(57)【要約】【課題】臨界処理の使用時に消費されない低分子量アルコールを回収して装置外に出ないクローズドシステムとできるとともに回収した低分子量アルコール回収液を有効に再利用可能な有機物の分解処理装置を提供する。【解決手段】有機物分解処理後に分解処理槽から回収した回収低分子量アルコール水溶液を貯留する回収液貯槽と、この回収液貯槽中の回収低分子量アルコール水溶液の低分子量アルコール濃度を測定するアルコール濃度検出手段と、アルコール濃度検出手段で検出された低分子量アルコール濃度に応じて回収液貯槽から取り出された回収低分子量アルコール水溶液に低分子量アルコールあるいは水を供給し、所定濃度の低分子量アルコール水溶液にして分解処理槽に供給する低分子量アルコール水溶液供給手段とを備えている構成とした。【選択図】      図１
2008246310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機物と所定濃度の低分子量アルコール水溶液とが供給され、低分子量アルコールを超臨界状態にして有機物を分解処理する分解処理槽を有する有機物の分解処理装置であって、
有機物分解処理後に分解処理槽から回収した回収低分子量アルコール水溶液を貯留する回収液貯槽と、
この回収液貯槽中の回収低分子量アルコール水溶液の低分子量アルコール濃度を測定するアルコール濃度検出手段と、
アルコール濃度検出手段で検出された低分子量アルコール濃度に応じて回収液貯槽から取り出された回収低分子量アルコール水溶液に低分子量アルコールあるいは水を供給し、前記所定濃度の低分子量アルコール水溶液にして分解処理槽に供給する低分子量アルコール水溶液供給手段とを備えていることを特徴とする有機物の分解処理装置。
【請求項２】
低分子量アルコールがメタノールである請求項１に記載の有機物の分解処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機物の分解処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、大量のバイオマス系廃棄物が廃棄されている。これら廃棄物を分解すると共に、有価物を回収する手法として超臨界流体による手法が注目されている。特に、超臨界流体として、超臨界水が古くから注目されている。
しかしながら、超臨界水を用いると、バイオマス系廃棄物等の有機物が効率よく分解されるのであるが、分解生成物として炭酸ガスや水等の低分子化合物にまで分解されるため、有価物を回収することが困難である。
【０００３】
そこで、超臨界状態の水に代えて、低分子量アルコールを超臨界状態にして、有機物を分解する方法が既に提案されている（特許文献１、２参照）。
すなわち、超臨界状態にした低分子量アルコールは、超臨界水に比べ、きわめて温和な条件ながら、有機物を分解し、減容化できる能力を持つ。しかも、有機物中のデンプンやセルロース等の多糖類系物質から、効率よく有価物であるグルコース誘導体を得ることができる。
【０００４】
さらに、低分子量アルコールと少しの水との混合溶媒を用いる手法によれば、超臨界状態の低分子量アルコールと亜臨界状態の水による反応を実現できる。亜臨界状態の水は、超臨界状態の水よりも温和な反応性を示すため、有機物を炭酸ガスや水等の低分子化合物にまで分解しない程度の反応性で留めておくことができる。前記多糖類系物質の分解においては、低分子量アルコールのみでは分解しづらいセルロースの分解反応を補助する役割を担うため、より効率よく有価物であるグルコース誘導体を回収できるようになる。
【０００５】
【特許文献１】特開2001-170601号公報
【特許文献２】特開2005-296906号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記の低分子量アルコールと水とを用いた有機物の分解処理においては、被処理物であるバイオマス系廃棄物等の有機物と、この有機物に対して過剰量のアルコールと水の混合溶媒とを耐圧容器中に入れて加熱加圧して混合溶媒を超臨界状態として分解処理を行うようになっているため、分解処理後に耐圧容器内の雰囲気を大気中にそのまま開放すると、反応に寄与せずに残った低分子アルコールがガスの状態で大気中に放散されてしまい、低分子アルコールが無用に消費されてしまう。しかも、低分子アルコールとしてメタノールが好適に使用されるが、メタノールの場合、人体に有害であるため、公害を招く恐れがある。
そこで、本発明の発明者らは、耐熱容器内の雰囲気を大気中にそのまま開放せず、排気経路の途中で、低分子量アルコールの沸点より低い温度まで冷却して低分子量アルコールを液化して回収し、再利用しようと考えた。
しかしながら、上記のようにして回収される低分子量アルコールは、当初添加された水だけではなく、有機物中に含まれる水も混在する上、分解処理により一部のアルコールが消費されるため、その濃度が超臨界処理に最適なアルコール濃度以下になっていることが多い。しかも、処理される有機物中に含まれるセルロース等の分解成分も一定ではないため、濃度も一定ではない。
したがって、回収された水を含む低分子量アルコールをそのまま再利用することが難しい。
本発明は、上記事情に鑑みて、超臨界処理の使用時に消費されない低分子量アルコールを回収して装置外に出ないクローズドシステムとできるとともに回収した低分子量アルコール回収液を有効に再利用可能な有機物の分解処理装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明にかかる有機物の分解処理装置は、有機物と所定濃度の低分子量アルコール水溶液とが供給され、低分子量アルコールを超臨界状態にして有機物を分解処理する分解処理槽を有する有機物の分解処理装置であって、有機物分解処理後に分解処理槽から回収した回収低分子量アルコール水溶液を貯留する回収液貯槽と、この回収液貯槽中の回収低分子量アルコール水溶液の低分子量アルコール濃度を測定するアルコール濃度検出手段と、アルコール濃度検出手段で検出された低分子量アルコール濃度に応じて回収液貯槽から取り出された回収低分子量アルコール水溶液に低分子量アルコールあるいは水を供給し、前記所定濃度の低分子量アルコール水溶液にして分解処理槽に供給する低分子量アルコール水溶液供給手段とを備えていることを特徴としている。
【０００８】
本発明の分解処理装置において、使用可能な低分子量アルコールとしては、特に限定されないが、メタノールが好ましい。
本発明の分解処理装置において、分解処理される有機物としては、特に限定されないが、具体的には、たとえば、木材、紙、紙パルプ製品、農産物、食品、都市ゴミ中に含まれる多糖類系物質（たとえば、デンプンやセルロース）等のバイオマス系廃棄物が挙げられる。
【０００９】
本発明の分解処理装置を用いるとともに、低分子アルコールとしてメタノールを用いて被処理物としてのセルロース系廃棄物を分解処理槽で分解処理する場合、分解処理槽内を２５０℃〜３００℃、１０ＭＰａ以上の条件下に加圧加熱して処理することが好ましい。さらに、前記被処理物が二価の銅塩に代表されるルイス酸触媒を含有してもよい。
分解処理槽に投入されるメタノール水溶液のメタノール濃度は、特に限定されないが、７５容量％〜９５容量％が好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように、本発明にかかる有機物の分解処理装置は、有機物と所定濃度の低分子量アルコール水溶液とが供給され、低分子量アルコールを超臨界状態にして有機物を分解処理する分解処理槽を有する有機物の分解処理装置であって、有機物分解処理後に分解処理槽から回収した回収低分子量アルコール水溶液を貯留する回収液貯槽と、この回収液貯槽中の回収低分子量アルコール水溶液の低分子量アルコール濃度を測定するアルコール濃度検出手段と、アルコール濃度検出手段で検出された低分子量アルコール濃度に応じて回収液貯槽から取り出された回収低分子量アルコール水溶液に低分子量アルコールあるいは水を供給し、前記所定濃度の低分子量アルコール水溶液にして分解処理槽に供給する低分子量アルコール水溶液供給手段とを備えているので、分解処理時に余った低分子量アルコールを回収して有効に利用でき、コストダウンを図ることができる。
特に、人体に有害なメタノールを用いた系においては、メタノールが外部に排出することなく、消費できるので、環境汚染等の問題も解消できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１は、本発明にかかる有機物の分解処理装置の１つの実施の形態をあらわしている。
【００１２】
図１に示すように、この分解処理装置１は、メタノール水溶液供給手段２と、分解処理槽３と、メタノール回収装置４と、コンピュータ等の制御手段（図示せず）とを備えている。
メタノール水溶液供給手段２は、メタノール貯槽２１と、水貯槽２２と、回収液貯槽２３と、メタノール計量マス２４と、水計量マス２５と、回収液計量マス２６と、濃度調整槽２７とを備えている。
【００１３】
メタノール貯槽２１は、メタノール配管２１aを介してメタノール計量マス２４に連結されている。
メタノール配管２１aは、ダイヤフラム式やプランジャ式のポンプ（図示せず）がメタノール貯槽２１の出口側に設けられ、制御手段からの制御信号によって開閉されるようになっている電磁開閉弁（図示せず）がメタノール計量マス２４の入口側に設けられている。
【００１４】
メタノール計量マス２４は、ロードセル（図示せず）を備え、ロードセルで検出されたメタノール計量マス２４全体の重量が信号化されて制御手段に送られるようになっている。
【００１５】
水貯槽２２は、水配管２２aを介して水計量マス２５に連結されている。
水配管２２aは、ダイヤフラム式やプランジャ式のポンプ（図示せず）が水貯槽２２の出口側に設けられ、上記制御手段からの制御信号によって開閉されるようになっている電磁開閉弁（図示せず）が水計量マス２５の入口側に設けられている。
【００１６】
水計量マス２５は、ロードセル（図示せず）を備え、ロードセルで検出された水計量マス２５全体の重量が信号化されて制御手段に送られるようになっている。
【００１７】
回収液貯槽２３は、後述するメタノール回収装置４によって回収された水を含むメタノール回収液を貯留するようになっているとともに、メタノール濃度検出装置（図示せず）を備え、回収液配管２３aを介して回収液計量マス２６に連結されている。
回収液配管２３aは、ダイヤフラム式やプランジャ式のポンプ（図示せず）が回収液貯槽２３の出口側に設けられ、制御手段からの制御信号によって開閉されるようになっている電磁開閉弁（図示せず）が回収液計量マス２６の入口側に設けられている。
【００１８】
回収液計量マス２６は、ロードセル（図示せず）を備え、ロードセルで検出された回収液計量マス２６全体の重量が信号化されて制御手段に送られるようになっている。
【００１９】
また、メタノール計量マス２４、水計量マス２５及び回収液計量マス２６は、分解処理槽３より上方に配置されていて、各計量マス２４〜２６の下方に設けられたバルブ（図示せず）が開放されると、計量された各液が集合して濃度調整槽２７に自然流下するようになっている。
なお、バルブは、制御手段からの信号あるいは手動で開閉できるようになっている。
【００２０】
濃度調整槽２７は、図示していないが、撹拌手段を備え、撹拌手段によって各計量マス２４〜２６から供給された各液を混合撹拌し、均質なメタノール水溶液とするようになっているとともに、メタノール水溶液配管２７ａを介して得られたメタノール水溶液を分解処理槽３に自然流下によって供給するようになっている。
なお、メタノール水溶液配管２７ａには、図示していないが、制御手段からの信号あるいは手動で開閉できるようになっているバルブが設けられている。
【００２１】
分解処理槽３は、槽内壁面が、たとえば、ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼で形成されていて、蒸気配管等の加熱手段（図示せず）と撹拌羽根等の撹拌手段（図示せず）を備えた耐圧構造になっていて、排気管３１と、ドレン管３２と、メタノール水溶液供給管２７aと、有機物供給管３３が接続されている。
そして、分解処理槽３は、被処理物である有機物およびメタノール水溶液を投入した状態で、密閉状態して電気ヒータ、加熱蒸気配管、加熱流体配管等の加熱手段によって加熱することによって、メタノール水溶液を超臨界状態にして有機物を分解処理できるようになっている。
【００２２】
有機物供給管３３は、有機物タンク３０に接続されていて、有機物タンク３０中の有機物を分解処理槽３内に供給するようになっている。
排気管３１は、ニードルバルブ等の排気量を微調整可能なバルブ（図示せず）を備え、メタノール回収装置４に接続され、バルブを開放することによって、分解処理槽３内のメタノールと水の蒸気を分解処理槽３から排気してメタノール回収装置４に送るようになっている。
【００２３】
メタノール回収装置４は、内部に冷却管（図示せず）が設けられていて、分解処理槽３から送られてきた水を含むメタノールの蒸気を、冷却管中を流れる冷媒によって冷却し、装置内で凝縮させて回収し、空気を排気口４１から排気するようになっている。
また、メタノール回収装置４の排気口４１には、空気中に残存するメタノール蒸気を吸着除去する活性炭等が充填されたメタノール吸着除去装置５が設けられている。
【００２４】
メタノール回収装置４の下方には、凝縮してメタノール回収装置４内に溜まったメタノール水溶液の回収液を排出するドレン管４２が設けられ、このドレン管４２から排出された回収液が回収液貯槽２３に貯留されるようになっている。
回収液貯槽２３は、図示していないが、赤外線式濃度計（たとえば、チノー社製ＤＭＦＣ用赤外線メタノール濃度計ＩＲＭＬ01）や超音波式濃度計等のメタノール濃度検出手段とレベル式液量計とを備え、このメタノール濃度検出手段によって回収液貯槽２３内の回収液のメタノール濃度を測定するとともに、液量を測定し、その測定結果を制御手段に信号にして送るようになっている。
【００２５】
次に、この分解処理装置１の動作について詳しく説明する。
まず、後述するようにして回収液計量マス２６、メタノール計量マス２４、水計量マス２５に計量された回収液、メタノール、水を処理されるバイオマス等の有機物とともに、分解処理槽３に投入し、分解処理槽３を気密状態として加熱手段によって加熱してメタノールを超臨界状態にして、たとえば有機物中のデンプンやセルロースをグルコース誘導体に分解処理する。
【００２６】
分解処理終了後、加熱を停止するとともに、分解処理槽３中の、未反応の水や分解処理によって発生した水を含むメタノールの蒸気を、排気管３１を介してメタノール回収装置４に供給し、供給された蒸気をメタノール回収装置４内で凝縮させて得られた凝縮液をメタノール回収装置４のドレン管４２から回収液貯槽２３に排出し、メタノール回収液として回収液貯槽２３に貯留する。
また、メタノール回収装置４の排気口４１から排出される空気中に残存するメタノールガスは、メタノール吸着除去装置５によって吸着除去され、空気のみが大気中に排気される。なお、吸着済みの活性炭等は焼却処理される。
【００２７】
一方、分解処理槽３内に残った分解生成物であるグルコース誘導体や、未反応の固形分等は、分解処理槽３のドレン管３２から排出され、ろ過等によってグルコース誘導体等の有効成分と不要物とに分別される。
【００２８】
制御手段では、上記メタノール濃度検出手段によって測定された回収液貯槽２３中の回収液のメタノール濃度から、回収液に対してどのような割合でメタノールあるいは水を加えれば、分解処理に用いられる濃度のメタノール水溶液となるかがＣＰＵ等の演算処理部において演算される。
また、上記演算処理部では、必要最小限のメタノールあるいは水を加えたときに、分解処理槽３に投入される濃度の必要量のメタノール水溶液となる回収液の最大必要量（以下、「回収液最大必要量」と記す）以上の回収液が回収液貯槽２３内に貯留されているかどうかを判断する。
【００２９】
そして、回収液貯槽２３内に回収液が回収液最大必要量以上貯留されている場合、ポンプを作動させるとともに、電磁開閉弁を開閉操作して回収液貯槽２３の回収液を回収液計量マス２６に回収液最大必要量供給する。また、この回収液最大必要量の回収液に添加されるメタノールまたは水をメタノール貯槽２１または水貯槽２２からメタノール計量マス２４または水計量マス２５に供給する。なお、電磁開閉弁は、演算処理部においてロードセルで測定された各計量マス２４〜２６の総重量が、計量マス本体の重量と各液が各計量マス２４〜２６に供給される液の重量との合計量に一致したと判断されたとき閉じられるようになっている。
【００３０】
一方、回収液貯槽に回収液最大必要量未満の回収液しか貯留されていない場合、演算処理部において、貯留されている液量の回収液を全部使用したとき、この回収液に対して濃度調整メタノールまたは濃度調整水をいくら加えれば、分解処理槽３に投入される濃度のメタノール水溶液が得られ、その総量がいくらになるかを演算する。また、分解処理に必要なメタノール水溶液の総量と、この演算された貯留されている液量の回収液と、演算されて得られた量の濃度調整メタノールまたは濃度調整水とを利用して得られるメタノール水溶液量との差から、不足するメタノール水溶液量を演算し、この演算結果から不足するメタノール量（以下、「不足分補給メタノール量」と記す）および水の量（以下、「不足分補給補給水量」と記す）を演算する。
【００３１】
そして、上記と同様にして回収液の全量を回収液計量マスに供給するとともに、メタノール貯槽２１から演算された濃度調整メタノール量と不足分補給メタノール量との合計量のメタノールをメタノール計量マス２４に供給し、水貯槽２２から濃度調整水量と不足分補給水量との合計量の水を水計量マス２５に供給する。
以下同様にして濃度調整槽２７で回収液、メタノールおよび水を撹拌混合して必要量のメタノール水溶液を得たのち、メタノール水溶液を分解処理槽３に供給する。
【００３２】
この分解処理装置１は、以上のように、特許文献１に記載のような方法で、従来は過酷な条件で、再利用不可能で主に環境問題を生起する生成物を生じてしまい、エネルギー、コスト面でともに不利であったバイオマス系廃棄物処理を、比較的温和な条件で、工業上きわめて有用な有価物を生成することのできるようになるだけでなく、メタノールの使用量を必要最小限にとどめて低コスト化を図ることができる。しかも、有害なメタノールを外部に排出することがなく、環境面でもより優れたものとなる。
【００３３】
本発明は、上記の実施の形態に限定されない。たとえば、上記の実施の形態では、計量マスの全重量をロードセルで測定し、計量マス本体の重量との差から各計量マス内の液量を測定するようにしていたが、ロードセル以外の重量測定装置を用いても構わないし、レベル計を用いて測定するようにしても構わない。
上記の実施の形態では、制御手段によって自動的に回収液、メタノールおよび水が各計量マスに供給されるようになっていたが、作業者が手動でバルブの開閉を行い、計量マスのレベル計を見ながら、計量マスに回収液、メタノールおよび水を供給するようにしても構わない。
【００３４】
上記の実施の形態では、排気管から排気される蒸気を凝縮させたものを回収液として回収していたが、一旦凝縮させた凝縮液をさらに濃縮装置等で濃縮するようにしても構わない。
上記の実施の形態では、有機物を直接分解処理槽に投入するようにしていたが、調整槽を設け、この調整槽内でメタノール水溶液と予め混合しスラリー状にして分解処理槽に投入するようにしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明にかかる分解処理装置の１つの実施の形態を概略的に説明する図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  分解処理装置
２  メタノール水溶液供給手段（低分子量アルコール水溶液供給手段）
２３  回収液貯槽
３  分解処理槽
【図１】
2008246310.tif 000003