(57)【要約】  本発明の目的は、バイオマス処理システムにおいて、バイオマスを効率よく加熱処理することにある。  本発明は、バイオマスを含む原料から生成されたスラリー体を加熱処理するバイオマス処理システム２０であって、原料から、タンパク質、脂質、及び食物繊維のうち少なくともいずれかを含む有機物を第１分離物として分離する原料分離部３１と、原料分離部３１により第１分離物が分離された後の残余物である第２分離物にアルカリ性溶液を加えて反応させるアルカリ処理部３２と、アルカリ処理部３２における反応により生成した沈殿物を分離する沈殿物分離部３６とを備え、沈殿物を分離した後の溶液によりスラリー体を生成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを含む原料から生成されたスラリー体を加熱処理するバイオマス処理システムであって、
前記原料から、タンパク質、脂質、及び食物繊維のうち少なくともいずれかを含む有機物を第１分離物として分離する原料分離部と、前記原料分離部により前記第１分離物が分離された後の残余物である第２分離物にアルカリ性溶液を加えて反応させるアルカリ処理部と、前記アルカリ処理部における反応により生成した沈殿物を分離する沈殿物分離部とを備え、
前記沈殿物を分離した後の溶液により前記スラリー体を生成する、バイオマス処理システム。
【請求項２】
前記第１分離物を乾燥させる乾燥部を備える、請求項１に記載のバイオマス処理システム。
【請求項３】
前記乾燥部は、前記第１分離物を加熱して乾燥させる、請求項２に記載のバイオマス処理システム。
【請求項４】
前記スラリー体を加熱する加熱器を備え、
前記乾燥部は、前記原料分離部において分離した前記第１分離物を、前記加熱器からの排熱により加熱して乾燥させる、請求項２又は３に記載のバイオマス処理システム。
【請求項５】
前記アルカリ性溶液は水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを含む水溶液である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバイオマス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バイオマスを効率よく加熱処理するためのバイオマス処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超臨界状態でバイオマスを分解処理して燃料ガスを得るバイオマス処理システムが知られている。例えば、特許文献１には、非金属系触媒を含んだバイオマスのスラリー体を温度３７４℃以上、圧力２２．１ＭＰａ以上の条件下で水熱処理し、生成された生成ガスを利用して発電装置で発電し、発電装置からの排熱を利用してスラリー体を加熱するバイオマスガス化発電システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２４６３４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このバイオマスである原料として代表的なものの一つに、焼酎残渣がある。図９は、一般的なバイオマス処理システムで焼酎残渣を加熱してガス化する場合を説明する図である。同図に示すように、このバイオマス処理システム１は、加熱部３、及び気液分離部４を含んで構成される。このうち加熱部３は、焼酎残渣、活性炭、及び水の混合物から生成されたスラリー体を加熱する熱交換器５と、スラリー体をさらに加熱する加熱機構６とを備える。気液分離部４は、ガス化反応が終了した超臨界状態の流体（超臨界流体という）を減圧、冷却した後、気液分離してガスを得るものである。気液分離部４で分離されたガスは、例えば燃焼ガスとして用いられる。【０００５】
ここで熱交換器５としては、例えば二重管式熱交換器が挙げられる。図１０は二重管式熱交換器における二重管の構成を説明する図である。同図に示すように、二重管７は、内側の配管９で形成される低温側流路と、外側の配管１２で形成される高温側流路とを備えている。そして、低温側流路にはスラリー体８が導入される。また、高温側流路には、スラリー体８と熱交換される超臨界流体１１が導入される。【０００６】
ところで、内側の配管９の内壁面には、焼酎残渣の成分に由来するタールが付着することがある。図１１は、焼酎残渣を含有する混合物を熱交換した後の二重管の断面写真である。同図に示すように、内側の配管９（低温側流路）には黒色ないし褐色のタール１３が付着している。低温側流路において、焼酎残渣を含有する混合物は超臨界状態又は亜臨界状態の高温流体と熱交換されて昇温される。ここで、焼酎残渣にはタンパク質や脂質や食物繊維といった有機物が多く含まれている。これらの有機物は加熱されると熱分解され、これによりタールが生成されるものと考えられる。生成されたタールは低温側流路を閉塞して原料の流通を妨げる。その結果、交換熱量が低下してガスの収率の低下がもたらされる。そして、このようなタールによる配管の閉塞は、熱交換器内に限らず、原料を加熱処理するその他の加熱過程における配管においても起こる可能性がある。【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、バイオマスを効率よく加熱処理するためのバイオマス処理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の目的を達成するための本発明は、バイオマスを含む原料から生成されたスラリー体を加熱処理するバイオマス処理システムであって、前記原料から、タンパク質、脂質、及び食物繊維のうち少なくともいずれかを含む有機物を第１分離物として分離する原料分離部と、前記原料分離部により前記第１分離物が分離された後の残余物である第２分離物にアルカリ性溶液を加えて反応させるアルカリ処理部と、前記アルカリ処理部における反応により生成した沈殿物を分離する沈殿物分離部とを備え、前記沈殿物を分離した後の溶液により前記スラリー体を生成する。【０００９】
原料であるバイオマスには、タンパク質、脂質や食物繊維（リグニン等）の有機物が多く含まれており、これらの有機物は、原料から生成したスラリー体を加熱処理する過程において、各種配管に付着するタールを生成する原因となる可能性がある。そこで本発明のように、原料から、タンパク質、脂質、及び食物繊維（リグニン等）のうち少なくともいずれかを含む有機物を第１分離物（以下、タール原因物質ともいう）として分離することにより、上記配管におけるタールの生成を抑制し、これにより、当該配管の閉塞を防止することができる。これにより、バイオマスを効率よく加熱処理することができる。【００１０】
また、アルカリ処理部により、第１分離物を分離後の残余物（第２分離物）からリン酸マグネシウム等のリン化合物を沈殿物として分離することで、分離したリン化合物を肥料原料等として再利用し、資源を効率よく活用することができる。また、上述のようにリン化合物が沈殿することからわかる通り、バイオマスは無機塩を生成するような無機物も含んでいる。したがって、この無機物の分もスラリー体は減容されていることになり、これによる配管の閉塞の防止の効果も期待できる。【００１１】
なお、ここでいう加熱処理とは、スラリー体を超臨界水や高温の燃焼ガス等と熱交換してバイオマスをガス化できるような高温高圧下での加熱処理（なお、このような加熱処理が行える温度を、以下、ガス化反応温度という）のみならず、超臨界以下の温度ないし圧力条件下での加熱処理（例えば水熱処理であって、亜臨界状態や、ガス化反応温度以下の温度の状態での加熱処理）を含む概念である。【００１２】
なお、本発明においては、前記第１分離物を乾燥させる乾燥部を備えていてもよい。もしくは、前記乾燥部は、前記第１分離物を加熱して乾燥させてもよい。【００１３】
バイオマス（焼酎残渣）から分離した第１分離物にはタンパク質や脂質や食物繊維が多く含まれるので、本発明のように、この第１分離物を乾燥させることで、その乾燥物を長期保管が可能で輸送費が安価な飼料として用いることができる。また、加熱し乾燥させることで、確実に水分を取り除くことができる。【００１４】
また、本発明においては、前記スラリー体を加熱する加熱器を備え、前記乾燥部は、前記原料分離部において分離した前記第１分離物を、前記加熱器からの排熱により加熱して乾燥させるようにしてもよい。【００１５】
加熱器からの排熱により固形物の加熱して乾燥を行っていることで、バイオマス処理システムで発生する熱を有効に利用できる。【００１６】
なお、前記アルカリ性溶液は、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを含む水溶液であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、バイオマス処理システムにおいて、バイオマスを効率よく加熱処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態に係るバイオマス処理システムの構成を説明する図である。
【図２】二重管における気液二相流を説明する図である。
【図３】分離実験を実施した場合と実施しない場合における、二重管における気液二相流の違いを説明する図である。
【図４】第２実施形態に係るバイオマス処理システムの構成を説明する図である。
【図５】分離実験の手順を説明する図である。
【図６】分離実験の実験結果を説明する図である。
【図７】アルカリ処理実験の手順を説明する図である。
【図８】沈殿物８９の分析結果（（ａ）フーリエ変換赤外顕微分光装置による赤外分光分析、（ｂ）エネルギ分散Ｘ線マイクロアナライザによる元素分析）の結果）を説明する図である。
【図９】一般的なバイオマス処理で焼酎残渣をガス化する場合を説明する図である。
【図１０】二重管式熱交換器における二重管の構成を説明する図である。
【図１１】焼酎残渣を含有する混合物を熱交換した後の二重管の断面写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係るバイオマス処理システムの構成を説明する図である。同図に示すように、バイオマス処理システム２０は、原料調製部３０、熱処理部４０、及び気液分離部５０を有する。バイオマス処理システム２０は、原料である焼酎残渣を加熱処理することにより燃焼ガスを生成するシステム（ガス化システム）である。なお、この場合の焼酎は、麦焼酎、芋焼酎、米焼酎、そば焼酎、またはこれらの組み合わせのうちいずれでもよい。
【００２０】
原料調製部３０は、原料を調製する部分である。原料調製部３０は、分離装置３１、反応容器３２、調製タンク３３、粉砕機３４、及び供給ポンプ３５を備える。
【００２１】
分離装置３１は、原料である焼酎残渣から、タンパク質、脂質、及び食物繊維のうち少なくともいずれかを含む有機物（以下、第１分離物という）を分離する装置である。分離装置３１により、焼酎残渣に含まれていたタンパク質や脂質や食物繊維が除去される。
【００２２】
第１分離物は、分離装置３１で第１分離物を分離後の残余物（以下、第２分離物という）よりも、タンパク質、脂質、食物繊維を多く含んでいる。なお、本実施形態において、第１分離物は固形分であり、第２分離物は液分である。このような分離装置３１の詳細は後述する。
【００２３】
反応容器３２は、分離装置３１で分離された液分と、水酸化ナトリウム水溶液等のアルカリ性溶液とを反応させるアルカリ処理を行うための容器である。反応容器３２により、リン化合物等の無機物が沈殿物として分離される。反応容器３２の詳細は後述する。
【００２４】
調製タンク３３は、分離装置３１で分離された第２分離物と、水と、非金属系触媒（本実施形態では活性炭とする）とを混合し、これにより混合物を調製するタンクである。活性炭は、例えば平均粒径２００μｍ以下の多孔質の粒子を用いる。なお、上記液分、水、及び活性炭の混合割合は、焼酎残渣の種類、量、含水率などに応じて調節される。
【００２５】
粉砕機３４は、調製タンク３３で得られた混合物を粉砕することにより、焼酎残渣を予め均一な大きさ（好ましくは平均粒径が５００μｍ以下、より好ましくは平均粒径が３００μｍ以下）にするための装置である。粉砕機３４により得られた混合物を、以下、スラリー体と呼ぶ。供給ポンプ３５は、粉砕機３４から排出されたスラリー体を熱処理部４０に供給する装置である。
【００２６】
熱処理部４０は、原料調製部３０で調製されたスラリー体を加熱してガス化する部分である。熱処理部４０は、高圧ポンプ４３、熱交換器４４、加熱器４５、ガス化反応器４６、及び飼料タンク４７を備える。
【００２７】
供給ポンプ３５により熱処理部４０に送られてきたスラリー体は、高圧ポンプ４３により熱交換器４４に送られる。
【００２８】
熱交換器４４は、高圧ポンプ４３からのスラリー体が導入され、このスラリー体をさらに加熱する装置である。熱交換器４４は二重管４８を備える二重管式熱交換器であり、高圧ポンプ４３から送られてきたスラリー体が流通する低温流路４８ａと、ガス化反応器４６から導入される、当該ガス化反応器４６で生成された超臨界状態の流体（ガス化反応器４６でガス化が終了したスラリー体。以下、処理後流体という）が流通する高温流路４８ｂとを備える。当該スラリー体は、低温流路４８ａにおいて処理後流体と熱交換することにより昇温される。
【００２９】
なお、処理後流体の熱交換器４４への導入時の温度は、例えば６００℃程度であり、処理後流体の熱交換器４４からの排出温度は例えば１２０℃程度である。一方、スラリー体の熱交換器４４からの排出温度は例えば約４５０℃である。すなわちこの場合、スラリー体は超臨界状態になることになる。熱交換器４４で加熱されたスラリー体は、加熱器４５に送られる。
【００３０】
加熱器４５は、熱交換器４４から送られてくるスラリー体を加熱する装置である。加熱器４５は燃焼装置４５ａを備え、気液分離部５０から送られてくる生成ガス（後述）を当該燃焼装置４５ａにより燃焼させ、スラリー体を加熱する。加熱器４５に導入されたスラリー体は、例えば約６００℃程度までに昇温される。昇温されたスラリー体は、ガス化反応器４６に送られる。
【００３１】
ガス化反応器４６は、加熱器４５から送られてきたスラリー体を加熱し、スラリー体に含まれる有機物を水熱処理する装置である。ガス化反応器４６は燃焼装置４６ａを備えており、気液分離部５０から送られてくる生成ガスを燃焼装置４６ａにより燃焼させてスラリー体の水熱処理を行う。この水熱処理においてスラリー体は、例えば６００℃、２５ＭＰａの条件下で、１〜２分間にわたって水熱処理される。水熱処理されたスラリー体は超臨界状態であり、処理後流体として熱交換器４４に導入される。
【００３２】
飼料タンク４７は、バイオマス処理システム２０における副生成物である飼料を蓄えるためのタンクである。飼料タンク４７に蓄えられる飼料については後述する。
【００３３】
ガス化反応器４６から熱交換器４４に導入された処理後流体は、前述のように、低温流路４８ａに導入されたスラリー体と熱交換され、高い圧力を維持したまま温度が下がって亜臨界状態となる。例えば、当該スラリー体は、２５ＭＰａの圧力を維持したまま温度が３００℃程度まで下がる。
【００３４】
熱交換器４４において処理後流体は、超臨界状態から亜臨界状態に変化して気体と液体とに分離し、いわゆる気液二相流の状態となる場合がある。
【００３５】
図２は、この気液二相流を説明する図である。同図に示すように、二重管４８の高温流路４８ｂでは、処理後流体６１が、上方部分の気相部分６１aと、下方部分の液相部分６１ｂとに分離する。気相部分６１ａ、及び液相部分６１ｂのそれぞれが、低温流路４８ａを流れるスラリー体６２と熱交換される。
【００３６】
このようにしてスラリー体との熱交換が行われた処理後流体は、気液分離部５０に送られる。
【００３７】
次に、図１に示すように、気液分離部５０は、減圧機構５１、気液分離器５２、ガスタンク５３、及び排液処理装置５４を備える。
【００３８】
減圧機構５１は、熱処理部４０から送られてきた処理後流体を減圧する部分であり、例えばキャピラリーチューブによって構成される。
【００３９】
気液分離器５２は、減圧機構５１から送られてきた処理後流体を、液体成分（活性炭や灰分を含む液体）と、気体成分（水素やメタン等のガス）とに分離する部分である。気液分離器５２からは、常温で０．３ＭＰａ程度のガスが排出される。
【００４０】
ガスタンク５３は、気液分離器５２で分離したガス（生成ガス）を貯留する容器である。ガスタンク５３に貯留された生成ガスは、加熱器４５、及びガス化反応器４６に供給される。
【００４１】
排液処理装置５４は、気液分離器５２によって分離された溶液に含まれている活性炭や灰分を、当該溶液から分離する装置である。排液処理装置５４は、例えば、固形物を含む溶液を液分と固形分とに分離する分離装置を含む。排液処理装置５４より分離された液分は、排液として所定の排水路に排出される。
【００４２】
ところで、熱交換器４４の二重管内（具体的には低温流路４８ａ）では、スラリー体が加熱される際、焼酎残渣の有機物（タンパク質や脂質や食物繊維（リグニン等）。以下、タール原因物質という。）が熱分解してタールが生成され、これが低温流路４８ａを区画する内側の配管の内壁面に付着することがある（例えば、スラリー体の温度が１５０℃〜４５０℃になっている箇所）。付着したタールは、やがて低温流路４８ａを閉塞し、スラリー体の流通を妨げる。その結果、気液分離部５０におけるガスの収率は低下することとなる。
【００４３】
これと同様の現象が、熱交換器４４以外の配管でも起きる可能性がある。すなわち、熱処理部４０における加熱器４５、ガス化反応器４６、及びこれらの接続配管など、スラリー体が加熱処理される他の箇所においても同様に、タールが生成して当該配管を閉塞するおそれがある。
【００４４】
このように、本実施形態のバイオマス処理システム２０では、スラリー体が超臨界水と熱交換してガス化するような高温高圧下（超臨界状態下）での加熱処理を行う場合だけでなく、超臨界以下の温度ないし圧力条件下でスラリー体の加熱処理（例えば水熱処理であって、亜臨界状態や、ガス化反応温度以下の温度の状態での加熱処理）を行う場合にも、その処理過程における配管が閉塞するおそれがある。
【００４５】
そこで、本実施形態のバイオマス処理システム２０では、このような事態を防ぐべく、図１に示すように、原料調製部３０に分離装置３１を設け、主原料である焼酎残渣からタール原因物質を分離するようにしている。
【００４６】
すなわち、分離装置３１は、原料を、タール原因物質を多く含む第１分離物（本実施形態では固形分）と、タール原因物質を含まない（または、少なくとも第１分離物よりは含有量が少ない）第２分離物（本実施形態では液分）とに分離する。
【００４７】
分離装置３１は、例えば、重力や遠心力を用いて、比重の違いに基づき、原料を第１分離物と第２分離物に分離する装置（例えば、重力沈降により分離させる静置用貯溜槽やデキャンタ等の遠心分離機）や、フィルタなどを用いて原料を第２分離物と第２分離物に分離する装置（例えば、フィルタプレス）などである（例えば、第１分離物は固相として分離され、第２分離物は液相として分離される）。なお、分離装置３１はこれらの装置を組み合わせたものでもよい。
【００４８】
分離装置３１によって分離された第１分離物（焼酎残渣の固形分）は、熱処理部４０の加熱器４５に導入される。加熱器４５に導入された固形分は、加熱器４５における排熱（燃焼装置４５ａによる燃焼の際に生じる排熱）により加熱、乾燥される。この乾燥後の固形分はタンパク質を多く含むため、飼料として用いることができる。この乾燥後の固形分は、飼料として飼料タンク４７に蓄えられる。
【００４９】
一方、分離装置３１において分離された第２分離物（焼酎残渣の液分）は、反応容器３２に導入される。反応容器３２には、アルカリ性の水溶液（例えば１０ｗｔ％水酸化ナトリウム水溶液）が導入され、上記液分のアルカリ処理が行われる。すなわち反応容器３２内では、上記分離された液分と、アルカリ性の水溶液とが混合され、これにより沈殿物が生成する。この沈殿物の主成分はリン酸マグネシウム等のリン化合物からなる無機物であり、保管容器３６に送られる。このリン化合物は、肥料原料等として再利用できる。
【００５０】
一方、沈殿物を取り除いた後の反応後の溶液（例えば上澄み液）は調製タンク３３に送られる。調製タンク３３に送られた反応後溶液は、活性炭、及び水と混合され、これにより生成した混合物は、粉砕機３４でスラリー体となり、供給ポンプ３５を経て熱処理部４０に導入される。
【００５１】
このように、熱処理部４０に導入されるスラリー体は、分離装置３１による分離、及び反応容器３２におけるアルカリ処理により、タンパク質、脂質、食物繊維や、リン化合物等の無機物が大幅に取り除かれた状態となっている。
【００５２】
以上のように、本実施形態のバイオマス処理システム２０では、分離装置３１（原料分離部）により、原料から、タンパク質、脂質、及び食物繊維（リグニン等）のうち少なくともいずれかを含む有機物（第１分離物。タール原因物質）を分離することにより、原料から生成したスラリー体を加熱処理する過程における各種配管におけるタールの生成を抑制し、これにより、当該配管の閉塞を防止することができる。これにより、バイオマスを効率よく加熱処理することができる。
【００５３】
また、反応容器３２（アルカリ処理部）により、第１分離物の残余物（第２分離物）からリン酸マグネシウム等のリン化合物（無機物）を沈殿物として保管容器３６（沈殿物分離部）に分離することで、分離したリン化合物を肥料原料等として再利用し、資源を効率よく活用することができる。また、上述のようにリン化合物が沈殿することからわかる通り、焼酎残渣は無機塩を生成するような無機物も含んでいる。したがって、この無機物の分もスラリー体は減容されていることになり、これによる配管の閉塞の防止の効果も期待できる。
【００５４】
また、焼酎残渣から分離した第１分離物（固形分）には高濃度のタンパク質や脂質や食物繊維が含まれるので、本実施形態のバイオマス処理システム２０のように、この固形分を加熱し乾燥させることで、確実に水分を取り除き、その乾燥物を安価で長期保管可能で栄養豊富な、質の良い飼料として活用できる。また乾燥することで腐敗を防ぎ長期保管が可能となるばかりか重量が減るため輸送コストも安価となる。
【００５５】
上記の固形物の乾燥は、加熱器４５の排気ガスが持つ排熱により、加熱器４５が乾燥部として行っているので、バイオマス処理システム２０で発生する熱を有効に利用できる。
【００５６】
なお、反応容器３２でリン化合物を沈殿させる方法としては、アルカリ性溶液ではなく酸性溶液を加える方法もあり得る。しかし、本実施形態において酸性溶液では無くアルカリ性溶液を用いたのは、酸性溶液を用いると、これが熱交換器４４等の配管の金属を腐食させるおそれがあるためである。また、水酸化ナトリウム水溶液や水酸化カリウムのようなアルカリ性溶液は、ガス化反応器４６における水熱処理の触媒としても作用するので、さらなるガスの収率の向上も見込むことができる。
【００５７】
また、焼酎残渣は、リン化合物に由来するリンや、タンパク質に由来する窒素を多く含むため、焼酎残渣からタンパク質やリン化合物を取り除くことにより、排液処理装置５４において排出される排液の窒素濃度（例えばアンモニア濃度）やリン濃度（例えばリン酸濃度）を低下させることができる。公共用水域等への窒素分やリン分の排出は環境負荷（富栄養化等）をもたらすため、本実施形態のバイオマス処理システム２０によれば、そのような環境負荷の増大を防ぐことができる。
【００５８】
また、本実施形態のバイオマス処理システム２０では、以下のような効果も奏されると考えられる。図３は熱交換器４４の二重管４８に流れる処理後流体を説明する図である。分離装置３１による分離を行うと、タールの原因である有機物が焼酎残渣から取り除かれる分、その有機物を水熱処理することにより得られる生成ガスは減少する。そのため、符号６３で示すように、亜臨界状態の処理後流体６１における気液二相流の気相部分６１ａも減少する。これに伴い、液相部分６１ｂは増えるため、スラリー体６２と（配管を介して）接触する液相部分６１ｂの伝熱面積が増え、結果として処理後流体６１と低温流路４８ａのスラリー体６２との交換熱量が増大し、スラリー体６２を効率よく加熱できる。これは、気体よりも液体の方が、比熱が大きいためである。したがって、加熱器４５とガス化反応器４６で使用する燃料ガスが減るためシステム全体において生成ガスを有効に活用することができる。
【００５９】
なお、本実施形態のバイオマス処理システム２０では、分離した固形分の加熱及び乾燥を加熱器４５からの排熱により行っているが、加熱器４５以外の、排熱が発生する他の装置、例えば、ガス化反応器４６や減圧機構５１から排出される熱を用いて固形物の乾燥を用いてもよい。このように構成しても、バイオマス処理システム２０で発生する熱は有効に再利用される。
【００６０】
＜第２実施形態＞
図４は、第２実施形態に係るバイオマス処理システムの構成を説明する図である。同図に示すように、本実施形態のバイオマス処理システム２０は、第１実施形態と同様、原料調製部３０、熱処理部４０、及び気液分離部５０を有する。
【００６１】
熱処理部４０、及び気液分離部５０は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。ここでは、原料調製部３０について説明する。
【００６２】
原料調製部３０は、原料を調製する部分である。原料調製部３０は、反応容器３２、分離装置３１、調製タンク３３、粉砕機３４、及び供給ポンプ３５を備える。同図に示すように、第１実施形態と比べると反応容器３２と分離装置３１の配置が逆になっており、具体的には、反応容器３２が上流側、分離装置３１が下流側に配置されている。
【００６３】
反応容器３２は、主原料である焼酎残渣と、アルカリ性溶液（例えば水酸化ナトリウム水溶液、水酸化カリウム水溶液）とを反応させるための容器である。反応容器３２には、焼酎残渣と、アルカリ性溶液とが投入される。そして両者が反応容器３２内で焼酎残渣がアルカリ処理される。このアルカリ処理によって得られた溶液（以下、処理後溶液という）は、分離装置３１に送られる。なお、処理後溶液には、焼酎残渣に含まれているタンパク質や脂質や食物繊維が含まれている。一方、処理後溶液から分離された固形物（沈殿物）は、リン化合物を多く含んでおり、これは保管容器３６に蓄えられる。この沈殿物は、飼料肥料等して用いることができる。
【００６４】
分離装置３１は、反応容器３２から供給されてきた処理後溶液を、固形分と液分とに分離する。これにより、処理後溶液に含まれるタンパク質や脂質や食物繊維は固形分として分離される。分離された固形分は、熱処理部４０の加熱器４５に導入される。加熱器４５に導入された固形分は、加熱器４５で発生する排熱を用いて加熱、乾燥される。この乾燥後の固形分はタンパク質や脂質や食物繊維を多く含むため、家畜等の飼料として用いることができる。ただし、この固形分は中和処理しておく、すなわち、前述のアルカリ処理に用いたアルカリ性溶液に由来する物質を中和して無害化しておくことが好ましい。この乾燥後の固形分は、飼料タンク４７に保存される。
【００６５】
一方、分離装置３１で分離された液分は、調製タンク３３に送られる。調製タンク３３では、この分離された液分と、活性炭、及び水とが混合され、粉砕機３４に送られる。
【００６６】
粉砕機３４、及び供給ポンプ３５は第１実施形態と同様である。調製タンク３３で生成した混合物は粉砕機３４でスラリー体となり、供給ポンプ３５を経て熱処理部４０に導入される。そして、熱処理部４０に導入されたスラリー体は熱交換器４４に導入される。
【００６７】
このように第２実施形態では、第１実施形態と異なり分離処理とアルカリ処理の順序を逆にしている。つまり、焼酎残渣に対して先にアルカリ処理を行い（反応容器３２）、アルカリ処理を行って沈殿物を除去した後の溶液を、第１分離物と第２分離物とに分離している（分離装置３１）。このような構成でも、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００６８】
＜タンパク質、脂質、食物繊維、リン化合物の除去実験＞
以上に説明したバイオマス処理システム２０の構成によって、焼酎残渣からタールの原因物質（タンパク質や脂質や食物繊維）を確実に除去できることを、発明者らは以下のような分離実験で確かめた。
【００６９】
＜分離実験＞
この分離実験は、焼酎残渣から脂質やタンパク質や食物繊維を分離する実験である。図５は、分離実験の手順を説明する図である。同図に示すように、この分離実験には、焼酎残渣を収容する試験容器７１、及び濾過容器７２を用いた。
【００７０】
まず、焼酎残渣７３（六条麦の焼酎残渣）を投入した試験容器７１を４８時間程度静置し、沈殿物７４が沈殿するのを待った。その後、試験容器７１の上澄み液を取り出すと共に、試験容器７１の底に残った沈殿物７４を濾過容器７２に導入した。
【００７１】
濾過容器７２にはフィルタ７５（目開２ｍｍの金網）が設けられており、このフィルタ７５の上面に前述の沈殿物７４を導入した。濾過後、フィルタ７５に残った濾過後沈殿物７６を取り出した。
【００７２】
図６は、分離実験を行う前の焼酎残渣、分離実験で得られた上澄み液、及び濾過後沈殿物７６の分析結果を示す図である。同図に示すように、分離実験を行う前の焼酎残渣において、ｐＨは３．８、水分は焼酎残渣１００ｇあたり８８．２ｇ、脂質は焼酎残渣１００ｇあたり０．６ｇ、タンパク質は焼酎残渣１００ｇあたり３．８ｇ、食物繊維が焼酎残渣１００ｇあたり１．４ｇであった。また、試験容器７１の上澄み液については、ｐＨが４．０、水分が焼酎残渣１００ｇあたり８９．８ｇ、脂質が焼酎残渣１００ｇあたり０．１ｇ未満、タンパク質が焼酎残渣１００ｇあたり３．５ｇ、食物繊維が焼酎残渣１００ｇあたり０．２ｇであった。濾過後沈殿物７６については、ｐＨが４．０、水分が焼酎残渣１００ｇあたり８３．４ｇ、脂質が焼酎残渣１００ｇあたり１．６ｇ、タンパク質が焼酎残渣１００ｇあたり４．６ｇ、食物繊維が焼酎残渣１００ｇあたり４．４ｇであった。
【００７３】
この実験結果により、分離処理する前の焼酎残渣の脂質、タンパク質、及び食物繊維の濃度に比べ、分離処理した後の液分の脂質、タンパク質、及び食物繊維の濃度は有意に低くなっていることがわかる。一方、分離処理した後の沈殿物（固形分）には、高濃度の脂質、タンパク質、及び食物繊維が含まれていることがわかる。すなわち、焼酎残渣から、タンパク質や脂質や食物繊維を容易に分離することができることがわかる。
【００７４】
＜アルカリ処理実験＞
次に、発明者らは、焼酎残渣に水酸化ナトリウムを加えることでリン化合物が生成されるかを検証した。
図７は、アルカリ処理実験の手順を説明する図である。アルカリ処理実験では、（ａ）に示すように、反応容器８１に収容した５００ｍｌの焼酎残渣８２（六条麦焼酎残渣）に対して、１０ｗｔ％水酸化ナトリウム水溶液８３を２７ｍｌ加えて攪拌器８４で攪拌し、両者を反応させた。次に、（ｂ）に示すように、反応容器８１における反応後の溶液８５を、フィルタ８６（粒子保持能１．０μｍ）を備えた濾過容器８７に投入し、濾過を行った。そして、フィルタ８６上に残った沈殿物８９の化学分析を行った。
【００７５】
図８は、沈殿物８９の分析結果（（ａ）フーリエ変換赤外顕微分光装置による赤外分光分析、（ｂ）エネルギ分散Ｘ線マイクロアナライザによる元素分析）を説明する図である。図８（ａ）が示すように、沈殿物８９は、酸素（Ｏ）、マグネシウム（Ｍｇ）、及びリン（Ｐ）のピークを顕著に有する。また、タンパク質やアミノ酸に由来するピークは確認されない。
【００７６】
また、図８（ｂ）に示すように、沈殿物８９の酸素の質量濃度（％）は５２．７２％、マグネシウムの質量濃度（％）は６．６０％、リンの質量濃度（％）は８．３９％である。さらに、光学顕微鏡観察を行ったところ、沈殿物８９は、白色半透明から淡黄色をした細かな結晶状の物質であり、フィルタ由来と考えられる繊維状物質が混在していた。
【００７７】
以上の結果から、沈殿物８９は、リン酸マグネシウム等のリン化合物を多く含むと考えられる。したがって、焼酎残渣にアルカリ処理を施すことで焼酎残渣からリン化合物を沈殿させることができることがわかる。
【００７８】
以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。
【００７９】
例えば、バイオマスの原料は、焼酎残渣以外であってもよく、例えば、採卵鶏糞、下水汚泥他の含水性バイオマスでもよい。
【００８０】
また、本実施形態では、スラリー体を生成する際に水や触媒を混合することとしたが、これらは混合しなくてもよい。
【００８１】
また、本実施形態では、第１分離物は固形分であったが、第１分離物は固形分でない場合もあり、そのような場合であっても、分離装置３１に遠心分離機等を適宜用いることで、分離は可能である。同様に、第２分離物が液体でない場合であっても、分離は可能である。
【００８２】
また、第１分離物を加熱する熱源は，加熱器４５の排気ガス以外の、バイオマス処理システム２０の廃熱や、別途据え付けている蒸気ボイラ等の機器の廃熱でも構わない。
【００８３】
また、本実施形態ではバイオマス（焼酎残渣）をガス化するバイオマス処理システムにおける形態を説明したが、ガス化以外の加熱処理を行う場合であっても本発明は適用できる。例えば、熱交換器以外の加熱機器が存在する場合でも、その機器におけるタールによる配管の閉塞を防止できる。また、ガス化反応温度以下の温度において水熱処理を行う場合でも、配管の閉塞を防止し、効率よく水熱処理を行うことができる。
【符号の説明】
【００８４】
１  バイオマス処理システム、３  加熱部、４  気液分離部、５  熱交換器、６  加熱機構、７  二重管、８  スラリー体、９  低温側流路、１１  超臨界流体、１２  高温側流路、１３  タール、２０  バイオマス処理システム、３０  原料調製部、３１  分離装置、３２  反応容器、３３  調製タンク、３４  粉砕機、３５  供給ポンプ、３６  保管容器、４０  熱処理部、４３  高圧ポンプ、４４  熱交換器、４５  加熱器、４５ａ  燃焼装置、４６  ガス化反応器、４６ａ  燃焼装置、４７  飼料タンク、４８  二重管、４８ａ  低温流路、４８ｂ  高温流路、５０  気液分離部、５１  減圧機構、５２  気液分離器、５３  ガスタンク、５４  排液処理装置、６１  処理後流体、６１ａ  気相部分、６１ｂ  液相部分、６２  スラリー体、７１  試験容器、７２  濾過容器、７３  焼酎残渣、７４  沈殿物、７５  フィルタ、７６  濾過後沈殿物、８１  反応容器、８２  焼酎残渣、８３  水酸化ナトリウム水溶液、８４  攪拌器、８５  反応後の溶液、８６  フィルタ、８７  濾過容器、８８  濾液、８９  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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【手続補正書】
【提出日】平成28年12月2日(2016.12.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイオマスを含む原料から生成されたスラリー体を加熱処理するバイオマス処理システムであって、
前記原料から、タンパク質、脂質、及び食物繊維のうち少なくともいずれかを含む有機物を第１分離物として分離する原料分離部と、前記原料分離部により前記第１分離物が分離された後の残余物である第２分離物に、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムを含むアルカリ性溶液を加えて反応させるアルカリ処理部と、前記アルカリ処理部における反応により生成した沈殿物を分離する沈殿物分離部とを備え、
前記沈殿物を分離した後の溶液により前記スラリー体を生成する、バイオマス処理システム。
【請求項２】
前記第１分離物を乾燥させる乾燥部を備える、請求項１に記載のバイオマス処理システム。
【請求項３】
前記乾燥部は、前記第１分離物を加熱して乾燥させる、請求項２に記載のバイオマス処理システム。
【請求項４】
前記スラリー体を加熱する加熱器を備え、
前記乾燥部は、前記原料分離部において分離した前記第１分離物を、前記加熱器からの排熱により加熱して乾燥させる、請求項２又は３に記載のバイオマス処理システム。
【国際調査報告】
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