ｇ1〜２８ｇ４は、高さを相違して複数設けられている。液出口２８ｇ1〜２８ｇ４には、仕切弁２８ｓ１〜２８ｓ４が設けられていて、いずれかの液出口が選択され対応する仕切弁が開弁されることで、被処理液を滞留させる液面レベルを設定することができ、被処理液の通過時間を調整することができる。
攪拌抽出部２８は、反応部２０で処理した被処理液を小流量の導入量で液入口２８ｆより抽出用円筒状容器２８ａ内へ連続して導入し、該被処理液に圧送用羽根２８ｄで送りを与え、攪拌羽根２８ｅ1〜２８ｅ５で攪拌し、抽出用フェノール類を注入され攪拌されて混合溶液となり液出口２８ｇ1〜２８ｇ４のいずれかより送出させる。
【００９７】
液回収口２８ｋ1〜２８ｋ６には、仕切弁２８ｍ1〜２８ｍ６が設けられていて全部が処理終了時に開弁されることで、攪拌抽出部２８での処理終了時に抽出用円筒状容器２８ａ内の堰板２８ｊ1〜２８ｊ４間に残る混合用液を流下させて回収することができる。液回収口２８ｋ２〜２８ｋ６は、草本など短時間処理で変換できる原料のときは、仕切弁２８ｍ２〜２８ｍ６を開くことで混合用液の出口とすることができる。
【００９８】
薬液注入口２８ｈは、液入口２８ｆから所要寸法離れた位置に設けられ、フェノール類供給装置６から給送される抽出用フェノール類を注入する。抽出用フェノール類を注入する目的は、攪拌抽出部２８内の上流側での滞留攪拌により、セルロースの加水分解を進行させ、これに伴い、リグニンのフェノール化反応を進行させリグノフェノール誘導体に変化させて、該リグノフェノール誘導体が濃酸溶液中に分散している状態において、抽出用フェノール類を注入することでリグノフェノール誘導体を濃酸溶液中から抽出用フェノール類へ移行させるためである。
なお、抽出用フェノール類の注入時期を遅らせるために、液回収口２８ｋ２〜２８ｋ５に、フェノール類供給装置６から給送される抽出用フェノール類を注入管を仕切弁を介して並列接続して、液回収口２８ｋ３〜２８ｋ５のいずれかより抽出用フェノール類を注入しても良い（図示せず）。
【００９９】
攪拌抽出部２８は、反応部２０の場合と同様に、抽出用円筒状容器２８ａを取り巻く水ジャケット２８ｐと、水ジャケット２８ｐに設けられた温度調節水入口２８ｑと温度調節水出口２８ｒと、図１に示すチラーユニット３６（共用）とからなる温度調節手段が付設されており、抽出用円筒状容器２８ａ内の反応温度が２０℃〜４０℃の範囲内となるように温度調節される。
【０１００】
図１５に示すように、堰板２８ｊ1〜２８ｊ４は、テフロン（登録商標）板よりなり、ドーナツ形状になっていて、抽出用円筒状容器２８ａの内周に設けられたフランジ２８ｉ1〜２８ｉ４に締結具（ボルト・ナット）で固定されている。堰板２８ｊ1〜２８ｊ４は、被処理液を貯留するダムを上記混練機本体内に円筒方向の配列で複数画成する。堰板２８ｊ1〜２８ｊ４は、ドーナツ形状であるので、中心孔を小さくするとダム間に溜められる液量を多くすることができ、中心孔を大きくするとダム間に溜められる液量を少なくすることができ、滞留時間を調整することができる。すなわち、堰板２８ｊ1〜２８ｊ４は、抽出用円筒状容器２８ａ内に被処理液を滞留させる複数のダムの役目を果たしている。被処理液は、圧送用羽根２８ｄによる送り込みにより、抽出用円筒状容器２８ａ内を充満しないで、堰板２８ｊ1〜２８ｊ４を順次に溢流して下流のダムに移る。
【０１０１】
攪拌羽根２８ｅ1〜２８ｅ6は、ドーナツ形状の各堰板２８ｊ1〜２８ｊ４で堰き止められた被処理液を攪拌する。攪拌羽根２８ｅ1〜２８ｅ6は、攪拌機能を有し、下流のダムへの送り出し機能は有しない。各ダムに貯留される被処理液は、それぞれ対応する攪拌羽根で攪拌されつつ上流の堰板の中心孔を通り下流のダムに流入する。各ダムでの滞留時間を長くするにはドーナツ形状の堰板２８ｊ1〜２８ｊ４の中心孔の径を小さく設け、また滞留時間を短くするには孔を大きく設けることで、滞留時間を調整することができる。
【０１０２】
抽出用フェノール類の注入位置は、図１４では上側の薬液注入口２８ｈとなっているが、抽出用円筒状容器２８ａ下側の液回収口２８ｋ1〜２８ｋ４を使用できる。従って、堰板２８ｊ1〜２８ｊ４の存在によって、被処理液が注入された薬液と混練される前の攪拌時間と、被処理液が注入された薬液と混練され混合溶液になるまでの攪拌時間の両方を制御することができるから、抽出用フェノール類を加えないでセルロースの加水分解とリグニンのリグノフェノールへの変換を適度な時間を掛けて進行させることができ、そして、抽出用フェノール類を加えてリグノフェノールを抽出用フェノール類中に抽出させる処理を適度な時間を掛けて進行させることができる。
【０１０３】
従って、攪拌抽出部２８は、反応部２０より送出された被処理液を抽出用円筒状容器２５Ａの一端側より導入し、かつ、複数の注入口（２８ｈ、２８ｋ1〜２８ｋ４）の適宜の一つを選択して抽出用フェノール類を注入し、容器内の被処理液を複数段階に堰き止めてかつ各堰止位置で攪拌し、複数の液出口（２８ｇ1〜２８ｇ４）の適宜の一つを選択してリグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液とセルロースの加水分解物を含む濃酸溶液との混合溶液として送出するようになっている。
【０１０４】
〔回収部の構成〕
図１２に示すように、回収部４Ａは、液液分離抽出器４１と、濃酸溶液回収タンク４５と、フェノール溶液回収タンク４４と、を含んで構成されている。
【０１０５】
図１６に示すように、液液分離抽出器４１は、例えばガラスや樹脂等からなる筒心方向をほぼ垂直にかつ密閉円筒状に形成された密閉構造の筒状容器４１ａと、筒状容器４１ａの最上部及び中程に設けられた、攪拌抽出部２８から送出されるリグノフェノール誘導体とフェノールとセルロースの加水分解物と濃酸とを含む混合溶液の供給口４１ｂ１，４１ｂ２と、供給管に設けられた供給側切替弁４１ｃ１，４１ｃ２と、筒状容器４１ａの中間部に設けられた複数の軽液取出口４１ｄ１〜４１ｄ４と、筒状容器４１ａの下部に設けられた重液取出口４１ｅと、軽液取出口４１ｄ１〜４１ｄ４及び重液取出口４１ｄ５の取出管に設けられた取出側切替弁４１ｆ１〜４１ｆ５、とを有してなる。なお、筒状容器４１ａへの混合溶液の供給を、筒状容器４１ａに対して横から行う供給口４１ｂ１，４１ｂ２に限定されるものでなく、筒状容器４１ａの真上から液面へ直接入れても差し支えない。この場合、混合溶液を筒状容器４１ａの内面を伝わらせて行うのが良い。
【０１０６】
液液分離抽出器４１では、攪拌抽出部２８から送出されるリグノフェノール誘導体とフェノールとセルロースの加水分解物と濃酸とを含む混合溶液が供給口４１ｂ１又は４１ｂ２から流入・貯留する。すると、セルロースの加水分解物であるグルコース等の単糖、オリゴ糖、ポリマーなどを含む濃酸溶液は重液であるため下方へ沈殿し、上側にはリグノフェノール誘導体を含む軽液のフェノール溶液が残る状態に液液分離する。
【０１０７】
液液分離抽出器４１内のフェノール溶液４２は、取出側切替弁４１ｆ１〜４１ｆ４のいずれかを開弁して軽液取出口４１ｄ１〜４１ｄ４のいずれかより速やかに抽出され、フェノール溶液回収タンク４４に収容される。液液分離抽出器４０Ａ内の下層に分離される濃酸溶液４３は、取出側切替弁４１ｆ５を開弁して重液取出口４１ｄ５から濃酸溶液回収タンク４５に回収される。濃酸溶液回収タンク４５に回収された濃酸溶液は、図示しないが、さらに希釈液処理を継続することにより、工業原料として有用な糖類に変換することができる。供給口４１ｂ１より混合溶液を供給するときは、液液分離抽出器４１の液液分離はバッチ処理になり軽液取出口４１ｄ１〜４１ｄ４から分子量を概略分けてフェノール溶液を抽出でき、供給口４１ｂ２より混合溶液を供給するときは、軽液取出口４１ｄ１からフェノール溶液を連続抽出できる。
【０１０８】
この実施形態によれば、反応部２０において、反応器本体２０Ａの内周面に沿った環状空間内を高速回転する攪拌羽根２０Ｃによって、フェノール収着原料１６と濃酸２１Ａとを攪拌混合する。攪拌羽根２０Ｃは、攪拌によりフェノール収着原料に含まれているセルロースを濃酸と接触させる。セルロースの膨潤は、濃酸と接触することで生じる。攪拌羽根２０Ｃは、反応器本体２０Ａの内周面とのクリアランスｑが小さいので、膨潤し粘性を増したセルロースが混練機本体の内周面へ付着し厚膜に成長することを阻むことができ、高速回転を維持することができる。このため、セルロースを短時間で膨潤させることができる。攪拌羽根２０Ｃは、膨潤したセルロースを強力な攪拌・混練力で練り込み、膨潤したセルロースの部分加水分解を行い、粘性を低下させる。このとき、同時にリグニンのリグノフェノールの変換を速やかに行う。
【０１０９】
そして、攪拌抽出部２８では、反応部２０で処理した被処理液を抽出用円筒状容器２８ａ内に導入し、抽出用フェノール類を注入するまでの間の攪拌時間と、注入後の攪拌時間を、装置がコンパクトでありながら必要十分に確保し得る。攪拌抽出部２８では、上流側で反応部２０の処理の延長の攪拌を行って、セルロースの加水分解とリグニンのリグノフェノールへの変換を必要な反応時間を掛けて進行させることができ、下流側では抽出用フェノール類３３を加えて引き続き攪拌してリグノフェノールを抽出用フェノール類中に抽出させる処理を行うことができ、リグノフェノール誘導体とセルロースの加水分解物と濃酸とフェノール類を含む混合溶液として送出することができる。
【０１１０】
上記実施形態に係る植物資源相分離系変換装置１、１Ａ〜１Ｄによれば、リグノセルロース系複合材料である植物資源から、リグノフェノール誘導体を含むフェノール溶液と、セルロースの加水分解物であるグルコース等の単糖、オリゴ糖、ポリマーなどを含む濃酸溶液とに、各構成成分について分子機能を活かした状態で効率良く分離回収することができ、特に、植物資源が種々相違してもリグノフェノール誘導体について分子機能を活かし工業的利用が可能な形態を維持して回収することができる。
また上記実施形態に係る植物資源相分離系変換装置によれば、植物資源である木材、特に針葉樹等、草花、藁などの原料から再使用が可能なリグノフェノールなどのリグニン誘導体を、エネルギー消費の少ない常温で連続的に効率よく連続的に抽出し、糖類等を分離することができ、さらに炭水化物も回収することができる。
また上記実施形態に係る植物資源相分離系変換装置によれば、効率的な反応をさせるための連続処理が可能であり、リグニン誘導体と糖質を工業的に得ることができる植物資源相分離系変換装置及び方法を提供することができる。
【０１１１】
（第６の実施形態）
〔回収部の構成〕
次に、第６の実施形態に係る植物資源相分離系変換装置の回収部について説明する。
図１７に示す回収部４Ｂは、図１に示した回収部４に、さらにリグニン層４２をアルカリ処理するアルカリ処理部６０と、アルカリ処理部６０で回収された親和層からリグノフェノールを抽出する貧溶媒タンク６１とを設けた構成を有している。
【０１１２】
アルカリ処理部６０では、液液分離抽出器４０から抽出されたリグニン層４２をアルカリ金属化合物と接触させ、不溶区分６０Ａと親和層６０Ｂとに分画する。不溶区分６０Ａはリグニン層に含まれる硫酸等の濃酸２１Ａとアルカリ金属化合物との反応によって生じる。不溶区分６０Ａの一部には、リグニン層４２とアルカリ金属化合物との反応によるクレゾールのアルカリ塩も含まれている。親和層６０Ｂはリグニン層である。アルカリ金属化合物としては、弱塩基性が好ましく、例えば、ナトリウムの炭酸塩を用いることができる。
【０１１３】
貧溶媒タンク６１には、リグノフェノールの貧溶媒が収容されている。アルカリ処理部６０で分画された親和層６０Ｂのリグノフェノールは、貧溶媒によって沈殿物６１Ａとして回収される。沈殿物６１Ａがリグノフェノールとなる。貧溶媒としては、ジイソプロピルエーテル，ジエチルエーテル，ｎ−ヘキサン等を用いることができる。
【０１１４】
上記回収部４Ｂによれば、リグニン層に含有される濃酸層をアルカリ処理部６０でアルカリ処理することによって、リグニン層４２から濃酸層４３を効果的に削除することができ、リグノフェノールの回収効率を著しく高めることができる。これにより、ジイソプロピルエーテル等の貧溶媒の使用量を削減することができる。
【実施例１】
【０１１５】
植物資源相分離系変換装置１Ａを用いて、ヒノキ木粉からリグノフェノールを抽出した具体例について説明する。
攪拌乾燥釜１０にヒノキ木粉５ｋｇを入れ、溶媒１４としてアセトン５０リットルを注入し、加温下１時間攪拌した。アセトンを抜き、再びアセトンを加え攪拌した。これを３回行ない脱脂木粉を得た。脱脂木粉に収着用フェノール類１３としてｐ−クレゾール２．５ｋｇを溶かしたアセトンを加え１時間攪拌した。加温、減圧によりアセトンを留去し、フェノール収着原料１６を得た。【０１１６】
次に、反応部２０に７２％濃酸２１Ａを４０ｃｍ３／分の流量で供給し、フェノール収着原料１６を１２ｇ／分で供給した。
反応部２０より溶出される処理液を第１の攪拌バッファ槽２２に導入し、攪拌しながら、第１の攪拌抽出部２３の下段へ送出した。処理液を第１の攪拌抽出部２３の最上段より回収し、第２の攪拌バッファ槽２４へ送出した。この際、リグノフェノール抽出用のｍ，ｐ−抽出用フェノール類３３を２０ｃｍ３／分で供給した。
次に、処理液を第２の攪拌バッファ槽２４で攪拌した後、処理液を第２の攪拌抽出部２５の下段へ注入し、最上段より回収して振動反応器２６へ送出した。振動反応器２６で超音波処理された処理液は第３の攪拌バッファ槽２７を介して、液液分離抽出器４０へ送出した。
最後に、液液分離抽出器４０内で、リグノフェノールを含むリグニン層４２と炭水化物を含む硫酸層４３とを分離した。【０１１７】
以上の工程によって、植物資源相分離系変換装置１Ａを用いて、ヒノキ木粉１６からリグノフェノールを連続的に抽出することができた。【０１１８】
本発明は上記実施例に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれる。例えば、図１０に示す装置構成における第１の攪拌抽出部２３、第２の攪拌抽出部２５及び液液分離抽出器４０をそれぞれ複数段に設けることなども本発明の範囲内に含まれる。
【符号の説明】
【０１１９】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…植物資源相分離系変換装置
２…原料前処理部
３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ…濃酸処理部
４，４Ａ，４Ｂ…回収部
１０…攪拌乾燥釜
１０Ａ…釜本体
１０Ｂ…送出管
１０Ｃ…ストック部
１１…原料供給フィーダ
１２…薬剤供給部
１３…収着用フェノール類
１４…溶媒
１５…原料
１６…フェノール収着原料
１７…薬剤回収部
１８…回収薬剤（使用済の溶媒及び収着用フェノール類）
２０…反応部
２０Ａ…反応部本体
２０Ｂ…回転軸
２０Ｃ…攪拌羽根
２０Ｄ…モータ
２０Ｅ…入口
２０Ｆ…注入口
２０Ｇ…出口
２０Ｈ…冷却水入口
２０Ｉ…冷却水出口
２０Ｊ…圧送用羽根
２１…濃酸供給部
２１Ａ…濃酸
２２…攪拌バッファ槽
２２Ａ…入口
２２Ｂ…出口
２２Ｃ…液面センサ
２２Ｄ…温度調節器
２３…第１の攪拌抽出部
２４…第２の攪拌バッファ槽
２５…第２の攪拌抽出部
２５Ａ…混合容器
２５Ｂ…攪拌機構
２５Ｃ…架台
２５Ｄ…モータ
２５Ｅ…回転軸
２５Ｆ…回転羽根
２５Ｇ…仕切り板
２５Ｈ…導入口
２５Ｉ…出口
２５Ｊ…開閉弁
２６…振動反応器
２６Ａ…筒状部
２６Ｂ…超音波振動子
２６Ｃ…冷却用配管
２７…第３の攪拌バッファ槽
２８…攪拌抽出部
２８ａ…抽出用円筒状容器
２８ｂ…回転軸
２８ｃ…モータ
２８ｄ…圧送用羽根
２８ｅ1〜２８ｅ５…攪拌羽根
２８ｆ…被処理液の液入口
２８ｇ1〜２８ｇ４…被処理液の液出口
２８ｈ…薬液注入口
２８ｊ1〜２８ｊ４…堰板
２８ｋ1〜２８ｋ６…液回収口
３０…送液ポンプ
３１…送液ポンプ
３２…送液ポンプ
３３…抽出用フェノール類
３３Ａ…タンク
３３Ｂ…開閉弁
３３Ｃ…開閉弁
３４…送液ポンプ
３５…送液ポンプ
３６…チラーユニット
４０…液液分離抽出器
４２…リグニン層
４３…硫酸層
５０…第１のバイパスライン
５１…第２のバイパスライン
５２…第３のバイパスライン
５３…開閉弁
５４…開閉弁
５５…開閉弁
５６…開閉弁
５７…開閉弁
６０…アルカリ処理部
６０Ａ…不溶区分
６０Ｂ…親和層
６１…貧溶媒タンク
６１Ａ…沈殿物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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