(57)【要約】      （修正有）【課題】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有機物質を製造する方法および装置の提供。【解決手段】有機物質生成工程と、気液接触工程と、結露工程と、精製工程とを有する微生物発酵を行い有機物を製造する方法及び装置であって、有機物質生成工程では、微生物を含む液体１３ｂが収容された発酵器１３において合成ガスから微生物発酵させることにより有機物質を生成し、気液接触工程では、発酵器１３にキャリアガスを導入すると共に、有機物質を含む液体を気液接触させ、結露工程では、発酵器１３からの気液接触後のキャリアガスを結露部１６で結露させ、精製工程では、結露液１７をから有機物質を精製する工程を有する装置。【選択図】図２
2015181420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微生物を含む液体が収容された発酵器において微生物発酵させることにより有機物質を生成させる有機物質生成工程と、
前記発酵器にキャリアガスを導入すると共に、前記キャリアガスと前記有機物質を含む前記液体を気液接触させる気液接触工程と、
前記発酵器からの気液接触後のキャリアガスを結露させる結露工程と、
を備える、有機物質の製造方法。
【請求項２】
前記結露工程において、前記発酵器からの前記キャリアガスが供給される結露部の温度を前記発酵器内の温度以下とすることにより前記気液接触後のキャリアガスを結露させる、請求項１に記載の有機物質の製造方法。
【請求項３】
前記結露工程において、前記発酵器からのオフガスが供給される結露部内の圧力を前記発酵器内の圧力よりも高くすることにより前記気液接触後のキャリアガスを結露させる、請求項１又は２に記載の有機物質の製造方法。
【請求項４】
前記精製工程において発生した残液の少なくとも一部を前記発酵器に戻す、請求項１〜３のいずれか一項に記載の有機物質の製造方法。
【請求項５】
前記有機物質生成工程において、ガスを基質として微生物発酵させる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の有機物質の製造方法。
【請求項６】
前記キャリアガスとして、前記微生物発酵の基質ガス又は前記微生物発酵で発生するガスを使用する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の有機物質の製造方法。
【請求項７】
前記気液接触工程において、前記キャリアガスを前記液体にバブリングさせる、請求項１〜６のいずれか一項に記載の有機物質の製造方法。
【請求項８】
前記結露工程において、結露液をシャワーすることにより前記気液接触後のキャリアガスと前記結露液とを気液接触させる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の有機物質の製造方法。
【請求項９】
結露液を精留すると共に、脱水することにより前記結露液よりも高濃度の有機物質を得る精製工程をさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の有機物質の製造方法。
【請求項１０】
微生物発酵することにより有機物質を精製させる微生物を含む液体が収容された発酵器と、
前記発酵器にキャリアガスを送入する送入機構と、
前記発酵器内において、前記有機物質を含む前記液体と前記キャリアガスとを気液接触させる気液接触機構と、
前記発酵器からのオフガスを結露させる結露部と、
前記結露部に溜まった結露液から前記有機物質を精製する精製機と、
を備える、有機物質の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物質の製造方法及び有機物質の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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有機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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０８７３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在、合成ガスを微生物発酵させることにより有機物質を製造する方法において、有機物質の製造に要するエネルギーを低減し、生成物物質の生産性を上げ、有機物質の製造コストを低くし得る新たな方法が求められている。
【０００５】
本発明の主な目的は、新規な有機物質の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る有機物質の製造方法は、有機物質生成工程と、気液接触工程と、結露工程とを備える。有機物質生成工程では、微生物を含む液体が収容された発酵器において微生物発酵させることにより有機物質を生成させる。気液接触工程では、発酵器にキャリアガスを導入すると共に、キャリアガスと、有機物質を含む液体とを気液接触させる。結露工程では、気液接触後のキャリアガスを結露させる。
【０００７】
本発明に係る有機物質の製造方法では、結露工程において、発酵器からのオフガスが供給される結露部の温度を発酵器内の温度以下とすることにより気液接触後のキャリアガスを結露させてもよい。
【０００８】
本発明に係る有機物質の製造方法では、結露工程において、発酵器からの気液接触後のキャリアガスが供給される結露部内の圧力を発酵器内の圧力よりも高くすることにより気液接触後のキャリアガスを結露させてもよい。
【０００９】
本発明に係る有機物質の製造方法では、精製工程において発生した残液の少なくとも一部を発酵器に戻すことが好ましい。
【００１０】
本発明に係る有機物質の製造方法では、有機物質生成工程において、ガスを基質として微生物発酵させてもよい。
【００１１】
本発明に係る有機物質の製造方法では、キャリアガスとして、微生物発酵の基質ガス又は微生物発酵で発生するガスを使用する。
【００１２】
本発明に係る有機物質の製造方法では、気液接触工程において、キャリアガスを液体にバブリングさせてもよい。
【００１３】
本発明に係る有機物質の製造方法では、結露工程において、結露液をシャワーすることによりオフガスと結露液とを気液接触させてもよい。
【００１４】
本発明に係る有機物質の製造方法では、結露液を精留すると共に、脱水することにより結露液よりも高濃度の有機物質を得る精製工程をさらに行ってもよい。
【００１５】
本発明に係る有機物質の製造装置は、発酵器と、送入機構と、気液接触機構と、結露部と、精製機とを備える。発酵器には、微生物を含む液体が収容されている。微生物は、微生物発酵することにより有機物質を精製させる。送入機構は、発酵器にキャリアガスを送入する。気液接触機構は、発酵器内において、有機物質を含む液体と、キャリアガスとを気液接触させる。結露部は、発酵器からの気液接触後のキャリアガスを結露させる。精製機は、結露部に溜まった結露液から有機物質を精製する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、新規な有機物質の製造方法を提供することができる。
【００１７】
本発明では、液を加熱したり減圧したりせずに有機物を抽出し得るので、本発明は、微生物の反応や高圧を有する反応には有効である。本発明では、さらにリアクターの冷却も同時に行い得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機物質の製造装置の模式図である。
【図２】本発明の一実施形態における有機物質の製造装置の一部分の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１に示される製造装置１は、微生物発酵を利用して有機物質を製造する装置である。具体的には、製造装置１は、合成ガスを基質として微生物発酵させることにより有機物質を製造する装置である。合成ガスは、炭素源の部分酸化により合成される。
【００２１】
炭素源は、例えば、プラスチックや樹脂を含む廃棄物や、生ゴミであってもよいし、コークス等であってもよい。
【００２２】
製造される有機物質は、含酸素有機物であってもよい。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、糖の具体例としては、例えば、エタノール、酢酸等が挙げられる。
【００２３】
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。
【００２４】
製造装置１は、部分酸化炉（合成ガスの合成炉）１１を有する。部分酸化炉１１では、炭素源の部分酸化が行われる。部分酸化炉１１において炭素源の部分酸化が行われることにより、一酸化炭素、水素及び水蒸気を含む合成ガスが生成する（ガス生成工程）。なお、炭素源が廃棄物である場合は、部分酸化炉１１は、例えば廃棄物の焼却炉であってもよい。炭素源がコークスである場合は、部分酸化炉１１は、例えば製鉄炉であってもよい。
【００２５】
本実施形態では、ガスの合成炉として、炭素源を部分酸化させる部分酸化炉（部分酸化炉）を用いる例について説明する。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、二酸化炭素を含むガス中の二酸化炭素の少なくとも一部を一酸化炭素に改質する改質炉によりガスの合成炉を構成してもよい。
【００２６】
部分酸化炉１１は、改質器１２に接続されている。合成ガスは、改質器１２に供給される。改質器１２では、逆シフト反応により合成ガス中の二酸化炭素及び水素の少なくとも一部を一酸化炭素と水蒸気とに改質する。これにより、合成ガス中の二酸化炭素濃度及び水素濃度が低減され、一酸化炭素濃度が高められる。もっとも、本発明において、改質器は、必須の構成要件ではない。本発明に係る有機物質の処理装置は、改質器を備えていなくてもよいし、ひいてはガスを基質としなくてもよい。
【００２７】
なお、逆シフト反応は、例えば、遷移金属触媒等の触媒を用いて行うことができる。好ましく用いられる遷移金属触媒の具体例としては、酸化鉄（Ｆｅ３Ｏ４）等が挙げられる。
【００２８】
改質器１２は、発酵器１３に接続されている。改質器１２により改質された合成ガスは、発酵器１３に供給される。発酵器１３は、微生物と、液体、具体的には水とを含む。すなわち、発酵器１３には、微生物を含む水が収容されている。微生物は、合成ガスを微生物発酵させる。これにより、製造しようとする有機物質が生成する。なお、発酵器１３は、加圧されていてもよい。
【００２９】
図２に示されるように、具体的には、発酵器１３は、容器１３ａを有する。容器１３ａに、微生物を含む水等の液体１３ｂが溜められている。容器１３ａの上側の少なくとも一部には、液体１３ｂが溜められていない。容器１３ａの上側の少なくとも一部は、空間１３ａ１となっている。容器１３ａには、液循環ポンプ１３ｃが接続されている。この液循環ポンプ１３ｃにより、液体１３ｂの循環が行われている。
【００３０】
発酵器１３には、気体循環機構１４が接続されている。気体循環機構１４は、ポンプなどにより構成されている。気体循環機構１４は、発酵器１３にキャリアガスを導入する。キャリアガスの種類は、特に限定されない。キャリアガスは、例えば、窒素、炭酸ガス、希ガスであってもよいし、有機発酵の気質がガスの場合はそのガスや発酵で生じるガスの混合物でもよい。
【００３１】
また、発酵器１３にうは、気液接触機構１５が設けられている。気液接触機構１５は、発酵器１３内において、キャリアガスと、有機物質を含む液１３ｂとを気液接触させ、キャリアガスに有機物質を含む液１３ｂの蒸気を含ませる。図２に示されるように、本実施形態では、具体的には、気液接触機構１５は、容器１３ａの液体１３ｂが位置する部分と、空間１３ａ１が位置する部分とを接続する配管１５ａと、配管１５ａに設けられたポンプ１５ｂとにより気液接触機構１５が構成されている。配管１５ａの先端部１５ａ１は、空間１３ａ１内に位置している。ポンプ１５ｂにより吸い上げられ、配管１５ａを経由して先端部１５ａ１に至った、有機物質を含む液体１３ｂは、先端部１５ａ１からシャワーされる。これにより、有機物質を含む液体１３ｂと、キャリアガスとが気液接触する。その結果、有機物質を含む液体１３ｂの蒸発が促進される。その結果、有機物質及び液体１３ｂの蒸気を含むキャリアガスが生成する。
【００３２】
有機物質及び液体１３ｂの蒸気を含むキャリアガスを含む、発酵器１３からのオフガスは、配管１９を介して発酵器１３に接続された結露部（凝縮器）１６に供給される。結露部１６は、供給された気液接触後のキャリアガスを結露させる。これにより生成した結露液１７には、製造しようとする有機物質が含まれている。
【００３３】
具体的には、結露部１６は、容器１６ａと、配管１６ｂと、ポンプ１６ｃと、冷却部１６ｄとを有する。発酵器１３からの気液接触後のキャリアガスは、容器１６ａに供給される。配管１６ｂの一方側端部１６ｂ１は、容器１６ａの底部に接続されている。配管１６ｂの他方側端部１６ｂ２は、容器１６ａ内の空間の上部にまで至っている。配管１６ｂの途中部には、ポンプ１６ｃが配されている。容器１６ａの底部に溜まった低温の結露液１７は、ポンプ１６ｃが作動することにより、端部１６ｂ１から吸い込まれ、端部１６ｂ２に至る。結露液１７は、端部１６ｂ２から容器１６ａ内にシャワーされる。冷却部１６ｄは、ポンプ１６ｃと隣接するように配置されている。この冷却部１６ｄにより、結露液が冷却される。これにより、結露液は改めてキャリアガスを結露する能力を獲得する。これにより、結露部１６に供給された気液接触後のキャリアガスの結露が促進される。
【００３４】
結露部１６は、例えば、容器１６ａ内の温度を、発酵器１３の温度よりも低くする冷却機構を備えていてもよい。その場合、冷却機構により容器１６ａ内が冷却されることにより気液接触後のキャリアガスの結露が行われる。
【００３５】
また、結露部１６は、例えば、容器１６ａ内の圧力を、発酵器１３の圧力よりも高くする加圧機構を備えていてもよい。その場合、加圧機構により容器１６ａ内が加圧されることにより気液接触後のキャリアガスの結露が行われる。
【００３６】
製造装置１では、気体循環機構１４によりキャリアガスが発酵器１３に送入される。気液接触機構１５により、発酵器１３において、有機物質を含む液体１３ｂが蒸発し、有機物質と液体とを含むガスが生成する。生成されたガスは、発酵器１３からの気液接触後のキャリアガスとして、結露部１６に供給される。結露部１６は、気液接触後のキャリアガスを結露させる。これにより、有機物質を含む結露液が生成する。
【００３７】
結露部１６のガスの少なくとも一部は、気体循環機構１４に戻される。本実施形態では、結露部１６のガスの一部が気体循環機構１４を経由して発酵器１３に戻され、一部は、気液接触後のキャリアガスとして排出される。
【００３８】
結露部１６の結露液１７の一部は、結露部１６における気液接触後のキャリアガスの結露に供される。結露部１６の結露液１７の一部は、精製機１８に移送される。精製機１８は、有機物質と液体１３ｂとを含む結露液１７から高濃度の有機物質を精製する。精製機１８は、例えば、結露液を精留すると共に、脱水することにより高濃度の有機物質を精製するものであってもよい。
【００３９】
図１に示されるように、製造装置１は、精製機１８において生じた残液の少なくとも一部が発酵器１３に戻されるように構成されていてもよい。そうすることにより、炭素源の利用効率を向上することができる。このとき、この残液を処理して戻すようにしてもよい。処理方法としては、例えば、精製機１８において生じた残液中の有機酸をメタン発酵させ除去する方法などが考えられる。
【００４０】
ところで、例えば、発酵器で精製する有機物質を含む液体を直接蒸留し、高濃度の有機物質を得ることも考えられる。この場合、蒸留する液体における有機物質の濃度が低い。このため、高濃度の有機物質を得るためには、例えば複数回にわたって蒸留を繰り返す必要が生じ、有機物質の精製に要するコストが高くなる。
【００４１】
製造装置１では、発酵器１３で精製する有機物質を含む液体１３ｂを直接蒸留しない。有機物質を含む液体１３ｂを一端蒸発させた後に結露させ、結露液を生成させる。この結露液は、液体１３ｂよりも高い有機物質濃度を有する。このため、例えば、蒸留の回数を少なくすることができる。従って、有機物質の精製に要するコストを低くすることができる。その結果、有機物質の製造コストを低減することができる。
【００４２】
また、製造装置１では、有機物質の精製にコンプレッサーを必ずしも要さない。この観点からも、有機物質の精製に要するコストを低くすることができる。
【００４３】
製造装置１では、オフガス（キャリアガス）は、結露部１６から発酵器１３に返還される。変換されるキャリアガスは、冷却機構１６ｄにより冷却されるので低温になっている。このため、発熱反応が進行する発酵器１３をキャリアガスにより冷却することができる。したがって温度を一定に保持するために冷却機構を兼ねることができる。
【００４４】
なお、本実施形態では、有機物質を含む液体１３ｂを蒸発させる蒸発工程において液体１３ｂをシャワー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、蒸発工程において、キャリアガスを液体１３ｂにバブリングすることにより、キャリアガスと液体１３ｂとを気液接触させ、有機物質を含む液体１３ｂを蒸発させてもよい。また、表面積の大きい固体表面上に液１３ｂを流し、そこで気液接触をさせてもよい。
【符号の説明】
【００４５】
１  製造装置
１１  部分酸化炉
１２  改質器
１３  発酵器
１３ａ１  空間
１３ａ，１６ａ  容器
１３ｂ  液体
１３ｃ  液循環ポンプ
１４  入機構
１５  気液接触機構
１５ａ，１６ｂ，１９  配管
１５ｂ，１６ｃ  ポンプ
１６  結露部
１７  結露液
１８  精製機
【図１】
2015181420.tif 000003
【図２】
2015181420.tif 000004