(57)【要約】【課題】易分解成分の過剰分解を防止するとともに分解反応の制御を容易に行うことができ、さらに、エネルギー効率が改善されたセルロース系エタノール製造装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】セルロース系バイオマス微粉と水とを混合した第１スラリー液を加熱加圧した後、前記第１スラリー液の一部を低温分解器により加水分解し、次に、第１スラリー液をタービンにより減圧した後、固液分離器により分離された液体をエタノール発酵させてエタノールを生成するとともに、前記固液分離器で分離された固体を水と混合して第２スラリー液とし、第２スラリー液を加熱加圧した後、高温分解器により第２スラリー液を加水分解し、タービンにより減圧した後、固液分離器により分離された液をエタノール発酵させてエタノールに生成する。【選択図】図１
2008142058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セルロース系バイオマス微粉と水とを混合した第１スラリー液が貯留されるスラリータンクと、第１スラリー液を加圧する昇圧ポンプと、加圧された第１スラリー液を加熱する熱交換器と、加熱された第１スラリー液の一部を加水分解する低温分解器と、前記分解された第１スラリー液によって駆動されることにより前記第１スラリー液を減圧するタービンと、前記減圧された第１スラリー液を固液分離する固液分離器と、固液分離器で分離された液体をエタノール発酵させるエタノール生成部と、前記固液分離器で分離された固体を水と混合してスラリー化する第２スラリー生成部と、前記第２スラリー生成部で生成した第２スラリー液を昇圧する加圧ポンプと、前記加圧ポンプで昇圧された第２スラリー液を加熱する熱交喚器と、前記熱交換器で加熱された第２スラリー液を加熱する加熱器と、前記加熱器で加熱された第２スラリー液を再加圧する再加圧ポンプと、再加圧された第２スラリー液を加水分解する高温分解器と、前記高温分解器で分解された第２スラリー液によって駆動されることにより前記第２スラリー液を減圧するタービンと、前記減圧された第２スラリー液を固液分離する固液分離器と、前記固液分離器で分離された液をエタノールに転換するエタノール発酵部と、を有することを特徴とするセルロース系エタノール製造装置。
【請求項２】
前記低温分解器および前記加熱器に軽水炉の水蒸気を供給することを特徴とする請求項１記載のセルロース系エタノール製造装置。
【請求項３】
前記低温分解器の運転条件は、温度が１５０℃〜２５０℃で圧力が当該温度の飽和蒸気圧超であり、前記高温分解器の運転条件は、温度が２５０℃〜３５０℃で圧力が当該温度の飽和蒸気圧超であることを特徴とする請求項１又は２記載のセルロース系エタノール製造装置。
【請求項４】
第２スラリー液を固液分離する前記固液分離器で分離された固体を高温分解器に供給することを特徴とする請求項１乃至３記載のセルロース系エタノール製造装置。
【請求項５】
セルロース系バイオマス微粉と水とを混合した第１スラリー液を加熱加圧した後、前記第１スラリー液の一部を低温分解器により加水分解し、次に、第１スラリー液をタービンにより減圧した後、固液分離器により分離された液体をエタノール発酵させてエタノールを生成するとともに、前記固液分離器で分離された固体を水と混合して第２スラリー液とし、第２スラリー液を加熱加圧した後、高温分解器により第２スラリー液を加水分解し、タービンにより減圧した後、固液分離器により分離された液をエタノール発酵させてエタノールに生成することを特徴とするセルロース系エタノール製造方法。
【請求項６】
前記低温分解器の運転条件は、温度が１５０℃〜２５０℃で圧力が当該温度の飽和蒸気圧超であり、前記高温分解器の運転条件は、温度が２５０℃〜３５０℃で圧力が当該温度の飽和蒸気圧超であることを特徴とする請求項５記載のセルロース系エタノール製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセルロース系エタノール製造装置及びその製造方法に係り、特に、軽水炉の熱エネルギーを利用してバイオマス資源から効率的にセルロース系エタノールを製造するための装置及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自然界に豊富に存在するセルロース系のバイオマス資源からエタノールに代表されるバイオ燃料を生成する技術の研究開発が進められている。セルロース系バイオマスとしては、繊維系バイオマス、木質系バイオマス、又は一般的には食用に適さない植物に由来する材料などがあり、セルロース、ヘミセルロース、リグニン等から構成される。このセルロース系バイオマス資源からエタノールを製造するプロセスとして、セルロース系バイオマスを超臨界または亜臨界水処理して糖類を生産し、その後、酵素反応によりエタノールを製造する技術が知られている。
【０００３】
具体的に説明すると、従来のエタノール製造装置は、セルロース系バイオマスを糖類へ分解する超臨界水／亜臨界水反応器と、生成した糖類を含有する超臨界／亜臨界水を冷却する冷却器と、冷却された糖類含有水から未反応のリグニン等の固形物を分離する固液分離器と、糖類の酵素糖化反応器と、酵素糖化反応器で生成した単糖類をエタノールへ変換するアルコール発酵槽と、アルコール発酵槽で生成したエタノール濃縮のための蒸留塔と、から構成されている（例えば、特許文献１、２又は非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−２１２８８８
【特許文献２】特開２００５−２０６４６８
【非特許文献１】江原克信、坂志朗、Readout HORIBA Technical Reports, No.31,October 2005,  p.98-105
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来のエタノール製造装置においては、全てのセルロース性バイオマス成分を分解性に関係なく処理するため、易分解成分、例えばヘミセルロースの分解が進み過ぎることが課題であった。
【０００５】
また、超臨界水処理は、リグニン等の難分解成分も数秒で分解されてしまい、熱交換による制御が困難で、エネルギー回収が困難であった。また、リグニンを含めて断片化物、脱水化物等の分解が不必要な成分まで分解されてしまう問題があった。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、易分解成分の過剰分解を防止するとともに分解反応の制御を容易に行うことができ、さらに、エネルギー効率が改善されたセルロース系エタノール製造装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は超臨界水処理を行わず２段階の亜臨界水処理を行うことを特徴とする。
【０００８】
具体的にいえば、本発明に係るセルロース系エタノール製造装置は、セルロース系バイオマス微粉と水とを混合した第１スラリー液が貯留されるスラリータンクと、第１スラリー液を加圧する昇圧ポンプと、加圧された第１スラリー液を加熱する熱交換器と、加熱された第１スラリー液の一部を加水分解する低温分解器と、前記分解された第１スラリー液によって駆動されることにより前記第１スラリー液を減圧するタービンと、前記減圧された第１スラリー液を固液分離する固液分離器と、固液分離器で分離された液体をエタノール発酵させるエタノール生成部と、前記固液分離器で分離された固体を水と混合してスラリー化する第２スラリー生成部と、前記第２スラリー生成部で生成した第２スラリー液を昇圧する加圧ポンプと、前記加圧ポンプで昇圧された第２スラリー液を加熱する熱交喚器と、前記熱交換器で加熱された第２スラリー液を加熱する加熱器と、前記加熱器で加熱された第２スラリー液を再加圧する再加圧ポンプと、再加圧された第２スラリー液を加水分解する高温分解器と、前記高温分解器で分解された第２スラリー液によって駆動されることにより前記第２スラリー液を減圧するタービンと、前記減圧された第２スラリー液を固液分離する固液分離器と、前記固液分離器で分離された液をエタノールに転換するエタノール発酵部と、を有する。
【０００９】
また、本発明に係るセルロース系エタノール製造装置は、低温分解器の運転条件が、温度が１５０℃〜２５０℃で圧力が当該温度の飽和蒸気圧超であり、高温分解器の運転条件が、温度が２５０℃〜３５０℃で圧力が当該温度の飽和蒸気圧超であることを特徴とする
また、本発明に係るセルロース系エタノール製造方法は、セルロース系バイオマス微粉と水とを混合した第１スラリー液を加熱加圧した後、前記第１スラリー液の一部を低温分解器により加水分解し、次に、第１スラリー液をタービンにより減圧した後、固液分離器により分離された液体をエタノール発酵させてエタノールを生成するとともに、前記固液分離器で分離された固体を水と混合して第２スラリー液とし、第２スラリー液を加熱加圧した後、高温分解器により第２スラリー液を加水分解し、タービンにより減圧した後、固液分離器により分離された液をエタノール発酵させてエタノールに生成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、超臨界水処理を行わず２段階の亜臨界水処理を行うことにより、セルロース系のバイオマス資源からエタノールを生成する際、バイオマス資源中の易分解成分をより温和な条件で分解・分離した後、残りの成分を分解するので易分解成分の過分解をなくすことができ、その結果、効率的にエタノールを生成することができる。さらに、亜臨界水処理を行うことにより、熱交喚器による熱回収が可能となり、さらにタービンにより動力回収が可能となるので、エネルギー効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係るセルロース系エタノール製造装置の実施例について、図面を参照して説明する。
（第１の実施の形態）
図１を用いて第１の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係るセルロース系エタノール製造装置の機器配置図である。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態に係るエタノール製造装置は、セルロース系バイオマス微粉と水とを混合したスラリー液（以下、「第１スラリー液」という。）を保存するスラリータンク１と、該第１スラリー液を加圧する昇圧ポンプ２と、加圧された第１スラリー液を加熱する熱交換器３と、加熱された第１スラリー液の一部、すなわち易分解成分であるヘミセルロースを加水分解する低温分解器４と、一部分解された前記第１スラリー液を冷却する熱交換器３と、第１スラリー液により駆動されることにより第１スラリー液を減圧するタービン５と、減圧された第１スラリー液を固液分離する固液分離器６と、固液分離器６で分離された液体をエタノール発酵させるエタノール生成部７とを備えている。
【００１３】
さらに、本実施の形態に係るエタノール製造装置は、固液分離器６で分離された固体を水と混合してスラリー化するスラリー生成部８と、該スラリー生成部８で生成したスラリー液（以下、「第２スラリー液」という。）を昇圧する加圧ポンプ９と、加圧ポンプ９で昇圧された第２スラリー液を加熱する熱交喚器１０と、熱交換器１０で加熱された第２スラリー液をさらに加熱する加熱器１１と、加熱器１１で加熱された第２スラリー液を再加圧する再加圧ポンプ１９と、再加圧された第２スラリー液を加水分解する高温分解器１２と、高温分解器１２で分解された第２スラリー液を冷却する熱交喚器１０と、冷却された第２スラリー液によって駆動されることにより該第２スラリー液を減圧するタービン１３と、減圧された第２スラリー液を固液分離する固液分離器１４と、固液分離器１４で分離された液をエタノールに転換するエタノール発酵部１５と、低温反応器４及び加熱器１１に水蒸気を供給し蒸気タービン１７を駆動する軽水炉１６と、復水器１８とを備えている。
【００１４】
低温分解器４によるヘミセルロースの加水分解および加熱器１１による第２スラリー液の加熱は、軽水炉１６からの水蒸気を熱源として用いている。
【００１５】
上記のように構成されたセルロース系エタノール製造装置において、前記低温分解器４の運転条件は、温度が１５０℃〜２５０℃で圧力が当該温度の飽和蒸気圧超であり、また、前記高温分解器１２の運転条件は、温度が２５０℃〜３５０℃で圧力が当該温度の飽和蒸気圧超である。
【００１６】
また、高温分解器１２で分解されなかったリグニン等の固体は、固液分離器１４で分離された後、高温分解器１２に供給し、その燃料として使用することができる。
【００１７】
上記のようにエタノール製造装置を構成し、超臨界水処理を行わず２段階の亜臨界水処理を行うようにした。これにより、セルロース系のバイオマス資源からエタノールを生成する際、バイオマス資源中の易分解成分をより温和な条件で分解・分離した後、残りの成分を分解するので易分解成分の過分解をなくすことができ、その結果、効率的にエタノールを生成することができる。さらに、亜臨界水処理を行うことにより、熱交喚器による熱回収が可能となり、さらにタービンにより動力回収が可能となるので、エネルギー効率が向上する。かつ、加水分解に必要な熱源として沸騰水型原子炉等の軽水炉を用いるので、二酸化炭素の発生をゼロにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るセルロース系エタノール製造装置の機器配置図。
【符号の説明】
【００１９】
１…スラリータンク、２…昇圧ポンプ、３…熱交換器、４…低温分解器、５…タービン、６…固液分離器、７…エタノール生成部、８…スラリー生成部、９…加圧ポンプ、１０…熱交喚器、１１…加熱器、１２…高温分解器、１３…タービン、１４…固液分離器、１５…エタノール発酵部、１６…軽水炉、１７…蒸気タービン、１８…復水器、１９…再加圧ポンプ。
【図１】
2008142058.tif 000003