(57)【要約】【課題】低分子量アルコールを確実に回収することのできる有機物の分解処理装置が望まれていた。【解決手段】有機物分解処理装置１は、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２と、有機物分解処理後に分解処理槽２内の気体を分解処理槽２から排出する排気路３とを有する装置において、排気路３に配備されて気体から水を回収する第１回収部４Ａと、排気路３における第１回収部４Ａの下流側に配備されて気体から低分子量アルコールを回収する第２回収部４Ｂとを具備している。【選択図】図１
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【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と、有機物分解処理後に分解処理槽内の気体を分解処理槽から排出する排気路と、を有する有機物の分解処理装置において、
排気路に配備されて気体から水を回収する第１回収部と、
排気路における第１回収部の下流側に配備されて気体から低分子量アルコールを回収する第２回収部とを具備してなることを特徴とする有機物の分解処理装置。
【請求項２】
第１回収部が、排気路内圧力における低分子量アルコールの沸点以上、且つ、排気路内圧力における水の沸点未満の温度で水を回収する構成にされていることを特徴とする請求項１に記載の有機物の分解処理装置。
【請求項３】
第２回収部が、排気路内圧力における低分子量アルコールの沸点未満の温度で低分子量アルコールを回収する構成にされていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の有機物の分解処理装置。
【請求項４】
第２回収部で回収された低分子量アルコールが、分解処理槽で用いられる低分子量アルコール水溶液の原料として使用されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項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、メタノールなどの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装置に関するものである。
【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。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、分解性生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（下記の特許文献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、超臨界水と比べ、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、上記した低分子量アルコールと水との混合溶媒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分解処理槽中に入れたのち、加熱加圧して混合溶媒を超臨界状態にして分解処理を行うようになっている。この場合、超臨界反応後に分解処理槽内に存在する気体中には、空気中の窒素や酸素などのほか、反応工程で使用されて残ったメタノールおよび水や、分解反応で生じたメタノールおよび水が存在している。このような分解処理槽内の気体をそのまま大気中に放出すると、反応に寄与することなく残った低分子量アルコールがガスの状態で大気中に放散されてしまい、高価な低分子量アルコールを無用に消費することとなる。しかも、低分子量アルコールとしてメタノールが好適に使用されるが、メタノールは人体に有害であるため、公害を招く恐れがある。
【０００７】
そこで、本発明の発明者らは、分解処理槽内の気体を大気中にそのまま放出せず、排気路の途中で、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、回収した低分子量アルコールに水が多量に含まれていると、この回収した低分子量アルコールを次回以降の分解処理に用いようとしても、新たな低分子量アルコールを加えなければならないことから、有効な再利用とは言えない。
【０００８】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、低分子量アルコールを確実に回収することのできる有機物の分解処理装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係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と、有機物分解処理後に分解処理槽内の気体を分解処理槽から排出する排気路と、を有する有機物の分解処理装置において、排気路に配備されて気体から水を回収する第１回収部と、排気路における第１回収部の下流側に配備されて気体から低分子量アルコールを回収する第２回収部とを具備する構成にしてある。
【００１０】
また、前記構成において、第１回収部が、排気路内圧力における低分子量アルコールの沸点以上、且つ、排気路内圧力における水の沸点未満の温度で水を回収する構成にされているものである。
【００１１】
そして、前記した各構成において、第２回収部が、排気路内圧力における低分子量アルコールの沸点未満の温度で低分子量アルコールを回収する構成にされているものである。
【００１２】
更に、前記した各構成において、第２回収部で回収された低分子量アルコールが、分解処理槽で用いられる低分子量アルコール水溶液の原料として使用されるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る有機物の分解処理装置によれば、第１回収部で、沸点の高い水を回収する。従って、下流側にある第２回収部では水の回収負荷が小さくなることから、沸点の低い低分子量アルコールを確実に回収することができる。
【００１４】
また、第１回収部が、排気路内圧力における低分子量アルコールの沸点以上、且つ、排気路内圧力における水の沸点未満の温度で水を回収するようになっているものでは、水を確実に回収することができる。
【００１５】
そして、第２回収部が、排気路内圧力における低分子量アルコールの沸点未満の温度で低分子量アルコールを回収するようになっているものでは、低分子量アルコールを確実に回収することができる。
【００１６】
更に、第２回収部で回収された低分子量アルコールを、分解処理槽で用いられる低分子量アルコール水溶液の原料として使用するものでは、回収した低分子量アルコールを無駄にすることなく再利用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の最良の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に述べる実施形態は本発明を具体化した一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものでない。図１は本発明の一実施形態に係る有機物分解処理装置の一部断面を含む構成図である。
図において、この実施形態に係る有機物分解処理装置１は、セルロース系廃棄物（有機物の一例）を分解処理する分解処理槽２と、分解処理槽２内の気体を排出する排気路３と、排気路３の気体中のメタノールと水を回収するアルコール回収部４とを備えている。
【００１８】
分解処理槽２は、メタノールが超臨界状態となる圧力（８．０９ＭＰａ以上）および温度（２３９℃以上）に耐える耐熱耐圧密閉容器として形成されている。分解処理槽２の上面にはセルロース系廃棄物を受け取る供給配管１２が接続され、供給配管１２は電磁開閉弁１３を介して有機物槽１４と接続されている。分解処理槽２の上部にはメタノール水溶液を受け取る供給配管１７が接続され、供給配管１７は電磁開閉弁２５およびポンプ１８を介してアルコール水溶液槽１９と接続されている。分解処理槽２の底部にはセルロース系廃棄物の分解処理により生じたグルコース誘導体、副産物、および水を分解処理槽２から払い出す抜出配管２９が接続され、抜出配管２９は電磁開閉弁３０を介して後続の蒸留工程３１と接続されている。
【００１９】
分解処理槽２の外周面を被うジャケット内には、分解処理槽２内を所定温度に加熱する加熱器３３および槽内温度を下げる冷却器３４が収容されている。加熱器３３は例えば電気ヒータなどで実現され、冷却器３４は冷却油流通管などで実現される。これらの加熱器３３による加熱動作および冷却器３４による冷却動作は温調装置３２により制御される。また、分解処理槽２には、槽内温度を検出する温度センサ１５と、槽内圧力を検出する圧力センサ１６が配備されている。アルコール水溶液槽１９は、高純度メタノールを貯留したアルコール槽２１と電磁開閉弁２０を介して接続され、また電磁開閉弁２２を介して水２３の供給源と接続され、また槽内のメタノール水溶液のメタノール濃度を検出する濃度センサ２４が配備されている。
【００２０】
そして、分解処理槽２の上面には排気路３の末端が接続されている。この排気路３には排気量調整弁５および流量センサ３５が配備されている。排気路３の途中にはアルコール回収部４が配備されている。排気路３におけるアルコール回収部４の下流側には活性炭などを内蔵したメタノール除去装置５３が配備され、排気路３の先端には微小正圧（例えば１００ｍｍＨ2Ｏ（水柱）程度）で自動的に開く大気放出弁５４が配備されている。流量センサ３５は例えばオリフィスメータなどで構成されている。
【００２１】
アルコール回収部４は、上流側に配備された第１回収部４Ａと、第１回収部４Ａの下流側に配備された第２回収部４Ｂとから主に構成されている。
第１回収部４Ａは、内部に例えば熱媒体が収容された密閉容器の熱交換器６０Ａと、熱交換器６０Ａ内に配備された冷水管などから成る冷却器３６と、熱交換器６０Ａ内に配備された水蒸気管などから成る加熱器３９とを備えている。冷却器３６は途中の流量制御弁３８の開閉によりチラー３７Ａからの冷水の流量が調整されるようになっている。加熱器３９は途中の流量制御弁４１の開閉によりボイラ４０からの加熱用蒸気の流量が調整されるようになっている。
熱交換器６０Ａ内において、排気路３は気体を冷却する回収部管路４４Ａとなっている。回収部管路４４Ａには凝縮液を取り出すための分岐部５９Ａが形成されている。回収部管路４４Ａには、管路内の圧力を検出する圧力センサ４５Ａと、回収部管路４４Ａ内の温度を検出する温度センサ４６Ａが設置されている。これらの加熱器３９、流量制御弁４１、ボイラ４０から成る構成、および冷却器３６、流量制御弁３８、チラー３７Ａから成る構成の組み合わせによって、第１温調手段５７が構成される。
【００２２】
同様に、第２回収部４Ｂは、内部に例えば熱媒体が収容された密閉容器の熱交換器６０Ｂと、熱交換器６０Ｂ内に配備された冷媒管などから成る冷却器４２とを備えている。冷却器４２は途中の流量制御弁４３の開閉によりチラー３７Ｂからの冷媒の流量が調整されるようになっている。
熱交換器６０Ｂ内において、排気路３は気体を冷却する回収部管路４４Ｂとなっている。回収部管路４４Ｂには凝縮液を取り出すための分岐部５９Ｂが形成されている。回収部管路４４Ｂには、管路内の圧力を検出する圧力センサ４５Ｂと、管路内の温度を検出する温度センサ４６Ｂが設置されている。これらの冷却器４２、流量制御弁４３、チラー３７Ｂから成る構成によって、第２温調手段５８が構成される。
【００２３】
尚、上記では、図示と説明を容易にするため、排気路３の回収部管路４４Ａ，４４ＢをＵ字状に記載し、それぞれの最下部に分岐部５９Ａ，５９Ｂを形成した例を示したが、本発明のアルコール回収部における排気路は、路内の気体から水および低分子量アルコールを凝縮させて取り出せるものであれば、その構造、形状は問われない。
【００２４】
前記した熱交換器６０Ａの分岐部５９Ａは電磁開閉弁４７を介して抜出配管８と接続され、抜出配管８は水受槽１０と接続されている。水受槽１０には払出配管４９が接続され、払出配管４９は電磁開閉弁５０およびポンプ５１を介して貯槽５２と接続されている。また、熱交換器６０Ｂの分岐部５９Ｂは電磁開閉弁４８を介して抜出配管９と接続され、抜出配管９はアルコール受槽１１と接続されている。アルコール受槽１１には回収配管２８が接続され、回収配管２８は電磁開閉弁２６およびポンプ２７を介してアルコール水溶液槽１９と接続されている。
【００２５】
この有機物分解装置１の制御を行なう制御装置６は、図２のブロック図に示すように、汎用の中央演算処理装置ＣＰＵ、メモリＭ、データバスＢＤなどを有する例えばマイコンで構成されている。マイコンの入力側には、キーボード、マウスなどの外部入力装置７、温度センサ１５，４６Ａ，４６Ｂ、圧力センサ１６，４５Ａ，４５Ｂ、流量センサ３５、および濃度センサ２４が信号入力可能に接続されている。マイコンの出力側には、排気量調整弁５、流量制御弁３８，４１，４３、電磁開閉弁１３，２０，２２，２５，２６，３０，４７，４８，５０，６２、およびポンプ１８，２７，５１が指令出力可能に接続されている。
【００２６】
そこで、上記のように構成された有機物分解処理装置１の作用を説明する。まず、電磁開閉弁２０が開かれてアルコール槽２１の高純度メタノールがアルコール水溶液槽１９に所定量供給され、電磁開閉弁２２が開かれて水２３がアルコール水溶液槽１９に所定量供給される。この例において、メタノールと水との混合比率は例えば４：１であり、８０ｖｏｌ％濃度のメタノール水溶液を調製するように設定されている。アルコール水溶液槽１９におけるメタノール水溶液の濃度は濃度センサ２４で検出され、制御装置６はメタノール水溶液を８０ｖｏｌ％とするように電磁開閉弁２０，２２を開閉制御する。
【００２７】
そして、制御装置６は、電磁開閉弁２５，３０，６２、排気量調整弁５を閉止した状態で、電磁開閉弁１３を開放し有機物槽１４のセルロース系廃棄物を分解処理槽２内に供給する。次に、制御装置６は、ポンプ１８を起動し電磁開閉弁２５を開いて、アルコール水溶液槽１９のメタノール水溶液を供給配管１７から分解処理槽２内に供給する。この例において、セルロース系廃棄物とメタノール水溶液との供給比率は、概ね０．２〜０．４：１（重量比）である。
そして、制御装置６は、電磁開閉弁１３，２５を閉止したのち、温調装置３２の加熱器３３を作動させて分解処理槽２内を加熱する。そのうち、温度センサ１５により検出された槽内温度が２３９℃以上となり、圧力センサ１６により検出された圧力が８．０９ＭＰａ以上となったのち、セルロース系廃棄物からグルコース誘導体を得る分解反応が終わるまで、前記の温度・圧力条件を維持する。分解反応中は、分解処理槽２内のメタノール水溶液およびセルロース系廃棄物を撹拌手段（不図示）により緩やかに撹拌するとよい。
【００２８】
前記した分解反応が終了すると、制御装置６は、温調装置３２の冷却器３４を作動させて分解処理槽２内を徐々に冷却する。但し、冷却器３４を作動させず分解処理槽２の自然放冷により槽内温度を下げるようにしてもよい。これと並行して、制御装置６は第１温調手段５７および第２温調手段５８を作動させて、第１回収部４Ａの回収部管路４４Ａを８０℃に保持し、第２回収部４Ｂの回収部管路４４Ｂを５℃に保持する。そのうち、槽内温度が例えば１２０℃まで低下したとき、排気路３の電磁開閉弁６２を開く。この場合、電磁開閉弁６２の開放に先立って、制御装置６は予め排気量調整弁５の弁開度を微小に開いておく。この微小開度は、分解処理槽２の高温高圧の気体が排気路３から排出されても排気路３およびアルコール回収部４で気体中のメタノールを最終的に９９．５％（所定得率）以上捕捉して回収し得る開度である。
【００２９】
続いて、制御装置６は、槽内温度の低下に伴い排気量調整弁５の弁開度を開いていく。それによって、排気量調整弁５を通過する気体の排気量が増加するように調整される。排気路３を流通する気体の排気量は流量センサ３５により検出されて制御装置６に送信される。そこで、制御装置６の中央演算処理装置ＣＰＵは、流量センサ３５により検出された排気量を、温度センサ１５で検出された槽内温度に対応する目標排気量に近づけるように排気量調整弁５の弁開度を開閉制御する。
【００３０】
一般に、常圧下（１ａｔｍ）におけるメタノールの沸点は６４．７℃であるが、置かれた環境の圧力が常圧よりも高くなると沸点は６４．７℃よりも高くなり、常圧よりも低くなると沸点が６４．７℃よりも低くなることが知られている。
そして、第１回収部４Ａの回収部管路４４Ａに流入した気体は８０℃に冷却される。このとき、気体中のメタノールはガスのままであり、水蒸気はその多くが凝縮して水となり、分岐部５９Ａに流下する。この場合、メタノールと水は共沸物であるので、分岐部５９Ａには極微量のメタノールを含む凝縮水が溜まる。分岐部５９Ａに溜まった凝縮水は電磁開閉弁４７の開放により抜出配管８から水受槽１０へ払い出される。すなわち、第１回収部４Ａは、排気路３内の圧力（大気圧よりもわずかに高い正圧）におけるメタノールの沸点（６５℃強）以上で水の沸点（１００℃強）未満の温度（８０℃）で水を回収するようになっている。尚、分解処理槽２の降温に伴って、熱交換器６０Ａ内が８０℃を下回る場合は、加熱器３９を作動させて加熱し８０℃に保持させる。
【００３１】
第１回収部４Ａを通過した気体は、第２回収部４Ｂの回収部管路４４Ｂにおいて５℃に冷却される。これにより、気体中の多くを占めるメタノール蒸気が凝縮して液体メタノールとなり微量の水蒸気も凝縮して、最下部の分岐部５９Ｂに流下する。従って、分岐部５９Ｂには、極微量の水を含むメタノールが確実に回収される。分岐部５９Ｂに溜まったメタノールは電磁開閉弁４８の開放により抜出配管９からアルコール受槽１１へ払い出される。
【００３２】
第２回収部４Ｂを出た時点で気体中のメタノール量は、排気路３入側の気体中のメタノール量に対し９９．５％以上が除去されている。すなわち、第２回収部４Ｂは、排気路３内の圧力におけるメタノールの沸点以下、且つ、低分子量アルコールを所定得率（９９．５％）以上で回収可能な温度でメタノールを回収する構成にされている。そして、排気路３およびアルコール回収部４で捕捉されなかったメタノールは、メタノール除去装置５３の活性炭で吸着除去される。このようにメタノールを除去した気体が大気放出弁５４から大気中へ放出されるのである。
【００３３】
一方、アルコール受槽１１へ払い出されたメタノールは電磁開閉弁２６の開放およびポンプ２７の起動により回収配管４９からアルコール水溶液装置１９に送られ、メタノール供給源の一部として再利用される。従って、回収したメタノールを無駄にすることなく再利用することができる。
他方、水受槽１０へ払い出された水は、電磁開閉弁４７の開放およびポンプ５１の起動により払出配管４９から貯槽５２に送られる。貯槽５２の水は、ろ過処理などを行なった後にアルコール水溶液装置１９に供給される水２３の一部として利用することも可能である。
そうして、槽内温度が３０〜４０℃程度まで下がった分解処理槽２では、電磁開閉弁３０が開かれて、分解処理槽２内で生じたグルコース誘導体、副産物、および水が抜出配管２９から蒸留工程３１へ払い出される。蒸留工程３１では、グルコース誘導体から副産物や水などが溜去される。
【００３４】
上記したように、この実施形態の有機物分解処理装置１は、第１回収部４Ａで水を回収するので、下流側にある第２回収部４Ｂでの水の回収負荷が小さくなる。これにより、第２回収部４Ｂではメタノールを確実に回収することができる。
【００３５】
尚、上記の実施形態では、有機物入口を分解処理槽２の上面に設け、メタノール水溶液入口を分解処理槽２の側面に設けたが、それに限定されない。例えば、有機物入口を分解処理槽２の側面に設け、メタノール水溶液入口を分解処理槽２の上面に設けたり、あるいは有機物入口およびメタノール水溶液入口の双方を分解処理槽２の側面に設けても構わない。また、有機物の供給構造としては、電磁開閉弁１３に替えて、フランジ付きの供給口を分解処理槽に形成し、この供給口を耐圧蓋でボルト止めして封止するようにしてもよい。
そして、大気放出弁５４に替えて、大気放出弁５４よりも高い作動圧力で開く電磁開閉弁を放出弁として用いることができ、その場合は、この電磁開閉弁を圧力センサ４５Ａ，４５Ｂの検出圧力に基づいて開閉するとよい。
【００３６】
また、本発明に用いる有機物としては、上記のセルロース系廃棄物を含む、木材、紙、紙パルプ、農産物、都市ゴミ中の多糖類などといったバイオマス系廃棄物が挙げられる。
本発明に使用可能な低分子量アルコールとしては特に限定されず、エタノールやプロパノールなども使用可能であるが、グルコース誘導体を選択的に高収率で得られる点でメタノールが最も好ましい。有機物の分解に使用される低分子量アルコール水溶液のアルコール濃度としては、有機物の過度の分解を抑えてグルコース誘導体を選択的に生成するために、７５〜９５ｖｏｌ％とするのがよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る有機物分解処理装置の一部断面を含む構成図である。
【図２】前記有機物分解処理装置の制御系統を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３８】
１    有機物分解処理装置
２    分解処理槽
３    排気路
４Ａ  第１回収部
４Ｂ  第２回収部
９    抜出配管
１０  水受槽
１１  アルコール受槽
１９  アルコール水溶液槽
２６  電磁開閉弁
２７  ポンプ
２８  回収配管
４５Ａ  圧力センサ
４５Ｂ  圧力センサ
４６Ａ  温度センサ
４６Ｂ  温度センサ
５７  第１温調手段
５８  第２温調手段
【図１】
2008246309.tif 000003
【図２】
2008246309.tif 000004