(57)【要約】  セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを有するバイオマス原料１１を常圧下から加圧下に供給するバイオマス供給部１２と、供給されたバイオマス原料を、下方から装置本体１３の内部にて、スクリュー手段１４により上方へ搬送すると共に、前記バイオマス原料１１の供給箇所と異なる上方の側から加圧熱水１５を装置本体１３の内部に供給し、前記バイオマス原料１１と加圧熱水１５とを対向接触させつつ水熱分解し、排出する加圧熱水である熱水排出液１６中に熱水溶解成分を移行し、前記バイオマス原料中からリグニン成分及びヘミセルロース成分を分離してなる水熱分解部１７と、前記装置本体１３の上方からバイオマス固形分２０を抜出するバイオマス固形分抜出部１８と、バイオマス固形分抜出部１８と連通すると共に、内部に水１９を注入し、抜出したバイオマス固形分２０を投入してスラリー化するスラリー化槽２１とを有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを有するバイオマス原料を常圧下から加圧下に供給するバイオマス供給部と、
バイオマス原料を加圧熱水により水熱分解し、加圧熱水中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を溶解する水熱分解部と、
前記水熱分解部からバイオマス固形分を抜出するバイオマス固形分抜出部と、
バイオマス固形分抜出部と連通すると共に、内部に水が注入され、抜出したバイオマス固形分が投入されてスラリー化するスラリー化槽とを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記水熱分解部が、供給されたバイオマス原料を、下方から装置本体の内部にて、搬送手段により上方へ搬送すると共に、前記バイオマス原料の供給箇所と異なる上方の側から加圧熱水を装置本体の内部に供給し、前記バイオマス原料と加圧熱水とを対向接触させつつ水熱分解し、排出する加圧熱水である熱水排出液中に熱水溶解成分を移行し、前記バイオマス原料中からリグニン成分及びヘミセルロース成分を分離してなることを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記スラリー化槽の後流側に設けられ、スラリー状バイオマス固形分のｐＨを計測するｐＨ計測装置を有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記スラリー化槽の後流側に設けられ、スラリー状バイオマス固形分から水分を除去し、バイオマス固形分を分離する第１の固液分離装置を有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項５】
請求項４において、
前記第１の固液分離装置から分離されたバイオマス固形分を糖化する第１の糖化槽を有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項６】
請求項４又は５において、
前記第１の固液分離装置から分離した水をスラリー化槽に戻す第１の戻しラインを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一つにおいて、
前記水熱分解部からの熱水排出液を糖化する第２の糖化槽を有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項８】
請求項４乃至６のいずれか一つにおいて、
前記水熱分解部からの熱水排出液を糖化する第２の糖化槽を有し、
前記第１の固液分離装置から分離した水を前記熱水排出液に混合することを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項９】
請求項５において、
前記第１の固液分離装置で分離されたバイオマス固形分に酵素を添加して酵素液化する酵素液化槽を設け、
前記酵素液化槽で得られた酵素液化物を用い、前記第１の糖化槽で酵素により糖化することを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項１０】
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記スラリー状バイオマス固形分を糖化する第３の糖化槽を有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項１１】
請求項１０において、
糖化後の糖液から、固体分を分離する第２の固液分離装置と、
固体分離後の糖液から、水を除去する第１の水分分離装置とを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項１２】
請求項１０又は１１において、
前記水熱分解部からの熱水排出液を糖化する第２の糖化槽を有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項１３】
請求項７又は１２において、
前記第２の糖化槽で糖化後の糖液から、固体分を分離する第３の固液分離装置と、
固体分離後の糖液から、水を除去する第２の水分分離装置とを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項１４】
請求項１１又は１３において、
前記第１の水分分離装置又は第２の水分分離装置から分離した水を、スラリー化槽又は水熱分解装置の温度調整手段の冷却部のいずれか一方又は両方に戻す第２の戻しラインを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項１５】
請求項１１又は１３において、
前記第１の水分分離装置又は第２の水分分離装置から分離した水を加圧・加熱手段により加圧熱水とし、水熱分解装置の加圧熱水に戻す第３の戻しラインとを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項１６】
請求項６、１４又は１５において、
前記第１の戻しライン又は第２の戻しライン又は第３の戻しラインに生物処理装置を有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システム。
【請求項１７】
セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを有するバイオマス原料を常圧下から加圧下に供給し、前記バイオマス原料を加圧熱水により水熱分解部により水熱分解し、前記加圧熱水中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を溶解させ、
その後、前記水熱分解部から抜出したバイオマス固形分を、内部に水が注入され、前記水熱分解部と連通するスラリー化槽に投入し、スラリー状バイオマス固形分とし、
次いで、前記スラリー状バイオマス固形分から水を除去し、
その後、水が除去されたバイオマス固形分を酵素糖化し、糖液を生産することを特徴とするバイオマス原料を用いた糖液生産方法。
【請求項１８】
請求項１７において、
水が除去されたバイオマス固形分を酵素糖化する前流側で、前記バイオマス固形分を酵素液化することを特徴とするバイオマス原料を用いた糖液生産方法。
【請求項１９】
セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを有するバイオマス原料を常圧下から加圧下に供給し、前記バイオマス原料を加圧熱水により水熱分解部により水熱分解し、前記加圧熱水中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を溶解させ、
その後、前記水熱分解部から抜出したバイオマス固形分を、内部に水が注入され、前記水熱分解部と連通するスラリー化槽に投入し、スラリー状バイオマス固形分とし、
前記スラリー状バイオマス固形分を酵素糖化して糖液を得た後、固形分を分離し、次いで水を除去することを特徴とするバイオマス原料を用いた糖液生産方法。
【請求項２０】
請求項１７乃至１９のいずれか一つのバイオマス原料を用いた糖液製造方法により得られた糖液を用いてアルコール発酵を行い、アルコールを製造することを特徴とするアルコール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマス原料を効率よく分解することができるバイオマスの水熱分解システム、バイオマス原料を用いた糖液生産方法及びアルコール製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、希硫酸、濃硫酸による木材等のバイオマスの糖化処理後、固液分離し、液相を中和処理し、エタノール発酵等の原料として利用するエタノール等の製造技術が実用化されている（特許文献１、特許文献２）。
また、糖を出発原料として、化学工業原料生産（例えば乳酸発酵等）も考えられる。
ここで、バイオマスとは、地球生物圏の物質循環系に組み込まれた生物体又は生物体から派生する有機物の集積をいう（ＪＩＳ  Ｋ  ３６００  １２５８参照）。【０００３】
ここで、現在アルコール原料として用いられているサトウキビ、トウモロコシ等は本来食用に供されるものであるが、これらの食用資源を長期的、安定的に工業用利用資源とすることは、有効食料品のライフサイクルの観点から、好ましくない。【０００４】
このため、将来的に有用な資源と考えられる草本系バイオマスや木質系バイオマスのようなセルロース系資源を有効活用するのは、重要な課題である。【０００５】
また、セルロース系資源では、セルロースは３８〜５０％、ヘミセルロース成分が２３〜３２％と様々で、発酵原料にならないリグニン成分も１５〜２２％とそれぞれ異なっている。多くの課題を抱えたままの工業化研究のため、原料は固定的に想定されており、原料の汎用性を考慮した生産システムの技術の開示は未だないのが現状である。【０００６】
さらに、元来、澱粉原料に較べて発酵原料に不利な方法で、ごみ問題、地球温暖化防止対応などを目標に考えるのであるから、原料を固定的に考えた生産システムでは意味が薄れる。広く一般の廃棄物に適用できなければならない。酵素糖化法そのものも、効率が悪すぎて、将来課題とされているのが現状である。酸処理による糖化率も、過剰反応による糖の過分解などで、およそ７５％（糖化可能成分基準）前後とかなり小さい値となっている。従って、セルロース系資源に対して、エタノール生産収率はおよそ２５％に止まっている（非特許文献１、特許文献３）。【０００７】
なお、特許文献１乃至３の従来の技術では、副反応生成物が酵素糖化阻害を引起し糖収率が減少する現象が起きていたので、酵素糖化阻害物質を除去し、セルロース主体による酵素糖化性を高める水熱分解装置の提案を先にした（特許文献４及び５）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表平９−５０７３８６号公報
【特許文献２】特表平１１−５０６９３４号公報
【特許文献３】特開２００５−１６８３３５号公報
【特許文献４】特開２００９−１８３８０５号公報
【特許文献５】特開２００９−１８３１５４号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】日経バイオビジネス、ｐ．５２、2002年9月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述した特許文献４及び５における水熱分解装置では、バイオマスと加圧熱水とを対向接触するように供給して、内部熱交換で水熱反応させているが、内部温度が１８０〜２４０℃の高温状態であると共に、その各温度における水の飽和蒸気に対して、更に０．１から０．４ＭＰａ高い圧力を加えているので、その反応後に、加圧状態から常圧状態にバイオマス固形物をそのまま抜き出す際に、加圧気体である例えば窒素の流出が発生する、という問題がある。【００１１】
また、垂直型の水熱分解装置における加圧熱水と、加圧気体との気液界面から抜き出される水熱分解物は、高温・高圧状態であるので、反応が進行し、バイオマス固形物に同伴される熱水に可溶化された後の熱水可溶化ヘミセルロースや熱水不溶分のセルロースが高温（１８０〜２４０℃）の温度域で過分解が生じる、という問題がある。【００１２】
本発明は、前記課題に鑑み、バイオマス原料を高温・高圧状態で水熱分解処理した後に、バイオマス固形物を抜き出す際に、加圧気体の流出を防止することができるとともに、バイオマス原料中のセルロースやヘミセルロースの過分解を抑制して、効率よく有価物を得るバイオマスの水熱分解システム、バイオマス原料を用いた糖液生産方法及びアルコール製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを有するバイオマス原料を常圧下から加圧下に供給するバイオマス供給部と、バイオマス原料を加圧熱水により水熱分解し、加圧熱水中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を溶解する水熱分解部と、前記水熱分解部からバイオマス固形分を抜出するバイオマス固形分抜出部と、バイオマス固形分抜出部と連通すると共に、内部に水が注入され、抜出したバイオマス固形分が投入されてスラリー化するスラリー化槽とを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システムにある。【００１４】
第２の発明は、第１の発明において、前記水熱分解部が、供給されたバイオマス原料を、下方から装置本体の内部にて、搬送手段により上方へ搬送すると共に、前記バイオマス原料の供給箇所と異なる上方の側から加圧熱水を装置本体の内部に供給し、前記バイオマス原料と加圧熱水とを対向接触させつつ水熱分解し、排出する加圧熱水である熱水排出液中に熱水溶解成分を移行し、前記バイオマス原料中からリグニン成分及びヘミセルロース成分を分離してなることを特徴とするバイオマスの水熱分解システムにある。【００１５】
第３の発明は、第１又は２の発明において、前記スラリー化槽の後流側に設けられ、スラリー状バイオマス固形分のｐＨを計測するｐＨ計測装置を有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システムにある。【００１６】
第４の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記スラリー化槽の後流側に設けられ、スラリー状バイオマス固形分から水分を除去し、バイオマス固形分を分離する第１の固液分離装置を有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システムにある。【００１７】
第５の発明は、第４の発明において、前記第１の固液分離装置から分離されたバイオマス固形分を糖化する第１の糖化槽を有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システムにある。【００１８】
第６の発明は、第４又は５の発明において、前記第１の固液分離装置から分離した水をスラリー化槽に戻す第１の戻しラインを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システムにある。【００１９】
第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの発明において、前記水熱分解部からの熱水排出液を糖化する第２の糖化槽を有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システムにある。【００２０】
第８の発明は、第４乃至６のいずれか一つの発明において、前記水熱分解部からの熱水排出液を糖化する第２の糖化槽を有し、前記第１の固液分離装置から分離した水を前記熱水排出液に混合することを特徴とするバイオマスの水熱分解システムにある。【００２１】
第９の発明は、第５の発明において、前記第１の固液分離装置で分離されたバイオマス固形分に酵素を添加して酵素液化する酵素液化槽を設け、前記酵素液化槽で得られた酵素液化物を用い、前記第１の糖化槽で酵素により糖化することを特徴とするバイオマスの水熱分解システムにある。【００２２】
第１０の発明は、第１乃至３のいずれか一つの発明において、前記スラリー状バイオマス固形分を糖化する第３の糖化槽を有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システムにある。【００２３】
第１１の発明は、第１０の発明において、糖化後の糖液から、固体分を分離する第２の固液分離装置と、固体分離後の糖液から、水を除去する第１の水分分離装置とを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システムにある。【００２４】
第１２の発明は、第１０又は１１の発明において、前記水熱分解部からの熱水排出液を糖化する第２の糖化槽を有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システムにある。【００２５】
第１３の発明は、第７又は１２の発明において、前記第２の糖化槽で糖化後の糖液から、固体分を分離する第３の固液分離装置と、固体分離後の糖液から、水を除去する第２の水分分離装置とを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システムにある。【００２６】
第１４の発明は、第１１又は１３の発明において、前記第１の水分分離装置又は第２の水分分離装置から分離した水を、スラリー化槽又は水熱分解装置の温度調整手段の冷却部のいずれか一方又は両方に戻す第２の戻しラインを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システムにある。【００２７】
第１５の発明は、第１１又は１３の発明において、前記第１の水分分離装置又は第２の水分分離装置から分離した水を加圧・加熱手段により加圧熱水とし、水熱分解装置の加圧熱水に戻す第３の戻しラインとを有することを特徴とするバイオマスの水熱分解システムにある。【００２８】
第１６の発明は、第６、１４又は１５の発明において、前記第１の戻しライン又は第２の戻しライン又は第３の戻しラインに生物処理装置を有することを特徴とするバイオマスの処理システムにある。【００２９】
第１７の発明は、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを有するバイオマス原料を常圧下から加圧下に供給し、前記バイオマス原料を加圧熱水により水熱分解部により水熱分解し、前記加圧熱水中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を溶解させ、その後、前記水熱分解部から抜出したバイオマス固形分を、内部に水が注入され、前記水熱分解部と連通するスラリー化槽に投入し、スラリー状バイオマス固形分とし、次いで、前記スラリー状バイオマス固形分から水を除去し、その後、水が除去されたバイオマス固形分を酵素糖化し、糖液を生産することを特徴とするバイオマス原料を用いた糖液生産方法にある。【００３０】
第１８の発明は、第１７の発明において、水が除去されたバイオマス固形分を酵素糖化する前流側で、前記バイオマス固形分を酵素液化することを特徴とするバイオマス原料を用いた糖液生産方法にある。【００３１】
第１９の発明は、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを有するバイオマス原料を常圧下から加圧下に供給し、前記バイオマス原料を加圧熱水により水熱分解部により水熱分解し、前記加圧熱水中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を溶解させ、その後、前記水熱分解部から抜出したバイオマス固形分を、内部に水が注入され、前記水熱分解部と連通するスラリー化槽に投入し、スラリー状バイオマス固形分とし、前記スラリー状バイオマス固形分を酵素糖化して糖液を得た後、固形分を分離し、次いで水を除去することを特徴とするバイオマス原料を用いた糖液生産方法にある。【００３２】
第２０の発明は、第１７乃至１９のいずれか一つのバイオマス原料を用いた糖液生産方法により得られた糖液を用いてアルコール発酵を行い、アルコールを製造することを特徴とするアルコール製造方法にある。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、内部に水が注入されたスラリー化槽の液体中に、水熱分解したバイオマス固形分を投入させることで、スラリー化状態にしつつ液体シールがなされ、加圧気体の流出を防止することができる。これにより加圧用気体（例えば加圧窒素等）の流出が防止され、ランニングコスト削減を図ることができる。【００３４】
また、液体中にバイオマス固形分を投入するので、液体による直接熱交換によりバイオマス固形分を冷却することで反応停止を効率良く行うことができ、バイオマス固形分に同伴する熱水による残留ヘミセルロース、残留リグニン及び主成分セルロースの過分解が抑制される。この結果、反応阻害成分の生成抑制を図ると共に、セルロース分の回収率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、実施例１に係るバイオマスの水熱分解システムの概略図である。
【図２】図２は、実施例２に係るバイオマスの水熱分解システムの概略図である。
【図３】図３は、実施例３に係るバイオマスの水熱分解システムの概略図である。
【図４】図４は、実施例４に係るバイオマスの水熱分解システムの概略図である。
【図５】図５は、実施例５に係るバイオマスの水熱分解システムの概略図である。
【図６】図６は、実施例６に係るバイオマスの水熱分解システムの概略図である。
【図７】図７は、実施例７に係るバイオマスの水熱分解システムの概略図である。
【図８】図８は、バイオマスを熱水で水熱分解する垂直型の水熱分解装置の模式図である。
【図９】図９は、バイオマスの熱水による分解の様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００３７】
本発明に係るバイオマスの水熱分解システムについて、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係るバイオマスの水熱分解システムの概略図である。図１に示すように、本実施例に係るバイオマスの水熱分解システム１０Ａは、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを有するバイオマス原料１１を常圧下から加圧下に供給するバイオマス供給部１２と、バイオマス原料１１を加圧熱水（以下、「熱水」ともいう）１５により水熱分解し、加圧熱水１５中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を溶解する水熱分解部１７と、前記水熱分解部１７からバイオマス固形分２０を抜出するバイオマス固形分抜出部１８と、バイオマス固形分抜出部１８と連通すると共に、内部に水１９が注入され、抜出したバイオマス固形分２０を投入してスラリー状バイオマス固形分２４とするスラリー化槽２１と、前記スラリー状バイオマス固形分２４を加圧下から常圧下へ排出する排出部２３とを有するものである。【００３８】
前記水熱分解部としては、バイオマス原料１１を高温・高圧条件で分解処理する公知の水熱処理装置を用いることができる。図１を用いて水熱分解装置の一例を説明するが、本発明はこの装置に限定されるものではない。
図１に示すように、本実施例に係る水熱分解装置では、水熱分解部１７に供給されたバイオマス原料１１を、下方から装置本体１３の内部にて、搬送手段である第１のスクリュー手段１４により上方へ搬送すると共に、前記バイオマス原料１１の供給箇所と異なる上方の側から加圧熱水１５を装置本体１３の内部に供給し、前記バイオマス原料１１と加圧熱水１５とを対向接触させつつ水熱分解し、排出する加圧熱水である熱水排出液１６中に熱水溶解成分（リグニン成分及びヘミセルロース成分）を移行し、前記バイオマス原料１１中からリグニン成分及びヘミセルロース成分を分離してなるものである。【００３９】
ここで、搬送手段としては、本実施例ではスクリュー手段を例示しているが、バイオマス固形分を下方から上方に搬送することができるものであれば、スクリュー手段に限定されるものではない。【００４０】
前記スラリー化槽２１に投入される水１９は、加圧用の加圧窒素２５のリークを防止する目的で液体シールをなすためには系内の圧力下において液体状であればよく、バイオマス固形分２０が含有する水分中に含まれるヘミセルロースの過分解（分解開始温度約１４０℃〜１８０℃）を抑制するためにはスラリー化槽２１の液温を１４０℃以下に冷却するよう、バイオマス固形分２０の温度やスラリー化槽２１の容量に応じて注入する水１９の温度を適宜設定すればよい。水１９は、例えば０℃〜６０℃の範囲内で通常用いられる水（例えばクーリングタワー水やチラー水）などを用いることができ、後述するように系内の水を循環して再利用することもできる。【００４１】
ここで、図１中、符号１８ａはバイオマス固形分抜出部１８とスラリー化槽２１とを連通する通路、２２はスラリー化槽２１内部を攪拌する撹拌手段、１３ａは水熱分解部１７の気液界面、２１ａはスラリー化槽２１の気液界面、Ｌ1は抜出しライン、Ｍ1は第１のスクリュー手段１４を駆動するモータ、Ｍ2は撹拌手段２２を駆動するモータを各々図示する。【００４２】
次に、バイオマス原料１１を水熱分解部１７により水熱分解する概要を説明する。図８は、バイオマスを熱水で水熱分解する垂直型の水熱分解装置の模式図であり、図９は、バイオマスの熱水による分解の様子を示す図である。
水熱分解部１７では、バイオマス原料１１と加圧熱水１５とを対向接触するように供給して、内部熱交換で水熱反応させている。図８において、対向接触領域Ｘと、非対向接触領域Ｙとを示し、非対向接触領域Ｙでも高温・高圧状態のままであり、前記非対向接触領域Ｙにてもバイオマス固形分２０の水熱分解反応は進行することとなり、時に過分解となることもある。【００４３】
図８に示すように、垂直型の水熱分解装置では、バイオマス原料（固体）１１を下部側から装置本体１３内部に供給し、内部に設けた第１のスクリュー手段１４により上方側に移動させ、上部側からバイオマス固形分（熱水不可溶分）２０をバイオマス固形分抜出部１８を介して、水１９が注入されたスラリー化槽２１の液体２１ｂ中に落下させている。【００４４】
このように、内部に水１９を注入したスラリー化槽２１を設けることで、加圧窒素２５がリークすることなく効率よく連続的にバイオマス固形分２０を直接熱交換により冷却することができるため、水熱分解反応を停止することが可能となり、対向接触領域Ｘ以外での水熱分解反応を抑制することができる。【００４５】
図９に示すように、バイオマス（セルロース系原料）原料１１には、セルロース以外にヘミセルロースやリグニンが含まれており、具体的にはセルロースをヘミセルロースが束ね、リグニンが接着している構造を有している。
バイオマスは水熱分解後には、熱水不溶分（固形分）と熱水可溶分とに分けられることとなる。熱水不溶分は主にセルロース（Ｃ６糖の原料）であり、熱水可溶分は主にヘミセルロース（Ｃ５糖の原料）であり、各々酵素により糖化することで糖を得ることができる。【００４６】
よって、バイオマス原料１１が加圧熱水１５により高温（１８０〜２４０℃）の温度域で水熱分解され、熱水側にヘミセルロースを溶解させると共に、リグニンも分解・溶解させており、その結果熱水側にはヘミセルロース等が溶解されることとなる。
熱水に可溶化された後の熱水可溶化ヘミセルロースの状態では、高温（１８０〜２４０℃）の温度域では過分解が生じる。【００４７】
このヘミセルロースの過分解は、Ｃ５糖の原料となるヘミセルロースの収率が低下するので、熱水可溶化分のヘミセルロースの過分解を抑制する必要がある。
また、熱水中への過分解物の混入は、後流側設備における酵素による糖化工程及びアルコール発酵等の発酵工程での反応阻害要因となるので、この阻害物の発生を阻止することも必要となる。【００４８】
図１において、バイオマス固形分抜出部１８には、図示しない第２のスクリュー手段が設けられ、第１のスクリュー手段１４により下方から上方に搬送された熱水不溶分であるバイオマス固形分２０をスラリー化槽２１側へ抜出している。そして、抜出されたバイオマス固形分２０は通路１８ａから液体２１ｂ中に順次落下し、スラリー化槽２１内に設けた攪拌手段２２の攪拌により、スラリー化される。【００４９】
また、スラリー化槽２１内の液体２１ｂ中に落下されたバイオマス固形分２０が液体２１ｂとの直接熱交換により冷却され、この結果、バイオマス固形分２０に同伴した熱水による残留ヘミセルロース、残留リグニン及び主成分セルロースの過分解が抑制される。【００５０】
これは、水熱分解部１７の気液界面１３ａの上方側のガス雰囲気内では、第１のスクリュー手段１４によりバイオマス固形分２０が熱水液面（気液界面１３ａ）より上に露出される。しかしながら、バイオマス固形分２０に同伴する加圧熱水１５の存在により、高温・高圧状態で未だ反応が進行しているので、バイオマス固形分２０をスラリー化槽２１内の液体２１ｂ中に投入することで、反応停止させることができる。
よって、この反応停止によって、残留ヘミセルロース、残留リグニン及び主成分セルロースの過分解が抑制されることとなり、セルロース分の過分解が抑制されその回収率が向上すると共に、後流側における反応阻害成分の生成が抑制される。【００５１】
また、スラリー化槽２１内に水１９を注入し、液体２１ｂが存在するため、水熱分解部１７の気液界面１３ａと、スラリー化槽２１の気液界面２１ａとにおいて、液封止がなされることとなり、これにより加圧用気体である加圧窒素２５のリークが防止される。これにより、ガスリークに伴うロスがなくなり、加圧用気体にかかるランニングコストの大幅な削減を図ることができる。なお、スラリー化槽２１には図示しない安全弁や加圧窒素２５の流入通路が形成されている。【００５２】
また、バイオマス固形分２０をスラリー化させることにより、流動化が可能となり、スラリー化槽２１から外部へ排出する際の排出機構が簡易となる。すなわち、バイオマス固形分２０が高温状態のままであると、排出機構の材質も例えば高価な材料を使用する必要があるが、スラリー化槽２１で冷却するので、その排出側に設ける排出部２３の材質を安価なステンレスや樹脂等を使用することができる。この排出部２３としては、例えばロータリーフィーダ、流量調整弁等を用いることができる。【００５３】
また、バイオマス固形分は空隙率が大きく、かさ密度が小さいので、固体のままでの取扱い性が煩雑であったが、スラリー化により減容化を図ることができることとなり、取り扱い性も容易となる。
すなわち、液体２１ｂに添加する前では、バイオマス固形分２０は、いわゆるケーキ状であり、加圧用気体のしめる割合が多く空隙率が大きく、かさ密度が０．５ｇ／ｃｃ以下と小さいものであった。これがスラリー化することで、空隙間が減少し、減容化を図ることとなる。【００５４】
さらに、バイオマス固形分２０をスラリー化させることにより、流動化が可能となり、その後の工程での取り扱いが容易となる。
特に、糖化処理においては、酵素反応であるので、所定の温度以下（例えば６０℃以下）に冷却する必要がある。この際、バイオマス固形分の状態での冷却はその熱交換効率は良好でないので、大がかりな熱交換手段を必要とするが、スラリー化させることにより、冷却効率が良好となり、大がかりな熱交換手段が不要となる。【００５５】
また、スラリー化槽２１内を冷却するための間接冷却手段を設けるようにすることもできる。
また、スラリー化槽２１は攪拌手段２２を設けているが、本発明はこれに限定されず、例えばポンプによる循環手段等で攪拌させるようにしてもよい。【００５６】
また、本実施例では、スラリー化槽２１から抜き出されたスラリー状バイオマス固形分２４の抜出しラインＬ1に、ｐＨ計３１を設けている。
このｐＨ計３１を設けることにより、スラリー状バイオマス固形分２４中に残存する有機酸の有無を確認することができる。
これにより、水熱分解により生じる有機酸（例えば酢酸等）の発生状況を監視することができる。【００５７】
このｐＨ計３１でのｐＨの監視の結果、スラリー状バイオマス固形分２４中のｐＨが小さくなる場合には、酢酸等の有機酸が発生したことが判定でき、水熱分解部１７の加圧熱水の温度制御を行うようにすればよい。【００５８】
また、ｐＨ計３１によりｐＨを計測し、加圧熱水の供給量の制御を行い、水熱分解反応の制御を行うようにしてもよい。
その他のｐＨに基づく水熱分解部１７の制御としては、バイオマス原料１１の供給量の制御（反応時間）によって水熱分解反応を制御する方法や、バイオマス原料１１の第１のスクリュー手段１４による掻揚げ速度（反応時間）の制御によって水熱分解反応を制御する方法や、装置本体１３の気液界面１３ａの液レベル（反応時間）の制御によって水熱分解反応を制御する方法や、熱水排出液１６の排出量の制御（反応時間）によって水熱分解反応を制御する方法等を行うことができる。【００５９】
ここで、前記水熱分解部１７に供給するバイオマスとしては、特に限定されるものではなく、地球生物圏の物質循環系に組み込まれた生物体又は生物体から派生する有機物の集積をいう（ＪＩＳ  Ｋ  ３６００  １２５８参照）が、本発明では特に木質系の例えば広葉樹、草本系等のセルロース系資源や農業系廃棄物、食品廃棄物等を用いるのが好ましい。【００６０】
また、前記バイオマス原料１１としては、粒径は特に限定されるものではないが、５ｍｍ以下に粉砕することが好ましい。
本実施例では、バイオマスの供給前において、前処理装置として、例えば粉砕装置を用いて前処理するようにしてもよい。また、洗浄装置により洗浄するようにしてもよい。
なお、バイオマス原料１１として、例えば籾殻等の場合には、粉砕処理することなく、そのままバイオマス供給部１２に供給することができるものとなる。【００６１】
また、水熱分解部１７における、反応温度は１８０〜２４０℃の範囲とするのが好ましい。さらに好ましくは２００〜２３０℃とするのがよい。
これは、１８０℃未満の低温では、水熱分解速度が小さく、長い分解時間が必要となり、装置の大型化につながり、好ましくないからである。一方２４０℃を超える温度では、分解速度が過大となり、セルロース成分が固体から液体側への移行を増大すると共に、ヘミセルロース系糖類の過分解が促進され、好ましくないからである。
また、ヘミセルロース成分は約１４０℃付近から、セルロースは約２３０℃付近から、リグニン成分は１４０℃付近から溶解するが、セルロースを固形分側に残し、且つヘミセルロース成分及びリグニン成分が十分な分解速度を持つ１８０℃〜２４０℃の範囲とするのがよい。【００６２】
反応圧力は、装置本体１３の反応温度（１８０〜２４０℃）の各温度の水の飽和蒸気圧に、更に０．１〜０．５ＭＰａだけ高い圧力を加えることとするのが好ましい。
また、反応時間は２０分以下、３分〜１０分とするのが好ましい。これはあまり長く反応を行うと過分解物の割合が増大し、好ましくないからである。【００６３】
前記常圧下から加圧下に供給するバイオマス供給装部１２としては、例えば、スクリュー、ピストンポンプ又はスラリーポンプ等の手段を挙げることができる。【００６４】
また、水熱分解装置は、本実施例では、垂直型の装置としているが、本発明はこれに限定されるものではなく、気液界面１３ａを有する傾斜型の水熱分解装置としてもよい。【００６５】
ここで、水熱分解装置を傾斜型又は垂直型とするのは、水熱分解反応において発生したガスや原料中に持ち込まれたガス等が上方から速やかに抜けることができ好ましいからである。また、加圧熱水１５で分解生成物を抽出するので、抽出効率の点において上方から下方に向かって抽出物の濃度が高まることとなり、好ましいものとなる。【００６６】
以上のように、本実施例によれば、バイオマス原料からセルロース主体の成分とヘミセルロース成分を固液接触状態で分解処理した後、その分解物であるバイオマス固形分をスラリー化槽の内部に注入した液体中に、投入することで、スラリー化させると共に、液体シールがなされ、加圧気体の流出を防止することができる。これにより加圧用気体（例えば加圧窒素等）の流出が防止され、ランニングコストの大幅な削減を図ることができる。
【実施例２】
【００６７】
次に、本発明に係るバイオマスの水熱分解システムの他の実施例について、図面を参照して説明する。なお、実施例１のバイオマスの水熱分解システムと同一部材については同一符号を付してその説明は省略する。
図２は、実施例２に係るバイオマスの水熱分解システムを示す概略図である。
図２に示すように、バイオマスの水熱分解システム１０Ｂは、実施例１のバイオマスの水熱分解システム１０Ａにおいて、さらにスラリー化槽２１から抜き出されたスラリー状バイオマス固形分２４の抜出しラインＬ1に、バイオマス固形分３３と水３４とを分離する第１の固液分離装置３２と、この第１の固液分離装置３２で分離されたバイオマス固形分３３を酵素４１Ａにより糖化する第１の糖化槽４０Ａと、水熱分解部１７から排出された熱水排出液１６を酵素４１Ｂにより糖化する第２の糖化槽４０Ｂとを有し、バイオマス固形分３３を糖化させて糖液（Ｃ６糖）４２Ａを得ると共に、熱水排出液１６を糖化させて糖液（Ｃ５糖）４２Ｂを得るようにしている。第１の固液分離装置３２で分離された水３４は第１の戻しラインＬ2を介して前記スラリー化槽２１に戻し、第１の戻しラインにＬ2は必要に応じて冷却器３５を備えるようにしてもよい。
図２中、符号４０ａ、４０ｂは撹拌手段、Ｍ3A,3Bは撹拌手段４０ａ、４０ｂを駆動するモータを図示する。【００６８】
この第１の固液分離装置３２により、反応阻害物質を含む水３４を除去してバイオマス固形分３３としている。この第１の固液分離装置３２で水３４を除去することで、任意の固形分濃度とすることができる。これにより、後流の第１の糖化槽４０Ａにおける糖化反応の基質濃度の調整が可能となる。例えば、糖化後の糖濃度を高くしたい場合には、第１の固液分離装置３２での水分の除去率を上げてより高い基質濃度で糖化を行えばよく、また、糖化や糖化後の撹拌・移送などを操作性よく行いたい場合や糖化速度を向上させたい場合には、水分の除去率を下げてより低い基質濃度で糖化を行えばよい。【００６９】
本実施例では、第１の固液分離装置３２により、不要な水分を除去しているので、より高基質濃度で糖化することができ、Ｃ６糖濃度の向上を図ることができる。
また、水熱分解部１７より同伴され固形分に含まれた水分中には、発酵を阻害する物質等が含まれるが、第１の固液分離装置３２で水３４を除去することで、これらを除去して糖化を行うことができ、結果として糖の品質が向上する。
また、水３４を除去することができるので、濃度調整が可能となり、酵素条件の最適化を図ることができる。
本実施例では熱水排出液１６からＣ５糖を得る工程も同時に記載したが、Ｃ６糖のみを得たい場合には、熱水排出液１６の糖化（Ｃ５糖化）を省略した設備とすることもできる。
【実施例３】
【００７０】
次に、本発明に係るバイオマスの水熱分解システムの他の実施例について、図面を参照して説明する。なお、実施例２のバイオマスの水熱分解システムと同一部材については同一符号を付してその説明は省略する。
図３は、実施例３に係るバイオマスの水熱分解システムを示す概略図である。
図３に示すように、バイオマスの水熱分解システム１０Ｃは、実施例２のバイオマスの水熱分解システム１０Ｂにおいて、第１の固液分離装置３２から分離した水３４を供給ラインＬ３により熱水排出液１６側と混合し、その後第２の糖化槽４０Ｂで糖化するようにしている。【００７１】
第１の固液分離装置３２にて分離した水３４には、熱水可溶分であるオリゴ糖等の、Ｃ５糖の原料となる成分が含まれるため、熱水排出液１６側の第２の糖化槽４０Ｂで糖化することで、Ｃ５糖の回収率の向上を図ることができる。
【実施例４】
【００７２】
次に、本発明に係るバイオマスの水熱分解システムの他の実施例について、図面を参照して説明する。なお、実施例２のバイオマスの水熱分解システムと同一部材については同一符号を付してその説明は省略する。
図４は、実施例４に係るバイオマスの水熱分解システムを示す概略図である。
図４に示すように、バイオマスの水熱分解システム１０Ｄは、実施例２のバイオマスの水熱分解システム１０Ｂにおいて、前記第１の固液分離装置３２で分離されたバイオマス固形分３３に酵素４１Ａを添加して酵素液化する酵素液化槽４３Ａを設けている。【００７３】
酵素液化槽４３Ａでは、例えばセルラーゼ等の酵素４１Ａによりバイオマス固形分３３の加水分解により、例えばオリゴ糖が生じること等で液化させ、その後酵素液化物４５のオリゴ糖を更に加水分解させることで糖化（単糖化：主にＣ６糖生成）させている。【００７４】
本実施例では、バイオマス原料を水熱分解部１７に供給して水熱分解処理し、連続的にバイオマス固形分２０を得た後、スラリー化槽２１でスラリー化し、その後第１の固液分離装置３２でバイオマス固形分３３を分離し、酵素４１Ａを添加して、酵素液化槽４３Ａで酵素液化物４５を得ている。その後、酵素液化物４５を別途設けた大型の第１の糖化槽４０Ａに導入して、所定の熟成時間かけてバッチ糖化処理を行い、糖液（Ｃ６糖）４２Ａを得るようにしている。なお、大型の第１の糖化槽４０Ａが所定量になったら、図示しない別の大型の第１の糖化槽４０Ａを用いてバッチ処理を行うようにすればよい。【００７５】
また、酵素液化槽４３Ａに添加する酵素４１Ａの量は、酵素液化槽４３Ａで操作性よくバイオマス固形分が液化する量であれば足りるが、例えば後流の酵素糖化槽４０Ａで十分な糖化が行える酵素を酵素液化槽４３Ａに添加してもよく、あるいは酵素液化槽４３Ａではその操作性のみを重視し、液化するに足りるだけの酵素４１Ａを添加し、後流の第１の糖化槽４０Ａで十分な糖化を行うに足りる酵素４１Ａを添加するようにしてもよい。
図中、符号４３ａは撹拌手段、Ｍ4は撹拌手段４３ａを駆動するモータを図示する。【００７６】
本実施例では、バイオマス固形分３３を一度酵素液化槽４３Ａで液化処理をしているので、例えばポンプの搬送が可能となり、ハンドリング等の作業性が向上する。また、液化により攪拌が容易となるので、第１の糖化槽４０Ａの攪拌手段Ｍ3Aの攪拌動力も小さくすることができる。さらに、液中での酵素反応となるので、反応速度が大きくなり、大型の第１の糖化槽４０Ａの小型化、省力化に寄与すると共に、酵素使用量の低減を図ることができる。【００７７】
本実施例では、酵素液化槽４３Ａにおいて得られる酵素液化物４５に対して分離したバイオマス固形分３３を連続的かつ徐々に添加するのが好ましい。すなわち、第１の固液分離装置３２で分離したバイオマス固形分３３は、酵素液化槽４３Ａで液化した状態の酵素液化物中に連続的かつ徐々に添加され、酵素液化槽４３Ａには流動性の低いバイオマス固形分が極力存在しないように調整する。こうすることで酵素液化槽４３Ａでの撹拌性や後流の酵素糖化槽への移送性が向上し、操作性のよい設備運転が可能となる。
これに対して、酵素液化槽４３Ａ内でバイオマス固形分が多く存在するような酵素液化操作、すなわち多量のバイオマス固形分３３に酵素４１Ａを添加して一部分から徐々に液化を進行させるようにすると、連続運転における生産能力の低下や操作性の低下を誘発することとなる。【００７８】
このように、本発明によれば、バイオマス原料１１を水熱分解部１７に連続して投入した後、酵素液化槽４３Ａまでの工程は、連続して処理することができ、十分な糖化を行うための第１の酵素糖化槽４０Ａの容量や個数を、その上流である酵素液化までの生産能力に応じて設計すればよく、設備効率や作業性の大幅な向上を図ることができることとなる。【００７９】
このように、本発明のバイオマス原料を用いた糖液生産方法は、例えば図２に示すように、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを有するバイオマス原料１１を常圧下から加圧下に供給し、前記バイオマス原料１１を加圧熱水１５により水熱分解部１７により水熱分解し、前記加圧熱水１５中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を溶解させ、その後、前記水熱分解部１７から抜出したバイオマス固形分２０を、内部に水１９が注入され、水熱分解装部１７と連通するスラリー化槽２１に投入し、スラリー状バイオマス固形分２４とし、次いで、前記スラリー状バイオマス固形分２４から水３４を第１の固液分離装置３２により除去し、その後、水が除去されたバイオマス固形分３３を酵素糖化して、糖液４２Ａを効率よく生産することができる。【００８０】
また、前記バイオマス原料を用いた糖液生産方法において、例えば図４に示すように、酵素糖化する前流側で、先ず酵素液化し、その後酵素液化物４５を用いて酵素糖化させ、糖液４２Ａの生産性を向上させるようにしている。
【実施例５】
【００８１】
次に、本発明に係るバイオマスの水熱分解システムの他の実施例について、図面を参照して説明する。なお、実施例１のバイオマスの水熱分解システムと同一部材については同一符号を付してその説明は省略する。
図５は、実施例５に係るバイオマスの水熱分解システムを示す概略図である。
図５に示すように、バイオマスの水熱分解システム１０Ｅは、実施例１のバイオマスの水熱分解システム１０Ａにおいて、主にセルロース成分を含むバイオマス固形分を六炭糖（Ｃ６糖）等に酵素糖化し、糖を濃縮するＣ６糖化・糖濃縮装置５０Ａと、主にヘミセルロース成分を含む熱水排出液１６を五炭糖（Ｃ５糖）等に酵素糖化し、糖を濃縮するＣ５糖化・糖濃縮装置５０Ｂとを有している。【００８２】
このＣ６糖化・糖濃縮装置５０Ａ、Ｃ５糖化・糖濃縮装置５０Ｂは、前記スラリー状バイオマス固形分を酵素５１Ａにより酵素糖化する第３の糖化槽５２Ａ、水熱分解部１７からの熱水排出液１６を酵素４１Ｂにより酵素糖化する第２の糖化槽４０Ｂと、糖化後の糖液５３Ａ、４２Ｂから、固体分を分離する第２の固液分離装置５４Ａ、第３の固液分離装置５４Ｂと、第２の固液分離装置５４Ａ、第３の固液分離装置５４Ｂで分離した糖液５３Ａ、４２Ｂから水５７Ａ、５７Ｂを除去して、濃縮糖液５５Ａ、５５Ｂを得る逆浸透（Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｏｓｍｏｓｉｓ：ＲＯ）膜５６ａ、５６ｂを備えた水分分離装置５６Ａ、５６Ｂとを有するものである。
前記第２の固液分離装置５４Ａ、第３の固液分離装置５４Ｂは、例えばスクリューデカンタ、砂濾過装置、ＭＦ膜等を単独又は組合せて用いることができ、これにより固形物を除去してＲＯ膜５６ａ、５６ｂの保護を図るようにしている。さらに、ＲＯ膜５６ａ、５６ｂの前段側において、限外濾過膜（Ｕｌｔｒａｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＵＦ膜）を用いることで、ＲＯ膜の保護を図ると共に酵素の回収が可能となり、酵素を再利用することができる。
また、水分分離装置５６Ａ、５６Ｂには、ルーズＲＯ膜、ナノ濾過膜（Ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ：ＮＦ膜）等を用いてもよい。【００８３】
次に、このＣ６糖化・糖濃縮装置５０Ａ、Ｃ５糖化・糖濃縮装置５０Ｂの処理工程の手順について説明する。
＜酵素糖化工程＞
先ず、前記第３の糖化槽５２Ａにおいて、スラリー状バイオマス固形分２４が抜出しラインＬ1を介して導入され、酵素５１Ａが添加され、酵素糖化工程における酵素反応による糖化がなされる。
一方、前記第２の糖化槽４０Ｂにおいては、熱水排出液供給ラインＬ4を介して熱水排出液１６が導入され、酵素４１Ｂが添加され、酵素糖化工程における酵素反応による糖化がなされる。
なお、以下の工程は、Ｃ６糖及びＣ５糖の固液分離処理工程も同様であるので、Ｃ６糖化・糖濃縮装置５０Ａの処理工程について説明する。【００８４】
＜固液分離工程＞
次に、糖液５３Ａは第１の糖液タンク６１Ａに貯留され、その後、第２の固液分離装置５４Ａによりリグニン等の固形残液６２Ａが分離され、その後糖液５３Ａは第２の糖液タンク６３Ａに貯留される。【００８５】
＜糖濃縮工程＞
次に、糖液５３Ａは、ＲＯ膜５６ａを備えた水分分離装置５６Ａにより水５７Ａが除去され、濃縮糖液５５Ａを得る。
この濃縮糖液５５Ａは図示しない後工程の発酵処理において、各種有機原料となる。【００８６】
本実施例では、スラリー状バイオマス固形分２４を用いて糖化しているので、低基質濃度での糖化となり、高速糖化が可能となる。
また、スラリー状であるため、撹拌・移送などを操作性よく行うことができる。
また、低基質濃度での糖化となるので、酵素使用量の削減を図ることができる。
また、各種膜を用いた膜処理により、糖の濃縮を効率よく行うことができる。
また、分離したリグニン等固形残液６２Ａ（６２Ｂ）は、高カロリーであるので、燃料用に用いることができる。また、リグニン等固形残液６２Ａ（６２Ｂ）は、有機肥料利用や化学原料利用（リグニンの接着剤としての利用等）に用いることができる。【００８７】
また、本実施例では、前記水分分離装置５６Ａ、５６Ｂから分離した水５７Ａ、５７Ｂをスラリー化槽２１に戻す第２の戻しラインＬ5A,5Bを有するものである。
また、第２の戻しラインＬ5A,5Bの合流後の合流ラインＬ6に冷却器６０を介装し、所定温度まで冷却した後、スラリー化槽２１に戻すようにしている。なお、冷却器６０をスラリー状バイオマス固形分２４の抜出しラインＬ1、熱水排出液供給ラインＬ4に介装し、第３の糖化槽５２Ａ，第２の糖化槽４０Ｂで所望とされる温度まで冷却してもよく、このような場合には合流ラインＬ6の冷却器６０を省略することもできる。【００８８】
これにより、分離した水５７Ａ、５７Ｂを再利用することができ、スラリー化槽２１に別途供給する水１９の使用量の低減を図ることができる。【００８９】
このように、本発明のバイオマス原料を用いた糖液生産方法は、図５に示すように、セルロース、ヘミセルロース及びリグニンを有するバイオマス原料１１を常圧下から加圧下に供給し、前記バイオマス原料１１を加圧熱水１５により水熱分解部１７により水熱分解し、前記加圧熱水１５中にリグニン成分及びヘミセルロース成分を溶解させ、その後、前記水熱分解部１７から抜出したバイオマス固形分２０を、内部に水１９が注入され、前記水熱分解部１７と連通するスラリー化槽２１に投入し、スラリー状バイオマス固形分２４とし、前記スラリー状バイオマス固形分２４を酵素糖化して糖液５３Ａを得た後、固形分を分離し、次いで水を除去することによりバイオマス原料から糖液を効率よく生産することができる。
【実施例６】
【００９０】
次に、本発明に係るバイオマスの水熱分解システムの他の実施例について、図面を参照して説明する。なお、実施例５のバイオマスの水熱分解システムと同一部材については同一符号を付してその説明は省略する。
図６は、実施例６に係るバイオマスの水熱分解システムを示す概略図である。
図６に示すように、バイオマスの水熱分解システム１０Ｆは、第２の戻しラインＬ5Aと第２の戻しラインＬ5Bとが合流したラインＬ6に生物処理装置６１を設け、水５７Ａ、５７Ｂを生物処理した後、スラリー化槽２１に戻すようにしている。【００９１】
ＲＯ膜５６ａで分離した水５７Ａ、５７Ｂには、反応阻害物質（低分子有機化合物）を含むので、生物処理装置６１により容易に処理が可能となる。そして、生物処理装置６１として、例えばメタン発酵生物処理装置を用いることにより、メタンを回収し、燃料等に利用が可能となる。【００９２】
また、水熱分解部１７における水熱分解反応の温度を良好に維持するために、バイオマスの水熱分解部１７の装置本体１３の上方側から一方側に向かって形成され、加圧熱水１５の供給温度（１８０〜２４０℃、例えば２００℃）を一定時間保持し、水熱分解させる有効反応領域（水熱分解領域）に温度調整する内部温度維持手段２７を設け、冷却水２８を供給して水熱分解部の温度を調整することもでき、前記生物処理装置６１により処理された水を内部温度維持手段２７に供給する冷却水２８へ合流して温度調整に利用するようにしてもよい。
【実施例７】
【００９３】
次に、本発明に係るバイオマスの水熱分解システムの他の実施例について、図面を参照して説明する。なお、実施例６のバイオマスの水熱分解システムと同一部材については同一符号を付してその説明は省略する。
図７は、実施例７に係るバイオマスの水熱分解システムを示す概略図である。
図７に示すように、バイオマスの水熱分解システム１０Ｇは、第２の戻しラインＬ5Aと第２の戻しラインＬ5Bとが合流したラインＬ6から分岐したラインＬ7に加熱手段６４を設け、分離した水５７Ａ、５７Ｂを加圧下で加熱し、加圧熱水１５として水熱分解部１７に供給して再利用している。
この分離した水５７Ａ、５７Ｂには、酢酸等の有機酸が含まれるため、ｐＨを低下させることにより、水熱分解部１７での反応温度低下が可能となり、エネルギー使用量の低下を図ることができる。【００９４】
また、水５７Ａ、５７Ｂの有機酸が余剰の場合は、実施例６のような生物処理装置６１を設け、その後、加圧加熱して再利用することが可能となる。【００９５】
以上述べたように、本発明に係るバイオマスの水熱分解システムによれば、バイオマス原料からセルロース主体の成分とヘミセルロース成分を固液接触状態で分解処理した後、その分解物であるバイオマス固形分をスラリー化槽の内部に設けた液体中に、投入することで、スラリー化させると共に、液体シールがなされ、加圧気体の流出を防止することができる。これにより加圧用気体（例えば加圧窒素等）の流出が防止され、ランニングコスト削減を図ることができる。【００９６】
また、バイオマス固形物をスラリー状とすることでその取り扱いを容易とし、その後の糖化工程に適したものとなり、効率的な糖液（Ｃ６糖、Ｃ５糖）の製造を行うことができる。また、この糖液を基点として、例えばＬＰＧ、自動用燃料、航空機用ジェット燃料、灯油、ディーゼル油、各種重油、燃料ガス、ナフサ、ナフサ分解物であるエチレングリコール、乳酸、アルコール（エタノール等）、アミン、アルコールエトキシレート、塩ビポリマー、アルキルアルミニウム、ＰＶＡ、酢酸ビニルエマルジョン、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、ＭＭＡ樹脂、ナイロン、ポリエステル等の各種有機原料（例えばアルコール類、石油代替品類、又はアミノ酸類等）を効率よく製造することができる。よって、枯渇燃料である原油由来の化成品の代替品及びその代替品製造原料としてバイオマス由来の糖液を効率的に利用することができる。【００９７】
さらに、液体中にバイオマス固形分を投入するので、液体による直接熱交換によりバイオマス固形分を冷却することで反応停止を効率良く行うことができ、バイオマス固形分に同伴する熱水による残留ヘミセルロース、残留リグニン及び主成分セルロースの過分解が抑制される。この結果、反応阻害成分の生成抑制を図ると共に、セルロース分の回収率の向上を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
以上のように、本発明によれば、バイオマスの水熱分解システムにより、バイオマス原料からセルロース主体の成分を分離する際にスラリー化させて効率的な抜出しが可能となり、このスラリー化物を用いて糖液の製造を行うと共に、該糖液を基点として、各種有機物（例えばアルコール類、石油代替品類、又はアミノ酸類等）を効率よく製造することができる。
【符号の説明】
【００９９】
１０Ａ〜１０Ｇ  バイオマスの水熱分解システム
１１  バイオマス原料
１２  バイオマス供給部
１３  装置本体
１４  第１のスクリュー手段
１５  加圧熱水
１６  熱水排出液
１７  水熱分解部
１８  バイオマス固形分抜出部
１９  水
２０  バイオマス固形分
２１  スラリー化槽
２２  撹拌手段
２３  排出部
２４  スラリー状バイオマス固形分
２５  加圧窒素
【図１】
2012004894.tif 000003
【図２】
2012004894.tif 000004
【図３】
2012004894.tif 000005
【図４】
2012004894.tif 000006
【図５】
2012004894.tif 000007
【図６】
2012004894.tif 000008
【図７】
2012004894.tif 000009
【図８】
2012004894.tif 000010
【図９】
2012004894.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月6日(2011.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
前記常圧下から加圧下に供給するバイオマス供給部１２としては、例えば、スクリュー、ピストンポンプ又はスラリーポンプ等の手段を挙げることができる。
【国際調査報告】
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