(57)【要約】【課題】バイオマス物質の理想的な滞留時間と理想的な撹拌効果とを両立することができ、安価で対応性が広く高能率、高品質な液化を実現し得る、バイオマス物質の液化物の製造装置及び製造方法を提供する。【解決手段】撹拌軸の周面に撹拌羽根が設けられてなる１ないし複数の撹拌部材１２、４８、７５と、該撹拌部材を収容したケーシング１１、４７、７２と、前記撹拌部材を順方向と逆方向に交互に自軸回転させる駆動機構１５、５０、７７とを有した撹拌処理装置２、３、５を備えた構成とし、供給側から順に材料供給部１、予熱搬送部２０、反応用薬剤注入部６、混合部２２、加熱部２３、液化反応部５６、反応停止剤注入部７、揮発成分除去部８、冷却排出部８５を設ける。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撹拌軸の周面に撹拌羽根が設けられてなる１ないし複数の撹拌部材と、該撹拌部材を収容したケーシングと、前記撹拌部材を順方向と逆方向に交互に自軸回転させる駆動機構とを有した撹拌処理装置を１個備えた又は前記撹拌処理装置が複数個直列状に連結されたバイオマス物質の液化物の製造装置からなり、
この製造装置の上流側にバイオマス物質を供給する材料供給部が設けられ、前記製造装置の下流側に液化生成物を排出する排出部が設けられ、該排出部と前記材料供給部の間にバイオマス物質を液化させる反応用薬剤を注入する反応用薬剤注入部が設けられていることを特徴とするバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項２】
前記反応用薬剤注入部と前記排出部の間に所定の液化反応温度で保温して液化を行う液化反応部が設けられている請求項１に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項３】
前記液化反応部と前記排出部の間にバイオマス物質の液化反応を停止させる反応停止剤を注入する反応停止剤注入部が設けられている請求項２に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項４】
前記反応停止剤注入部と前記排出部の間に、未反応薬剤や水分等の揮発成分を除去する揮発成分除去部が設けられている請求項３に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項５】
撹拌軸の周面に撹拌羽根が設けられてなる１ないし複数の撹拌部材と、該撹拌部材を収容したケーシングと、前記撹拌部材を順方向と逆方向に交互に自軸回転させる駆動機構とを有した撹拌処理装置を１個備えた又は前記撹拌処理装置が複数個直列状に連結されたバイオマス物質の液化物の製造装置からなり、
この製造装置の上流側にバイオマス物質を供給する材料供給部が設けられ、該材料供給部の下流側にバイオマス物質を加熱しながら下流側に向けて搬送する予熱搬送部が設けられ、該予熱搬送部の下流側にバイオマス物質を液化させる反応用薬剤を注入する反応用薬剤注入部が設けられ、該反応用薬剤注入部の下流側に前記バイオマス物質と反応用薬剤を混合する混合部が設けられ、該混合部の下流側に所定の液化反応温度まで加熱する加熱部が設けられ、該加熱部の下流側に所定の液化反応温度で保温して液化を行う液化反応部が設けられ、該液化反応部の下流側にバイオマス物質の液化反応を停止させる反応停止剤を注入する反応停止剤注入部が設けられ、該反応停止剤注入部の下流側に未反応薬剤や水分等の揮発成分を除去する揮発成分除去部が設けられ、該揮発成分除去部の下流側に液化生成物を冷却しながら排出する冷却排出部が設けられていることを特徴とするバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項６】
撹拌軸の周面に撹拌羽根が設けられてなる１ないし複数の撹拌部材と、該撹拌部材を収容したケーシングと、前記撹拌部材を順方向と逆方向に交互に自軸回転させる駆動機構とを有した撹拌処理装置が３個直列状に連結されたバイオマス物質の液化物の製造装置からなり、
上流側の第１撹拌処理装置において、バイオマス物質を供給する材料供給部が設けられ、該材料供給部の下流側にバイオマス物質を加熱しながら下流側に向けて搬送する予熱搬送部が設けられ、該予熱搬送部の下流側にバイオマス物質を液化させる反応用薬剤を注入する反応用薬剤注入部が設けられ、該反応用薬剤注入部の下流側に前記バイオマス物質と反応用薬剤を混合する混合部が設けられ、該混合部の下流側に所定の液化反応温度まで加熱する加熱部が設けられ、
中間位置の第２撹拌処理装置において、所定の液化反応温度で保温して液化を行う液化反応部が設けられ、該液化反応部の下流側にバイオマス物質の液化反応を停止させる反応停止剤を注入する反応停止剤注入部が設けられ、
下流側の第３撹拌処理装置において、未反応薬剤や水分等の揮発成分を除去する揮発成分除去部が設けられ、該揮発成分除去部の下流側に液化生成物を冷却しながら排出する冷却排出部が設けられていることを特徴とするバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項７】
前記撹拌部材が順方向と逆方向に交互に自軸回転することによって、前記ケーシング内のバイオマス物質や液化生成物等を撹拌しながら前記材料供給部側から前記排出部側に向けて推進せしめる請求項１〜６のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項８】
前記撹拌部材は、順方向および逆方向の自軸回転の切り替えおよび各自軸回転時間が自動的に制御されるものである請求項１〜７のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項９】
前記撹拌部材は、順方向と逆方向の自軸回転の切り替え時の停止時間Ｔｓが下式［１］の範囲に設定されるものである請求項１〜８のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
０≦Ｔｓ＜ｔ＋２・・・［１］
Ｔｓ：撹拌部材の順方向と逆方向の自軸回転の切り替え時の停止時間
ｔ：駆動機構の駆動が停止してから撹拌部材が停止するまでの時間（惰力回転時間）
【請求項１０】
前記撹拌部材は、順方向の自軸回転時間Ｔｆが下式［２］の範囲に設定されるものである請求項１〜９のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
０＜Ｔｆ＜０．２×（６０ｐ）／（Ｎｋ）・・・［２］
Ｔｆ：撹拌部材の順方向の自軸回転時間
ｐ：撹拌部材の撹拌羽根のピッチ数
Ｎ：撹拌部材の自軸回転速度
ｋ：係数（０＜ｋ≦１）
【請求項１１】
前記攪拌部材は、逆方向の自軸回転時間Ｔｒが下式［３］または下式［４］の範囲に設定されるものである請求項１〜１０のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
０＜Ｔｒ＜Ｔｍｉｎ・・・［３］
Ｔｍａｘ＜Ｔｒ＜Ｔｆ・・・［４］
Ｔｒ：撹拌部材の逆方向の自軸回転時間
Ｔｆ：撹拌部材の順方向の自軸回転時間
Ｔｍｉｎ、Ｔｍａｘ：ｋＮ（Ｔｓ＋Ｔｒ）（Ｔｆ−Ｔｒ）／｛３０ｐ（Ｔｆ＋Ｔｒ＋２Ｔｓ）｝＝０．１の解（Ｔｒ）のうちの小さい値（Ｔｍｉｎ）と大きい値（Ｔｍａｘ）
【請求項１２】
前記予熱搬送部、反応用薬剤注入部、混合部、加熱部、液化反応部、反応停止剤注入部、揮発成分除去部および冷却排出部の各部の温度を独立に測定、調整できる温度検知・調整手段が設けられている請求項５〜１１のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項１３】
前記材料供給部と前記反応用薬剤注入部の間にバイオマス物質中に含有される水分を除去する第１ベント口が１ないし複数個設けられるとともに、該第１ベント口の周囲にバイオマス物質の乾燥を行う乾燥部が設けられている請求項１〜１２のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項１４】
前記加熱部と前記反応停止剤注入部の間にバイオマス物質の反応中に発生する水分又は他の低沸点物質を除去する第２ベント口が１ないし複数個設けられている請求項５〜１１のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項１５】
前記撹拌部材の外周とケーシング内周面との間に略軸方向に延びる隙間が設けられ、この隙間を介して水分等の揮発成分が軸方向に移動して前記ベント口から放出されるものとなされている請求項１３または１４に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項１６】
前記反応用薬剤注入部及び前記混合部の温度は５０〜１７０℃の範囲に設定される一方、前記加熱部、液化反応部及び揮発成分除去部の温度は１２０〜２５０℃の範囲に設定される請求項５〜１５のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項１７】
前記反応用薬剤注入部に注入される反応用薬剤はフェノール類、アルコール類、多価アルコール類、環状エステル類等の水酸基を有する又は潜在的に水酸基を有する化合物、又はオキシエーテル類、環状エーテル類、炭酸アルキレン類、及びケトン類からなる群より選択される一種または二種以上の化合物、或いはこれらの混合物である請求項１〜１６のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項１８】
前記反応用薬剤は、無機酸、有機酸類、高級脂肪酸類、多塩基酸、多塩基酸無水物、環状エステル類、ラクチド、オキシド類、アルデヒド類からなる群より選択される一種または二種以上の化合物、或いはこれらの混合物である請求項１〜１６のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項１９】
前記反応用薬剤として、さらに触媒が注入される請求項１７または１８に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項２０】
前記反応用薬剤注入部と前記反応停止剤注入部の間に、第二の反応用薬剤、反応用副薬剤、バイオマス原料等の第２薬剤を投入するための投入口が１ないし複数個設けられている請求項３〜１９のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項２１】
前記第２薬剤として、以下のａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）、ｅ）、ｆ）の何れか或いはそれらの混合物が用いられる請求項２０に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
ａ）フェノール類、アルコール類および環状エステル類など水酸基又は潜在的に水酸基を有する化合物等の液化用試薬及び液化触媒
ｂ）各種の無機酸、有機酸類、高級脂肪酸類、多塩基酸又はその無水物、環状エステル類、ラクチド、オキシド類、アルデヒド類等の修飾変性用試薬及び修飾変性用触媒
ｃ）各種のビニルモノマー、環状エステル類、ラクチド、オキシド類、多塩基酸又はその無水物類、グリコール類等のグラフト重合用試薬及び重合開始剤
ｄ）各種の酸、アルカリ、重合開始剤等の反応触媒
ｅ）同種又は異種のバイオマス物質
ｆ）各種の溶媒
【請求項２２】
前記第２薬剤は、予め所定の温度に加熱されているもの、又は投入工程中に所定の温度まで加熱されるものである請求項２０または２１に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項２３】
前記反応停止剤注入部に注入される反応停止剤として、前記酸触媒を中和して失活させることができ、かつ分解、架橋、高融点化反応等の副反応を防止し得る物質が用いられる請求項３〜２２のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項２４】
前記液化反応部の下流側に、バイオマス物質の液化生成物中に含まれる未液化部分等の固形物を除去する固形物除去手段が設けられている請求項１〜２３のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項２５】
前記揮発成分除去部は、未反応薬剤や水分等の揮発成分を吸引除去できる１ないし複数個の第３ベント口により構成されている請求項５〜２４のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項２６】
前記液化反応部と前記揮発成分除去部の間に流量制御機構が設けられている請求項５〜２５のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項２７】
前記排出部は、強制排出手段が付設された排出口からなる請求項１〜２６のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項２８】
前記撹拌処理装置は、前記ケーシングの内部に１本の撹拌部材が配置された単軸型である請求項１〜２７のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項２９】
前記撹拌処理装置は、前記ケーシングの内部に複数本の撹拌部材が配置された多軸型である請求項１〜２７のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項３０】
前記ケーシング内に、複数の撹拌部材がその撹拌軸を上流側の撹拌部材の撹拌軸の中に挿通配置する態様で同一軸上に直列状態に設けられると共に、各撹拌部材はそれぞれ独立した駆動機構により駆動せしめられるものとなされ、少なくとも１つの撹拌部材が、順方向と逆方向に交互に自軸回転するものとなされている請求項１〜２９のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項３１】
前記撹拌部材は、固定軸と、該固定軸の両端部分に回転自在に外嵌された回転スリーブと、これら回転スリーブ間において前記固定軸に外嵌されて固定された固定スリーブと、前記回転スリーブと固定スリーブに亘って外嵌されかつ両端が回転スリーブに固着されたリボン状又はコイル状スクリュー羽根とで構成され、少なくとも一方の回転スリーブに駆動機構が連結されて、前記スクリュー羽根が順方向と逆方向に交互に自軸回転するものとなされている請求項１〜２９のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項３２】
前記撹拌部材は、エンドプレート側を片持ち支持された中心軸と、該中心軸に外嵌されかつエンドプレート側を片持ち支持された中空の固定軸と、該固定軸の両端部分に回転自在に外嵌された回転スリーブと、これら回転スリーブ間において前記固定軸に外嵌されて固定された固定スリーブと、前記回転スリーブと固定スリーブに亘って外嵌されかつ両端が回転スリーブに固着されたリボン状又はコイル状スクリュー羽根とで構成されると共に、排出口側の回転スリーブは中心軸に連結され、前記エンドプレート側において、少なくとも一方の回転スリーブに連結される駆動機構が設けられて、前記スクリュー羽根が順方向と逆方向に交互に自軸回転するものとなされている請求項１〜２９のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項３３】
前記撹拌部材は、
エンドプレート側を片持ち支持された中空の固定軸と、該固定軸の両端部分に回転自在に外嵌された回転スリーブと、これら回転スリーブ間において前記固定軸に外嵌されて固定された固定スリーブと、前記回転スリーブと固定スリーブに亘って外嵌されかつ両端が回転スリーブに固着されたリボン状又はコイル状スクリュー羽根とで構成された第１撹拌部と、
前記中空の固定軸の下流側に同一軸上に直列状態に設けられ、その中心にある駆動軸は前記中空の固定軸に挿通させた態様で、かつ前記エンドプレート側を片持ち支持されてなるスクリューからなる第２撹拌部とで構成され、
前記下流側の回転スリーブは前記スクリューに連結され、前記エンドプレート側において、少なくとも一方の回転スリーブに連結される駆動機構が設けられ、前記スクリュー羽根が順方向と逆方向に交互に自軸回転するものとなされている請求項１〜２９のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項３４】
前記スクリュー羽根は、前記材料供給部と前記加熱部の間に設けられている請求項３１〜３３のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項３５】
前記ベント口から放出される揮発成分を回収する回収手段が付設されている請求項１３〜３４のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項３６】
前記バイオマス物質は、木材、古紙等のリグノセルロース、デンプン、糖等の糖類、もみがら、小麦ふすま、オカラ、米ぬか等の農業生産品、食品及び食品工業廃棄物、或いはセルロースアセテート、変性デンプン等のバイオマス誘導体からなる群より選択される一種または二種以上の物質である請求項１〜３５のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項３７】
前記バイオマス物質は、木材、古紙等のリグノセルロース、デンプン、糖等の糖類、もみがら、小麦ふすま、オカラ、米ぬかからなる群より選ばれる一種または二種以上の物質である請求項３６に記載のバイオマス物質の液化物の製造装置。
【請求項３８】
請求項１〜３７のいずれか１項に記載の製造装置を用いてバイオマス物質の液化物を製造する方法であって、
前記製造装置内にその材料供給部を介してバイオマス物質を投入すると共に前記反応用薬剤注入部を介して反応用薬剤を投入し、前記撹拌部材を順方向と逆方向に交互に自軸回転させることによって前記ケーシング内でバイオマス物質と反応用薬剤を撹拌混合してバイオマス物質を液化して液化生成物を得、該液化生成物を前記排出部より排出することを特徴とするバイオマス物質の液化物の製造方法。
【請求項３９】
請求項１〜３７のいずれか１項に記載の製造装置を用いてバイオマス物質の液化物を製造する方法であって、
前記バイオマス物質を前記製造装置内にその材料供給部を介して連続的に供給する材料供給工程と、
前記供給されたバイオマス物質を加熱しながら下流側に向けて搬送する予熱搬送工程と、
前記バイオマス物質を液化させる反応用薬剤を前記製造装置の反応用薬剤注入部を介して注入する反応用薬剤注入工程と、
前記バイオマス物質と反応用薬剤を混合せしめる混合工程と、
前記混合物を所定の液化反応温度まで加熱する加熱工程と、
前記所定の液化反応温度に保温して液化反応を行わしめる液化反応工程と、
前記バイオマス物質の液化反応を停止させる反応停止剤を前記反応停止剤注入部を介して注入して液化反応を停止させる液化停止工程と、
未反応薬剤や水分等の揮発成分を前記揮発成分除去部を介して除去する揮発成分除去工程と、
液化生成物を冷却すると共に前記排出部を介して液化生成物を排出する排出工
程とを包含することを特徴とするバイオマス物質の液化物の製造方法。
【請求項４０】
前記反応用薬剤注入工程及び前記混合工程の温度は５０〜１７０℃の範囲に設定する一方、前記加熱工程、液化反応工程及び揮発成分除去工程の温度は１２０〜２５０℃の範囲に設定する請求項３９に記載のバイオマス物質の液化物の製造方法。
【請求項４１】
前記反応用薬剤として、フェノール類、アルコール類、多価アルコール類、および環状エステル類等の水酸基又は潜在的に水酸基を有する化合物、またはオキシエーテル類、環状エーテル類、炭酸アルキレン類、およびケトン類からなる群より選択される一種または二種以上の物質、或いはこれらの混合物を用いる請求項３８〜４０のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造方法。
【請求項４２】
前記反応用薬剤として、無機酸、有機酸類、高級脂肪酸類、多塩基酸、多塩基酸無水物、環状エステル類、ラクチド、オキシド類、アルデヒド類からなる群より選択される一種または二種以上の化合物、或いはこれらの混合物を用いる請求項３８〜４０のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造方法。
【請求項４３】
前記反応用薬剤としてさらに触媒を注入する請求項４１または４２に記載のバイオマス物質の液化物の製造方法。
【請求項４４】
前記反応用薬剤注入工程及び前記反応停止剤注入工程の間に、第二の反応用薬剤、反応用副薬剤、液化原料等の第２薬剤を投入するための投入工程を設ける請求項３９〜４３のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造方法。
【請求項４５】
前記第２薬剤として、以下のａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）、ｅ）の何れかあるいはそれらの混合物を用いる請求項４４に記載のバイオマス物質の液化物の製造方法。
ａ）フェノール類、アルコール類および環状エステル類など水酸基又は潜在的に水酸基を有する化合物から選択される一種または二種以上の物質
ｂ）各種の無機酸、有機酸類、多塩基酸又はその無水物類、環状エステル類、ラクチド、オキシド類、アルデヒド類などから選択される一種または二種以上の物質と反応触媒あるいはそれらの混合物、さらには必要に応じて溶媒類
ｃ）各種のビニルモノマー、環状エステル類、ラクチド、オキシド類、多塩基酸又はその無水物類、グリコール類から選択される一種または二種以上の物質と重合開始剤、反応触媒あるいはそれらの混合物、溶媒など
ｄ）各種の反応触媒
ｅ）同種又は異種のバイオマス物質
【請求項４６】
前記第２薬剤は、予め所定の温度に加熱されているもの、又は投入工程中に所定の温度まで加熱されたものである請求項４４または４５に記載のバイオマス物質の液化物の製造方法。
【請求項４７】
前記液化反応工程で得られたバイオマス物質の液化生成物中に含まれる未液化部分等の固形物を除去する固形物除去工程を設ける請求項３８〜４６のいずれか１項に記載のバイオマス物質の液化物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、種々の樹脂又は樹脂原料、燃料、さらには有用化学物質等として用いられる、バイオマス物質の液化物の製造装置及び製造方法に関する。
【０００２】
なお、この明細書において、「液化」の語は、「誘導体化」、「熱可塑化」、「グラフト化」を含む意味で用いる。
【０００３】
【従来の技術】
現在、石油等の化石原料から生産される燃料、化学原料、プラスチック、合成繊維等の使用量は莫大である。しかし、化石資源は有限なものであり、再生使用にも限界があるため、これら化石資源の使用量低減及び代替資源の開発が強く望まれている。
【０００４】
また、化石資源を原料として生産された化学製品の殆どは自然分解しないため、廃棄する際には焼却処理などを必要とする。しかし、これら化学製品の焼却処理を行う際には、大きな燃焼エネルギーを放出したり、ＣＯ２　等の温室効果ガスや、ダイオキシン等の有害化学物質を発生させ得るため、大気汚染や、地球環境の温暖化等に十分な配慮をしなければならない。
【０００５】
一方、再生可能な有機資源として地球上最も大量に存在するバイオマス物質は、食糧、飼料、家具、建材、繊維、紙、その他の工業原材料等として古くから広く使われている。これらバイオマス物質は、自然界においても微生物の作用により分解されて無機物に還元するという物質循環リサイクルが可能である。従って、バイオマス物質を基にした材料は、化石資源を原料とした材料に比べると、廃棄処理にともなう環境負荷がはるかに軽減される。更に、これらバイオマス物質は化石燃料に比べると、人類の力ではるかに短い時間で作り出す事が可能であり、適切な管理をする限り原料枯渇の問題がない。
【０００６】
しかしながら、バイオマス物質、特に量的にバイオマスの大部分を占めるリグノセルロース物質は、成分が複雑であると共に熱加工が困難な材料であること等から利用方法が大きく限られているし、残廃材、端材等を有効利用できる用途は極めて少ない。その結果、バイオマス物質からはプラスチックのような加工性及び物性ともに優れ、且つ安価な材料を作り出すことが出来ず、間伐材、林地残材、木材工業の加工残廃材、家屋解体材、食品製造過程で必要成分を抽出した後の絞り滓や、穀物の外皮等のセルロース物質等のバイオマス物質廃棄物の排出量は膨大である。例えば、一般廃棄物および産業廃棄物の中に含まれる木質廃棄物の量だけでも、日本だけで年間４０００万トン以上に達すると言われている。これらのバイオマス廃棄物のほとんどは産業廃棄物として焼却処理されている。したがって、バイオマス廃棄物の再利用率は極めて低く、地球環境保全の見地から資源の有効活用を図るべく、このようなバイオマス物質についても有効活用する方法の開発が強く望まれている。
【０００７】
このようなバイオマス物質の有効利用のためのアプローチとして、セルロース、デンプン、木材等を原料にしてバイオマス液化物、各種の熱硬化性樹脂原料、熱可塑性樹脂などへ変換する研究開発は多くなされている。特に近年は生分解性または生物崩壊性を意識した材料開発は盛んになっている。
【０００８】
例えば、特開昭６１−２６１３５８号公報には、バイオマス物質の一種であるリグノセルロース物質をフェノール類の存在下で２００〜３００℃に加熱することにより液化できることが記載されている。また、特開昭６２−７９２３０号公報には、リグノセルロース物質を、アルコール類、多価アルコール類、オキシエーテル類、環状エーテル類、およびケトン類から選択される一または二以上の物質に加えて１５０〜３５０℃に加熱することにより液化できることが記載されている。更に、特開平８−２２５６５３号公報には、リグノセルロース物質を酸触媒、環状エステルおよび多価アルコールの存在下で１００〜２００℃に加熱することにより液化できることが記載されている。更に、特開平５−１２５１０１号公報には、熱可塑性を示し、単独でも成形可能な澱粉エステルグラフト共重合体の製造方法が記載されている。また、特開平９−３１３０８号公報には、デンプンにポリエステル鎖をグラフトし、そのグラフト鎖の末端及びデンプン直結の水酸基の一部又は全てがエステル基により封鎖されていることにより可塑加工性の良いポリエステルグラフト重合澱粉の製造方法が記載されている。
【０００９】
また、リグノセルロース物質を工業生産スケールで多量に効率よく液化させる方法や、装置としては、例えば、特開平５−１４０３２２号公報に記載されているものがある。これは、耐圧設計された反応容器と、攪拌機と、容器内の圧力を制御する加圧排気装置と、薬液供給装置と、熱媒加熱循環装置とを備えたバッチ式の装置を設け、反応容器内でリグノセルロース物質を所定温度、所定圧力に調整しつつ攪拌を行うことで、リグノセルロース物質を多量に液化させようとしたものである。
【００１０】
しかしながら、バイオマス物質、特にリグノセルロース物質は通常嵩比重が低く、且つ熱、溶媒に対して鈍感であるので、これらのバイオマス物質の液化反応は通常大量の反応試薬を要するので、反応装置が巨大化するのみならず反応時間が長く能率は非常に悪かった。即ち、１つの反応容器内でリグノセルロース物質を液化させる方式、いわゆるバッチ式ではリグノセルロース物質の重量の数倍の液状試薬を使用しないと、かさ比重の低いリグノセルロース物質中に多くの空気層が存在し、熱の伝わりが悪いので反応物の加熱に長時間を要する。そのため、装置の運転効率が低くリグノセルロース物質の液化効率は未だ満足できるものではない上に、得られる液化物の品質にバラツキが生じ易い、即ち製造安定性が低いという問題がある。更に、バイオマス物質の液化反応は通常副反応を伴うので、このような長時間加熱は液化生成物の品質を劣化させる恐れがある。反応装置のスケールが大きければ大きいほどこのような問題が顕著となる。したがって量産装置へのスケールアップには限界がある。
【００１１】
それを改良する方法として特開平１０−１４７７８６号公報には、液化材料に溶媒となる薬品を所定の比率で混合し、この混合物を加熱した槽内に高温下で連続的に攪拌させながら搬送させることにより液化材料を液化する方法が開示されている。しかし、この方法では、シリンダ筒体の内に１本のスクリュフィーダを挿入した装置を使用しているので、バイオマス物質と液化溶媒との混合物は流動性に乏しく付着性が高く、それらはスクリューの全表面、すなわちスクリュー軸とスクリュー羽根との各表面に接触して、付着、摩擦やせん断力によりスクリューと共回りしようとし、そして共回りすることで、熱伝導効率及び送り効率が低下し、生産性、安定性が低下するものとなる。場合によっては流路を閉塞することもある。また、バイオマス物質は多くの場合、かさ比重の低い固形物で、液化溶媒と混合した混合物は溶媒を多量に入れない限り通常空気層を多く含む熱伝導性の低い粉体であり、液化温度に到達する前に加圧しても溶融しないし溶媒にも溶解しない特徴を有する。それを加熱した槽内に圧縮せん断力をかけずに攪拌搬送するだけでは加熱効果が非常に低く、満足な液化効率が得られない。しかし熱伝導率を高めるためにバイオマス混合物を圧縮すると、十分加熱してないバイオマスは加圧しても溶融しないので攪拌トルクが急増したり、バイオマス物質から溶媒が搾り出されてバイオマス物質が硬く攪拌軸に付着したりして、シリンダを詰まらせたりすることがある。従って、この方法では安定した品質を有する液化物を高能率で製造するのは困難であった。
【００１２】
そこで、２０００−１０３８６４号公報には、バイオマスを供給、粉砕、搬送、乾燥、溶媒混合、液化反応、反応停止、脱揮などの工程を含め得る連続液化装置と方法が開示されている。この装置は２軸押出機を採用しバイオマスを強制搬送する能力を有すると共にバイオマスの液化反応の各段階の特徴を対応した設計を有するので、高効率、高品質でバイオマスの液化物を製造することは可能となった。また、この技術は２軸押出機の粉砕、混合及び表面更新効果によりかさ比重の低いバイオマス物質への熱伝導速度が著しく向上すると共により低い試薬量での反応も可能となった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの連続式反応装置は、スクリュー等の攪拌部材がバイオマス物質等の反応物を投入口から排出口へという一定方向に自軸回転することによって反応物を撹拌しながら連続的に推進せしめるため、反応物の装置内における理想的な滞留時間と撹拌効果を両立することが困難であるという問題があった。
【００１４】
即ち、バイオマスは熱を加えても溶融しない材料であり、液化反応は通常のプラスチック加工のような熱により相変化ではなく、化学反応による性状変化であり、反応試薬の浸透から加熱反応が完成するまで数分ないし数十分はかかる。その間に効果的な攪拌と精密な温度制御も必要である。理想的な撹拌、熱伝導効果を得るためにスクリュを速く自軸回転させると、反応槽内における反応物の移動速度が速くなり、それに伴って装置内における反応物の滞留時間が短くなるので、バイオマスの液化が不完全になる。
【００１５】
一方、装置内における反応物の滞留時間を長くするためにスクリューを遅く自軸回転させると、反応物に対する潰し、攪拌、混合、混練、加熱は不十分・不均一になり、満足的な反応効果は得られない。特にセルフクリーニング性のない単軸装置などにおいては、固形のバイオマス物質は攪拌羽根の押さえにより一定の形態に整えられた状態で、又は液状であっても層流状で推進せしめられ、反応物を十分に撹拌することができないという問題があった。更には反応物がスクリューに付着して共周りをし、場合によってはスクリューに硬く固着してしまうことがあった。
【００１６】
もとより、装置のＬ／Ｄを増大し、スクリューを早く自軸回転させれば、バイオマス物質等の反応物の滞留時間も長くなり、それなりの撹拌効果を得ることもできるが、装置の大型化やコスト高を招くという問題があると共に、反応物の付着防止対策、異なるバイオマス種及び反応目的への対応は到底困難であった。
更に、バイオマスの液化は形態及び体積の変化を始め複雑な変化を段階的に行い、その影響因子は通常のプラスチックの可塑加工とは大きく異なる、主に温度と時間に依存する。高能率の液化装置を創製するためにこのようなバイオマス液化の段階的な変化特徴にあった装置の設計をする必要がある。
【００１７】
この発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであって、あらゆるバイオマス材料及び反応パターンに対し装置内におけるバイオマス物質の理想的な滞留時間と理想的な撹拌効果とを両立することができ、安価で対応性が広く高能率、高品質な液化を実現し得る、バイオマス物質の液化物の製造装置及び製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、撹拌軸の周面に撹拌羽根が設けられてなる１ないし複数の撹拌部材と、該撹拌部材を収容したケーシングと、前記撹拌部材を順方向と逆方向に交互に自軸回転させる駆動機構とを有した撹拌処理装置を１個備えた又は前記撹拌処理装置が複数個直列状に連結されたバイオマス物質の液化物の製造装置からなり、この製造装置の上流側にバイオマス物質を供給する材料供給部が設けられ、前記製造装置の下流側に液化生成物を排出する排出部が設けられ、該排出部と前記材料供給部の間にバイオマス物質を液化させる反応用薬剤を注入する反応用薬剤注入部が設けられていることを特徴とするバイオマス物質の液化物の製造装置によって達成される。
【００１９】
この装置によれば、バイオマス等の反応物は、撹拌部材の順方向および逆方向の自軸回転に伴って、ケーシング内において往復運動を繰り返しながら推進せしめられ、材料供給部側から排出部側まで移動する。このため、反応装置内における反応物の実際の移動距離は各ケーシングの長さの総和より長くなり、それに伴って製造装置内における反応物の滞留時間も長くなる。
【００２０】
そして、このバイオマス物質の滞留時間は、撹拌部材の回転速度のみならず、撹拌部材の順方向および逆方向の自軸回転の組合せに依存することから、バイオマス物質の滞留時間と撹拌部材の回転速度との完全依存性は切り離される。このため、バイオマス物質の滞留時間は、撹拌部材の順方向および逆方向の自軸回転の組合せによって任意に設定することができると共に、バイオマス反応物の撹拌効果は、撹拌部材の回転速度により任意に設定することができ、製造装置（反応装置）内におけるバイオマス物質の理想的な滞留時間と理想的な撹拌効果とを両立することが可能となる。
【００２１】
また、バイオマス物質は、撹拌部材の順方向および逆方向の自軸回転の交互運動により押されたり引かれたりし、一定の個所に留まったりあるいは一定の形状に整えられたりすることがないので、反応物が撹拌羽根と共回りすることを防止することができ、また交互運動の衝撃でバイオマス反応物が乱流を形成するので、反応物をより確実に撹拌することができる。
【００２２】
さらに、液化装置のケーシングおよび撹拌部材を長く形成する必要がないので、小型で安価な装置を実現することができる。
【００２３】
この発明の製造装置では、前記反応用薬剤注入部と前記排出部の間に所定の液化反応温度で保温して液化を行う液化反応部が設けられているのが好ましい。これにより液化反応が速やかに進行するものとなる。
【００２４】
また、前記液化反応部と前記排出部の間にバイオマス物質の液化反応を停止させる反応停止剤を注入する反応停止剤注入部が設けられているのが好ましい。これにより、液化反応を終了させた状態でバイオマス物質の液化物を排出部より排出できる。
【００２５】
また、前記反応停止剤注入部と前記排出部の間に、未反応薬剤や水分等の揮発成分を除去する揮発成分除去部が設けられているのが好ましい。これにより未反応薬剤や水分等の不純物を取り除くことができ、高純度で高品質のバイオマス物質の液化物を製造できる。
【００２６】
この発明において、より好適な製造装置は、撹拌軸の周面に撹拌羽根が設けられてなる１ないし複数の撹拌部材と、該撹拌部材を収容したケーシングと、前記撹拌部材を順方向と逆方向に交互に自軸回転させる駆動機構とを有した撹拌処理装置を１個備えた又は前記撹拌処理装置が複数個直列状に連結されたバイオマス物質の液化物の製造装置からなり、この製造装置の上流側にバイオマス物質を供給する材料供給部が設けられ、該材料供給部の下流側にバイオマス物質を加熱しながら下流側に向けて搬送する予熱搬送部が設けられ、該予熱搬送部の下流側にバイオマス物質を液化させる反応用薬剤を注入する反応用薬剤注入部が設けられ、該反応用薬剤注入部の下流側に前記バイオマス物質と反応用薬剤を混合する混合部が設けられ、該混合部の下流側に所定の液化反応温度まで加熱する加熱部が設けられ、該加熱部の下流側に所定の液化反応温度で保温して液化を行う液化反応部が設けられ、該液化反応部の下流側にバイオマス物質の液化反応を停止させる反応停止剤を注入する反応停止剤注入部が設けられ、該反応停止剤注入部の下流側に未反応薬剤や水分等の揮発成分を除去する揮発成分除去部が設けられ、該揮発成分除去部の下流側に液化生成物を冷却しながら排出する冷却排出部が設けられていることを特徴とする。
【００２７】
本構成では、上述した諸効果に加えて、予熱搬送部、混合部、加熱部が、液化反応部の前に設けられているので、液化反応部での液化反応が効率良く進行するものとなる利点がある。
【００２８】
更に、より一層好適な製造装置は、撹拌軸の周面に撹拌羽根が設けられてなる１ないし複数の撹拌部材と、該撹拌部材を収容したケーシングと、前記撹拌部材を順方向と逆方向に交互に自軸回転させる駆動機構とを有した撹拌処理装置が３個直列状に連結されたバイオマス物質の液化物の製造装置からなり、上流側の第１撹拌処理装置において、バイオマス物質を供給する材料供給部が設けられ、該材料供給部の下流側にバイオマス物質を加熱しながら下流側に向けて搬送する予熱搬送部が設けられ、該予熱搬送部の下流側にバイオマス物質を液化させる反応用薬剤を注入する反応用薬剤注入部が設けられ、該反応用薬剤注入部の下流側に前記バイオマス物質と反応用薬剤を混合する混合部が設けられ、該混合部の下流側に所定の液化反応温度まで加熱する加熱部が設けられ、中間位置の第２撹拌処理装置において、所定の液化反応温度で保温して液化を行う液化反応部が設けられ、該液化反応部の下流側にバイオマス物質の液化反応を停止させる反応停止剤を注入する反応停止剤注入部が設けられ、下流側の第３撹拌処理装置において、未反応薬剤や水分等の揮発成分を除去する揮発成分除去部が設けられ、該揮発成分除去部の下流側に液化生成物を冷却しながら排出する冷却排出部が設けられていることを特徴とする。
【００２９】
本構成によれば、バイオマスの液化は、バイオマス物質と反応用薬剤との混合及び加熱、バイオマス物質の液化反応及びその反応の停止、バイオマス液化生成物の精製処理といった三つの段階の処理を異なる装置で行うことにより、それぞれの処理段階に対応する最も適する装置の設計と条件設定が出来、より高効率、高能力、高精度の液化が可能となる。
【００３０】
また、撹拌部材は、順方向および逆方向の自軸回転の切り替えおよび各自軸回転時間が自動的に制御されるものであるのが好ましい。これによれば、目的に応じて撹拌部材の自軸回転パターンを簡単かつ確実に設定することができる。
【００３１】
また、撹拌部材は、順方向と逆方向の自軸回転の切り替え（順方向から逆方向への切り替え又は逆方向から順方向への切り替え）時の停止時間Ｔｓが下式［１］の範囲に設定されるものであるのが好ましい。なお、下式［１］の最右項の数値「２」の単位は秒である。
０≦Ｔｓ＜ｔ＋２・・・［１］
Ｔｓ：撹拌部材の順方向と逆方向の自軸回転の切り替え時の停止時間
ｔ：駆動機構の駆動が停止してから撹拌部材が停止するまでの時間（惰力回転時間）
これによれば、撹拌部材の停止状態による反応物の撹拌効率の低下を防止できるとともに、駆動源の急激な回転方向変更により駆動機構にダメージを与えることを防止することができる。
【００３２】
また、前記撹拌部材は、順方向の自軸回転時間Ｔｆが下式［２］の範囲に設定されるのが望ましい。
０＜Ｔｆ＜０．２×（６０ｐ）／（Ｎｋ）・・・［２］
Ｔｆ：撹拌部材の順方向の自軸回転時間
ｐ：撹拌部材の撹拌羽根のピッチ数
Ｎ：撹拌部材の自軸回転速度
ｋ：係数（０＜ｋ≦１）
これによれば、供給時刻の異なるバイオマス材の混ぜ合わせを防止することができるとともに、バイオマスの液化反応の均一性を保つことができる。
【００３３】
また、撹拌部材は、逆方向の自軸回転時間Ｔｒが下式［３］または下式［４］の範囲に設定されるのが望ましい。
０＜Ｔｒ＜Ｔｍｉｎ・・・［３］
Ｔｍａｘ＜Ｔｒ＜Ｔｆ・・・［４］
Ｔｒ：撹拌部材の逆方向の自軸回転時間
Ｔｆ：撹拌部材の順方向の自軸回転時間
Ｔｍｉｎ、Ｔｍａｘ：ｋＮ（Ｔｓ＋Ｔｒ）（Ｔｆ−Ｔｒ）／｛３０ｐ（Ｔｆ＋Ｔｒ＋２Ｔｓ）｝＝０．１の解（Ｔｒ）のうちの小さい値（Ｔｍｉｎ）と大きい値（Ｔｍａｘ）これによれば、バイオマスの液化の一層の均一を図ることができる。
【００３４】
また、予熱搬送部、反応用薬剤注入部、混合部、加熱部、液化反応部、反応停止剤注入部、揮発成分除去部および冷却排出部の各部の温度を独立に測定、調整できる温度検知・調整手段が設けられているのが好ましい。この構成を採用すれば、バイオマスの特徴及び液化の段階に応じて温度を精密的にコントロールすることができ、バイオマスの加熱、液化反応、脱揮（揮発成分除去）、冷却等の工程をそれぞれ最適条件に設定することができる。
【００３５】
また、材料供給部と反応用薬剤注入部の間にバイオマス物質中に含有される水分を除去する第１ベント口が１ないし複数個設けられるとともに、該第１ベント口の周囲にバイオマス物質の乾燥を行う乾燥部が設けられているのが好ましい。これによれば、バイオマスの前乾燥工程は不要になり、バイオマス物質に含有する水分は、バイオマス物質と溶媒との混合の前に反応系外部へ放出でき、水蒸気の逆流、噴出による投入障害を防ぐことができる。従って、安定な投入及び安定な反応物の搬送が実現できて、安定した品質を有する液化生成物が得られる。
【００３６】
また、加熱部と反応停止剤注入部の間にバイオマス物質の反応中に発生する水分又は他の低沸点物質を除去する第２ベント口が１ないし複数個設けられているのが好ましい。これによれば、乾燥段階に残された水分及びバイオマスの液化反応中に生成される水分等を速やかに系外へ放出でき、安定した反応制御が得られると共に液化生成物中に含まれた低沸点物の大部分を効率よく除去できる。
【００３７】
また、撹拌部材の外周とケーシング内周面との間に略軸方向に延びる隙間が設けられ、この隙間を介して水分等の揮発成分が軸方向に移動して前記ベント口から放出されるものとなされているのが好ましい。これによれば、反応中に発生するガスにより反応物の突沸や噴出などを防ぐことができ、より一層の制御安定性を得ることができる。
【００３８】
また、前記反応用薬剤注入部及び前記混合部の温度は５０〜１７０℃の範囲に設定される一方、前記加熱部、液化反応部及び揮発成分除去部の温度は１２０〜２５０℃の範囲に設定されるのが好ましい。液化反応触媒は強酸を含む酸性物質を使われることが多いので、液化装置の接液部は高耐酸性材質で作られることが好ましいが、それにしても高温に加熱されている装置に酸を含む反応用薬剤に直接接触させると腐蝕が他の部分より速く進行することとなる。また、注入された反応用薬剤とバイオマス物質との分散混合が十分行われる前に高温加熱すると不均一な反応が起こる恐れがある。上記温度設定にすれば、装置への腐蝕及び不均一反応を低減できると共に高い液化能率を得ることができる。
【００３９】
また、反応用薬剤注入部に注入される反応用薬剤はフェノール類、アルコール類、多価アルコール類、環状エステル類等の水酸基を有する又は潜在的に水酸基を有する化合物、又はオキシエーテル類、環状エーテル類、炭酸アルキレン類、及びケトン類からなる群より選択される一種または二種以上の化合物、或いはこれらの混合物であるのが好ましい。この構成を採用すれば、多種の樹脂原料、燃料、化学物質として有用なバイオマス液化物を得ることができる。
【００４０】
また、反応用薬剤としては、無機酸、有機酸類、高級脂肪酸類、多塩基酸、多塩基酸無水物、環状エステル類、ラクチド、オキシド類、アルデヒド類からなる群より選択される一種または二種以上の化合物、或いはこれらの混合物であるのが好ましい。これにより、バイオマスのエステル化、エーテル化、グラフト等各種のバイオマス物質の誘導体を得ることができる。
【００４１】
また、上記反応用薬剤としてさらに反応触媒が注入されるのが好ましく、これによりバイオマス物質の液化効率を高めることができる。
【００４２】
また、前記反応用薬剤注入部と前記反応停止剤注入部の間に、第二の反応用薬剤、反応用副薬剤、バイオマス原料等の第２薬剤を投入するための投入口が１ないし複数個設けられているのが好ましい。これによれば、前記第二の反応用薬剤等を途中添加することにより多種多様な反応を効率良く同時に又は順次に行わせることができる。
【００４３】
上記第２薬剤として、以下のａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）、ｅ）、ｆ）の何れか或いはそれらの混合物が用いられるのが好ましい。
【００４４】
ａ）フェノール類、アルコール類および環状エステル類など水酸基又は潜在的に水酸基を有する化合物等の液化用試薬及び液化触媒
ｂ）各種の無機酸、有機酸類、高級脂肪酸類、多塩基酸又はその無水物、環状エステル類、ラクチド、オキシド類、アルデヒド類等の修飾変性用試薬及び修飾変性用触媒
ｃ）各種のビニルモノマー、環状エステル類、ラクチド、オキシド類、多塩基酸又はその無水物類、グリコール類等のグラフト重合用試薬及び重合開始剤
ｄ）各種の酸、アルカリ、重合開始剤等の反応触媒
ｅ）同種又は異種のバイオマス物質
ｆ）各種の溶媒
このような構成を採用すれば、バイオマス物質の複数種の試薬による液化、バイオマス物質液化物に対する化学修飾／変性、バイオマス物質の液化物のグラフト重合等の各種処理を容易且つ効率良く行うことができる。
【００４５】
また、前記第２薬剤は、予め所定の温度に加熱されているもの、又は投入工程中に所定の温度まで加熱されるものであるのが好ましい。これによれば、これら第２薬剤を投入しても反応系内の温度の低下を防ぐことができ、高い反応速度及び高精度の温度制御を維持できるものとなる。
【００４６】
また、前記反応停止剤注入部に注入される反応停止剤としては、前記酸触媒を中和して失活させることができ、かつ分解、架橋、高融点化反応等の副反応を防止し得る物質が用いられるのが好ましい。これにより、生成物の分解、架橋、高分子化、高融点化反応等の副反応を防止することができる。
【００４７】
また、前記液化反応部の下流側に、バイオマス物質の液化生成物中に含まれる未液化部分等の固形物を除去する固形物除去手段が設けられているのが好ましい。これにより、バイオマス物質中に混入した異物、サイズ的に大きすぎて液化しきれずに残った未液化バイオマス残渣、さらには中和塩等の固形物を容易に除去することができて、高品質なバイオマス液化物を得ることができる。
【００４８】
また、前記揮発成分除去部は、未反応薬剤や水分等の揮発成分を吸引除去できる１ないし複数個の第３ベント口により構成されているのが好ましい。これにより、未反応試薬、水分等を反応終了後余熱を利用して引き続き効率良く除去することができ、後処理工程は不要となる。
【００４９】
また、前記液化反応部と前記揮発成分除去部の間に流量制御機構が設けられているのが好ましい。このような構成を採用すれば、粘度の低い液状になったバイオマス物質の液化物が揮発成分除去部（脱揮部）の真空により空気等のガス成分と共に強制的に吸入されることを防止できて安定した処理ができると共に、揮発成分除去部（脱揮部）で高い真空度を得ることができて高い脱揮効果を得ることができる。
【００５０】
また、前記排出部は、強制排出手段が付設された排出口からなるのが好ましい。このような構成を採用すれば、排出口からの空気逆流を防ぐことができて脱揮部で高い真空度を得ることができると共に、液化生成物が低粘度であっても液化生成物を安定して排出することができる。
【００５１】
前記撹拌処理装置が、前記ケーシングの内部に１本の撹拌部材が配置された単軸型である場合には、従来の単軸押出機の安価さ及びメンテナンスの容易性という長所を保ちながら高能率のバイオマス物質液化物の製造装置を提供できる。
【００５２】
前記撹拌処理装置が、前記ケーシングの内部に複数本の撹拌部材が配置された多軸型である場合には、より一層高い処理能率を実現できると共に搬送性に優れ、かつ制御精度のあるバイオマス物質液化物の製造装置を提供できる。
【００５３】
また、前記ケーシング内に、複数の撹拌部材がその撹拌軸を上流側の撹拌部材の撹拌軸の中に挿通配置する態様で同一軸上に直列状態に設けられると共に、各撹拌部材はそれぞれ独立した駆動機構により駆動せしめられるものとなされ、少なくとも１つの撹拌部材が、順方向と逆方向に交互に自軸回転するものとなされている構成を採用するのが好ましい。この構成を採用すれば、順方向および逆方向に交互に自軸回転する撹拌部材を装置の必要な箇所に設けることができる。また、すべての撹拌部材を順方向および逆方向に交互に自軸回転するものとし、かつそれぞれ回転条件を変えれば、バイオマス物質の種類や上記各種処理に応じた様々な撹拌を行うことができる。
【００５４】
また、前記撹拌部材は、固定軸と、該固定軸の両端部分に回転自在に外嵌された回転スリーブと、これら回転スリーブ間において前記固定軸に外嵌されて固定された固定スリーブと、前記回転スリーブと固定スリーブに亘って外嵌されかつ両端が回転スリーブに固着されたリボン状又はコイル状スクリュー羽根とで構成され、少なくとも一方の回転スリーブに駆動機構が連結されて、前記スクリュー羽根が順方向と逆方向に交互に自軸回転するものとなされているのが好ましい。この構成を採用すれば、駆動機構を駆動することで、回転スリーブを固定軸に支持させて駆動回転し得、もってリボンスクリュー羽根又はコイルスクリュー羽根を、回転スリーブと一体に駆動回転し得る。従って、投入したバイオマス物質を、スクリューの繰り返す自軸回転によって順次排出口側に推進せしめることができる。このときバイオマス物質等は、リボンスクリュー羽根又はコイルスクリュー羽根の表面を介しての押出力により推進せしめられ、その際に、ケーシングや固定スリーブが固定されているので、これらとの間において、反応物が共回りすることを防止し得ると共に、攪拌効果を一層向上させることができる。これにより、バイオマス物質の液化反応の安定性、均一性及び反応条件の制御精度の高さを確保することができる。
【００５５】
また、前記撹拌部材は、エンドプレート側を片持ち支持された中心軸と、該中心軸に外嵌されかつエンドプレート側を片持ち支持された中空の固定軸と、該固定軸の両端部分に回転自在に外嵌された回転スリーブと、これら回転スリーブ間において前記固定軸に外嵌されて固定された固定スリーブと、前記回転スリーブと固定スリーブに亘って外嵌されかつ両端が回転スリーブに固着されたリボン状又はコイル状スクリュー羽根とで構成されると共に、排出口側の回転スリーブは中心軸に連結され、前記エンドプレート側において、少なくとも一方の回転スリーブに連結される駆動機構が設けられて、前記スクリュー羽根が順方向と逆方向に交互に自軸回転するものとなされているのが好ましい。これによれば、撹拌部材の回転に対する反応物の抵抗に応じて撹拌部材の駆動位置を選択することができ、一層の運転安全性と対応能力を確保することができる。
【００５６】
また、前記撹拌部材は、エンドプレート側を片持ち支持された中空の固定軸と、該固定軸の両端部分に回転自在に外嵌された回転スリーブと、これら回転スリーブ間において前記固定軸に外嵌されて固定された固定スリーブと、前記回転スリーブと固定スリーブに亘って外嵌されかつ両端が回転スリーブに固着されたリボン状又はコイル状スクリュー羽根とで構成された第１撹拌部と、前記中空の固定軸の下流側に同一軸上に直列状態に設けられ、その中心にある駆動軸は前記中空の固定軸に挿通させた態様で、かつ前記エンドプレート側を片持ち支持されてなるスクリューからなる第２撹拌部とで構成され、前記下流側の回転スリーブは前記スクリューに連結され、前記エンドプレート側において、少なくとも一方の回転スリーブに連結される駆動機構が設けられ、前記スクリュー羽根が順方向と逆方向に交互に自軸回転するものとなされているのが好ましい。この構成を採用すれば、エンドプレート側の駆動機構を駆動することで、固定軸のある撹拌部材と固定軸のない撹拌部材を同時に駆動することができ、バイオマス物質の共回りが起こりやすい区間のみに固定軸を有する撹拌部材を設けているから、安定な処理を行うことができる。
【００５７】
前記リボン状又はコイル状スクリュー羽根は、前記材料供給部と前記加熱部の間に設けられているのが好ましい。これにより、固形未液化バイオマス物質の攪拌部材への付着、共回り及び詰まりを防止することができるので、順調な液化を実現できる。
【００５８】
また、前記ベント口から放出される揮発成分を回収する回収手段が付設されているのが好ましい。揮発成分を回収するので、環境への負荷を回避できる利点がある。
【００５９】
また、前記バイオマス物質は、木材、古紙等のリグノセルロース、デンプン、糖等の糖類、もみがら、小麦ふすま、オカラ、米ぬか等の農業生産品、食品及び食品工業廃棄物、或いはセルロースアセテート、変性デンプン等のバイオマス誘導体からなる群より選択される一種または二種以上の物質であるのが好ましい。中でも、前記バイオマス物質は、木材、古紙等のリグノセルロース、デンプン、糖等の糖類、もみがら、小麦ふすま、オカラ、米ぬかからなる群より選ばれる一種または二種以上の物質であるのが特に好ましい。これにより、未利用バイオマスの中で量的に最も多いこれらの物質を各種の有用な樹脂原料、燃料又は化学物質へ有効利用することを容易かつ安価に実現することができる。
【００６０】
また、この発明に係るバイオマス物質の液化物の製造方法は、上記いずれかの構成に係る製造装置を用いてバイオマス物質の液化物を製造する方法であって、前記製造装置内にその材料供給部を介してバイオマス物質を投入すると共に前記反応用薬剤注入部を介して反応用薬剤を投入し、前記撹拌部材を順方向と逆方向に交互に自軸回転させることによって前記ケーシング内でバイオマス物質と反応用薬剤を撹拌混合してバイオマス物質を液化して液化生成物を得、該液化生成物を前記排出部より排出することを特徴とする。
【００６１】
また、この発明の別のバイオマス物質の液化物の製造方法は、上記いずれかの構成に係る製造装置を用いてバイオマス物質の液化物を製造する方法であって、前記バイオマス物質を前記製造装置内にその材料供給部を介して連続的に供給する材料供給工程と、前記供給されたバイオマス物質を加熱しながら下流側に向けて搬送する予熱搬送工程と、前記バイオマス物質を液化させる反応用薬剤を前記製造装置の反応用薬剤注入部を介して注入する反応用薬剤注入工程と、前記バイオマス物質と反応用薬剤を混合せしめる混合工程と、前記混合物を所定の液化反応温度まで加熱する加熱工程と、前記所定の液化反応温度に保温して液化反応を行わしめる液化反応工程と、前記バイオマス物質の液化反応を停止させる反応停止剤を前記反応停止剤注入部を介して注入して液化反応を停止させる液化停止工程と、未反応薬剤や水分等の揮発成分を前記揮発成分除去部を介して除去する揮発成分除去工程と、液化生成物を冷却すると共に前記排出部を介して液化生成物を排出する排出工程とを包含することを特徴とする。
【００６２】
上記いずれの製造方法においても、バイオマス等の反応物は、撹拌部材の順方向および逆方向の自軸回転に伴って、ケーシング内において往復運動を繰り返しながら推進せしめられ、材料供給部側から排出部側まで移動する。このため、反応装置内における反応物の実際の移動距離は各ケーシングの長さの総和より長くなり、それに伴って製造装置内における反応物の滞留時間も長くなる。そして、このバイオマス物質の滞留時間は、撹拌部材の回転速度のみならず、撹拌部材の順方向および逆方向の自軸回転の組合せに依存することから、バイオマス物質の滞留時間と撹拌部材の回転速度との完全依存性は切り離される。このため、バイオマス物質の滞留時間は、撹拌部材の順方向および逆方向の自軸回転の組合せによって任意に設定することができると共に、バイオマス反応物の撹拌効果は、撹拌部材の回転速度により任意に設定することができ、製造装置（反応装置）内におけるバイオマス物質の理想的な滞留時間と理想的な撹拌効果とを両立することが可能となる。また、バイオマス物質は、撹拌部材の順方向および逆方向の自軸回転の交互運動により押されたり引かれたりし、一定の個所に留まったりあるいは一定の形状に整えられたりすることがないので、反応物が撹拌羽根と共回りすることを防止することができ、また交互運動の衝撃でバイオマス反応物が乱流を形成するので、反応物をより確実に撹拌することができる。
【００６３】
上記製造方法において、前記反応用薬剤注入工程及び前記混合工程の温度は５０〜１７０℃の範囲に設定する一方、前記加熱工程、液化反応工程及び揮発成分除去工程の温度は１２０〜２５０℃の範囲に設定するのが好ましい。上記温度設定にすれば、装置への腐蝕及び不均一反応を低減できると共に高い液化能率を得ることができる。
【００６４】
前記反応用薬剤としては、フェノール類、アルコール類、多価アルコール類、および環状エステル類等の水酸基又は潜在的に水酸基を有する化合物、またはオキシエーテル類、環状エーテル類、炭酸アルキレン類、およびケトン類から選択される一種または二種以上の物質、或いはこれらの混合物を用いるのが好ましい。
【００６５】
前記反応用薬剤としては、無機酸、有機酸類、高級脂肪酸類、多塩基酸、多塩基酸無水物、環状エステル類、ラクチド、オキシド類、アルデヒド類からなる群より選択される一種または二種以上の化合物、或いはこれらの混合物を用いるのが好ましい。これにより、バイオマスのエステル化、エーテル化、グラフト等各種のバイオマス物質の誘導体を得ることができる。
【００６６】
また、上記反応用薬剤としてさらに反応触媒が注入されるのが好ましく、これによりバイオマス物質の液化効率を高めることができる。
【００６７】
また、前記反応用薬剤注入工程及び前記反応停止剤注入工程の間に、第二の反応用薬剤、反応用副薬剤、液化原料等の第２薬剤を投入するための投入工程を設けるのが好ましい。これにより、前記第二の反応用薬剤等を途中添加することにより多種多様な反応を効率良く同時に又は順次に行わせることができる。
【００６８】
また、前記第２薬剤として、以下のａ）、ｂ）、ｃ）、ｄ）、ｅ）の何れかあるいはそれらの混合物を用いるのが好ましい。
【００６９】
ａ）フェノール類、アルコール類および環状エステル類など水酸基又は潜在的に水酸基を有する化合物から選択される一種または二種以上の物質
ｂ）各種の無機酸、有機酸類、多塩基酸又はその無水物類、環状エステル類、ラクチド、オキシド類、アルデヒド類などから選択される一種または二種以上の物質と反応触媒あるいはそれらの混合物、さらには必要に応じて溶媒類
ｃ）各種のビニルモノマー、環状エステル類、ラクチド、オキシド類、多塩基酸又はその無水物類、グリコール類から選択される一種または二種以上の物質と重合開始剤、反応触媒あるいはそれらの混合物、溶媒など
ｄ）各種の反応触媒
ｅ）同種又は異種のバイオマス物質。
【００７０】
また、前記第２薬剤は、予め所定の温度に加熱されているもの、又は投入工程中に所定の温度まで加熱されたものである場合には、これら第２薬剤を投入しても反応系内の温度の低下を防ぐことができ、高い反応速度及び高精度の温度制御を維持することができる。
【００７１】
また、前記液化反応工程で得られたバイオマス物質の液化生成物中に含まれる未液化部分等の固形物を除去する固形物除去工程を設けるのが好ましい。これにより、バイオマス物質中に混入した異物、サイズ的に大きすぎて液化しきれずに残った未液化バイオマス残渣、さらには中和塩等の固形物を容易に除去することができて、高品質なバイオマス液化物を製造できる。
【００７２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施形態を図１〜５を参照して説明する。図１はこの第１実施形態のバイオマス物質液化物の製造工程の概略フローチャートである。この第１実施形態の製造装置の全体概略構成を図２に示す。この製造装置は、主に３つの撹拌処理装置から構成され、各撹拌処理装置の概略構成をそれぞれ図３〜５に示す。この第１実施形態のバイオマス物質液化物の製造装置は、バイオマス物質、例えば木粉等のリグノセルロース物質の供給、これらバイオマス物質の乾燥、反応用薬剤との混合、液化反応温度までの加熱を行う第１撹拌処理装置（２）と（図３参照）、この第１撹拌処理装置（２）に対してタンデム型に接続され、所定の温度に加熱されたバイオマス反応物を液化反応温度に保温しながら液化する第２撹拌処理装置（３）と（図４参照）、この第２撹拌処理装置（３）に対してタンデム型に接続され、未反応薬剤を除去したのち冷却したバイオマス物質の液化物を排出口である吐出ノズル（４）から吐出する第３撹拌処理装置（５）（図５参照）とからなる。ここで、材料供給フィーダ（１）としては、通常のプラスチック成形に用いられる容量式のスクリュフィーダ等が使用される。ただし、木粉、デンプン等の細粉状バイオマス原料では、フィーダ（１）のホッパ部でブリッジ現象が発生する可能性があるため、ブリッジ防止のアジテータ等を付加するのが良い。さらに、最終用途によって、液化物の高精度で安定した物性が要求される場合は、重量式の原料供給フィーダを使用するのが好ましい。
【００７３】
また、第１撹拌処理装置（２）には溶媒および酸触媒の注入を行う液体注入装置（反応用薬剤注入部）（６）が連結されている。第２撹拌処理装置（３）には酸触媒を中和する物質の供給を行う反応停止装置（反応停止剤注入部）（７）が連結されている。第３撹拌処理装置（５）には未反応薬剤等を真空吸引する真空ベント装置（揮発成分除去部）（８）が連結されている。なお、第１装置（２）と第２装置（３）との間、及び第２装置（３）と第３装置（５）との間はそれぞれジャンクション部（９）（１０）を介して連結されている。
【００７４】
また、第１撹拌処理装置（２）はシリンダ内部に１本のスクリューが回転自在に挿入された単軸押出機、あるいはシリンダ内部に２本以上のスクリューが回転自在に挿入された多軸押出機で構成されている。便宜上単軸押出機とするが、基本的には多軸押出機にも類似している。
【００７５】
前記第１撹拌処理装置（２）には、ケーシングであるシリンダ（１１）の内部に撹拌部材であるスクリュー（１２）が回転自在に挿入配置されている。ここで、スクリュー（１２）はその中心駆動軸（撹拌軸）（１２Ａ）が中空の筒状固定軸（１３）を挿通する様態で減速機（１４）を介してモータ（駆動機構）（１５）に連結されている。モータ（１５）は制御盤（１６）により回転速度、回転方向及びそれぞれの回転持続時間を制御されている。そして、このモータ（１５）により減速機（１４）を介してスクリュー（１２）が順回転、逆回転、停止の所定の組合せからなるパターンで回転駆動されるようになされている。
【００７６】
このスクリュー（１２）の動作について具体的に説明すると、このスクリュー（１２）は、制御盤（１６）にある制御機構の動作に従って、例えば順方向の自軸回転→停止→逆方向の自軸回転→停止（順方向の自軸回転数＞逆方向の自軸回転数）という１サイクルの自軸回転パターンを連続して繰り返す。そして、その自軸回転パターンに従って、シリンダ（１１）内のバイオマス物質は、図６に示すように、順方向に距離Ｄだけ移動→停止→逆方向に距離ｄだけ移動→停止という１サイクルの往復運動を連続して繰り返しながら推進せしめられ、シリンダ（１１）の供給口（１７）付近から排出口（４２）付近まで平均移動速度Ｖで移動する。
【００７７】
ところで、スクリュー（１２）が同じ回転速度で順回転と逆回転とし、バイオマス物質など反応物の平均移動速度Ｖを数式化すると、
Ｖ＝ｋＰＮ（Ｔｆ−Ｔｒ）／（Ｔｆ＋Ｔｒ＋２Ｔｓ）・・・［５］
ｋ：スクリュの形状、被処理材（バイオマス物質など反応物）物性状、充満度などにより決定される係数（０＜ｋ≦１）
Ｐ：スクリュー１２のピッチ
Ｎ：スクリュー１２の回転速度
Ｔｆ：スクリュー１２の順方向の自軸回転時間
Ｔｒ：スクリュー１２の逆方向の自軸回転時間
Ｔｓ：スクリュー１２の順方向と逆方方向の切り替えのための停止時間
となり、したがって、反応物の処理装置内での滞留時間ｔｒは下式で表すことが出来る。
ｔｒ＝ｐ（Ｔｆ＋Ｔｒ＋２Ｔｓ）／（ｋＮ（Ｔｆ−Ｔｒ））・・・・・［６］
ｐ：スクリュー１２のピッチ数
式［６］から分かるように、スクリュー（１２）の回転速度Ｎがどのような値をとっても、スクリュー（１２）の順方向および逆方向の自軸回転時間（ＴｆおよびＴｒ）を変えることで、反応物のシリンダ（１１）内での処理時間は自由自在に設定することができる。
【００７８】
このため、反応物の滞留時間は、スクリュー（１２）の順方向および逆方向の自軸回転の組合せによって任意に設定することができると共に、バイオマス物質等反応物の撹拌効果は、スクリュー（１２）の回転速度により任意に設定することができ、バイオマス等反応物のシリンダ（１１）内における理想的な滞留時間と撹拌効果を両立することが可能となる。
【００７９】
また、反応物は、スクリュー（１２）の順方向および逆方向の自軸回転の交互運動により押されたり引かれたりし、一定の個所に留まったりあるいは一定の形状に整えられたりすることがないので、バイオマス物質がスクリュー（１２）と共回りすることを防止することができる。また、スクリュー（１２）の交互運動の衝撃により、バイオマス物質等反応物が乱流を形成するので、反応物をより確実に撹拌することができる。
【００８０】
制御盤（１６）は、駆動機構（駆動モータ）（１５）の回転速度、回転方向および回転状態の持続時間を速度設定器、逆回転機構、タイマー、回転速度を変換する際の加減速度を制御する加減速度設定器等により駆動機構（駆動モータ）（１５）を自在に制御するものである。なお、この制御盤（１６）による駆動モータ（１５）の回転速度、方向の変更・制御は、駆動モータ（１５）の電流の位相、方向を制御する電気式でもよいし、あるいは駆動モータ（１５）の回転方向の変更をせず、設定したプログラムに応じて自動制御した歯車箱／クラッチのような機械装置を用いてスクリュー（１２）の回転状態を自動制御する機械方式であってもよい。また、直接駆動源はモータのような電動式でもよいし、エンジン等の原動機、油圧式等の他の駆動方式であってもよい。
【００８１】
また、シリンダ（１１）には減速機（１４）との連結端部側（図３中で右側）から順にバイオマス物質が供給される供給口（１７）と、バイオマス物質中に含有される水分を放出する第１ベント口（１８）と、反応用薬剤（液化剤）や酸触媒を注入する反応用薬剤注入口（１９）とがそれぞれ設けられている。なお、スクリューが逆回転の際、供給口（１７）から投入された原料は逆方向（減速機１４との連結端部）へ移動するため、それを受け入れるために供給口（１７）とエンドプレート（２５）の間に十分な空間を保有せしめるのが好ましい。
【００８２】
更に、この第１撹拌処理装置（２）には、バイオマス物質を搬送しながら予熱を行う予熱搬送部（２０）と、バイオマス物質中に含まれる水分を蒸発分離して第１ベント口（１８）から放出せしめる乾燥部（２１）と、バイオマス物質と反応用薬剤（液化剤）と酸触媒との分散混合を行う混合部（２２）と、均一に混合されたバイオマス反応物を高速に所定液化温度まで加熱する高速加熱部（２３）と、加熱された反応物を押出す押出部（２４）とがそれぞれ設けられている。
【００８３】
ここで、スクリュー（１２）は、予熱搬送部（２０）から混合部（２２）までは、片持ち状でエンドプレート（２５）の外側にある固定軸固定用冶具（２６）に固定されている中空の固定軸（１３）に亘って外嵌されかつその下流端が中空の固定軸（１３）と隣接する羽根（１２Ｂ）に固着されたコイル状スクリュー羽根（１２Ｃ）によって構成され、シリンダ（１１）の供給口（１７）、第１ベント口（１８）、及び反応用薬剤注入口（１９）と対応する位置に配置されている。
【００８４】
また、中空固定軸（１３）の両端部分には、軸受（２７）（２８）が配設され、この軸受（２７）（２８）のインナーレースはスクリュー（１２）の中心軸（１２Ａ）に接し、アウターレースは中空固定軸（１３）に固定されている。なお中空固定軸（１３）とスクリューのフルフライト部（１２Ｂ）の端面間及び固定軸（１３）とエンドプレート（２５）の間にはシール部材（２９）（３０）が介在している。中空固定軸（１３）は固定軸固定用冶具（２６）でキーなどにより固定されている。
【００８５】
そして、投入されたバイオマス物質及び反応用薬剤（液化薬剤）は、スクリュー（１２）の回転と連動されるコイル状スクリュー（１２Ｃ）の表面を介しての押出し力により推進せしめられ、その際に、シリンダ（１１）や、中空固定軸（１３）が固定されているので、これらとの間において、反応物がスクリュー（攪拌部材）（１２）へ付着したり共回りをしたりすることなく、スクリュー（１２）の順回転、逆回転の交互運動によってバイオマス物質など被処理物が任意な回転速度で攪拌されながら推進せしめることができるようになされている。
【００８６】
また、シリンダ（１１）には例えば電気式ヒータ、熱媒、さらにはシリンダ（１１）が電磁波透過性材料であればマイクロ波等の加熱装置（３２Ａ）（３２Ｂ）（３２Ｃ）が取付けられている。そして、シリンダ（１１）内のバイオマス物質は、乾燥部（２１）において、シリンダ（１１）に取付けられた加熱装置（３２Ａ）により加熱され、含水分を蒸発分離し、分離された水分が第１ベント口（１８）から水蒸気として放出されるようになされている。
【００８７】
また、シリンダ（１１）の反応用薬剤注入口（１９）には液体注入装置（反応用薬剤注入部）（６）の液体注入部（３３）が連結されている。ここで、液体注入装置（６）には、乾燥部（２１）で乾燥されたバイオマス物質の液化反応を起こさせるための反応用薬剤を貯留するタンク（３４）と、酸触媒を貯留するタンク（３５）とが設けられている。更に、タンク（３４）には反応用薬剤移送配管（３６）の一端部が連結されている。この移送配管（３６）の中途部には注入ポンプ（３７）が介設されている。なお、前記移送配管（３６）の他端部は液体注入部（３３）に取付けられた注入弁（３８）に連結されている。
【００８８】
また、前記酸触媒用のタンク（３５）には酸触媒移送配管（３９）の一端部が連結されている。この酸触媒移送配管（３９）の中途部には注入ポンプ（４０）が介設されている。更に、酸触媒移送配管（３９）の他端部は、液体注入部（３３）に取付けられた注入弁（４１）に連結されている。
【００８９】
そして、注入ポンプ（３７）の駆動にともないタンク（３４）内に収容されている反応用薬剤（液化剤）が液化剤移送配管（３６）を通して圧送され、注入弁（３８）を経由して液体注入部（３３）に圧入され、同様に注入ポンプ（４０）の駆動にともないタンク（３５）内に収容されている酸触媒が酸触媒移送配管（３９）を通して圧送され、注入弁（４１）を経由して液体注入部（３３）に圧入されるようになされている。
【００９０】
前記液体注入部（３３）から圧入された反応用薬剤（液化薬剤）及び酸触媒は、混合部（２２）において、乾燥されたバイオマス物質と混合・混練される。ここでも固定軸を有し、順回転、逆回転の交互運動をしているコイルスクリュー（１２Ｃ）は反応物の攪拌部材（スクリュー）への付着防止及び効果的な攪拌の実現に寄与している。なお、混合部（２２）においては液化薬剤とバイオマス物質との混合は十分ではないので、不均一な反応を防止すべく混合部（２２）の温度は液化反応に必要な温度より低温に設定することが好ましい。
【００９１】
なお、注入ポンプ（３７）（４０）としては、反応度合いの変動を極小化するため、そして押出特性の安定化を図るために定量性の良いポンプを使うのが好ましい。また、液体注入装置（６）としては酸触媒と液化剤とを液体混合装置などでブレンドし、混合液として一台の注入装置で供給してもよい。また、融点が常温以上の液化剤に対しては、注入装置（６）全体を加熱して供給する。更に、注入された液化剤をバイオマスの液化反応温度までの加熱に要する時間を短縮し一層の生産能率の向上を図るためには、液化剤または液化剤と触媒の混合物を予め加熱してから供給するようにするのが好ましい。また、付着性の強いバイオマス原料又は反応処方を使用する場合、反応試薬を反応温度付近に予め加熱してから注入することにより、付着を解消又は大きく低減できる。即ち、乾燥状態のバイオマス物質は本来付着性が小さく、付着性が液状反応試薬に濡れることにより著しく増大されるものである。また、反応試薬と混合したバイオマス物質が反応温度までに加熱され、反応の進行により流れ性が生じると再び付着性が減少するということである。即ち、付着性が大きいのはバイオマス物質と反応試薬と混合した時点から混合物がバイオマスの液化反応温度になるまでの加熱段階である。従って、この段階を短縮又は無くすことにより、反応物の付着を無くす又は大きく低減することが可能である。この段階を無くす方法としては、反応試薬を第１装置に注入する前に予め反応温度付近に加熱する方法が挙げられる。例えば、液化剤等を液化剤用タンク（３４）で加熱装置（図示しない）により加熱してから液化剤注入ポンプ（３７）により保温した液化剤移送配管（３６）を通じて注入するようにしてもよいし、液化剤移送中に加熱装置により連続加熱しながら注入してもよい。
【００９２】
なお、本実施形態では、バイオマス物質を供給口（１７）から投入し、反応用薬剤（液化剤）及び酸触媒を反応用薬剤注入口（１９）から投入しているが、反応用薬剤や触媒が揮発性のものでない場合はこれら反応用薬剤、触媒をバイオマス物質と共に原料供給口（１７）から同時に供給しても良いし、別の混合装置で反応用薬剤／酸触媒／バイオマス物質の全部または一部を予め混合してから一緒に原料供給口（１７）から供給してもよい。
【００９３】
また、スクリュー（１１）の高速加熱部（２３）は、混合部（２２）の下流に配置されている。高速加熱部（２３）は、均一に混合されたバイオマス反応物を迅速にバイオマスの予定液化反応温度に加熱するために、熱伝導面積が大きく撹拌効果の大きい浅溝型の切り欠きスクリュー（１２Ｂ）が設けられ、バイオマス反応物を加熱装置３２Ｃにより高速で所定液化反応温度に加熱できるようになされている。また、バイオマス反応物は、温度上昇に伴って軟化・液化し、体積も減少するので、スクリュー（１２Ｂ）のピッチ又は溝深さは段階的に又は徐々に小さくして反応物に圧縮を与えるのが好ましい。高速加熱部スクリュー（１２Ｂ）の圧縮比はバイオマス種及び形態に応じて１から３の間に設定することが好ましい。そして、バイオマス物質はこの高速加熱部（２３）においてスクリュー（１２Ｂ）の順回転、逆回転の交互運動により効果よく攪拌されながら推進せしめることができるようになっている。そしてバイオマス物質は繰り返し圧縮されることにより空気が追い出されるとともに効果的に加熱され、迅速に予定液化反応温度になるようになされている。
【００９４】
なお、本実施形態ではスクリュー（１２）の構成は、予熱搬送部（２０）から混合部（２２）までの間、固定軸を有するコイルスクリューとしているが、バイオマス物質の形態及び流れ性等に応じて全スクリューを固定軸を有するコイルスクリュー又はリボンスクリューにしてもよいし、全スクリューを通常のスクリューにしてもよい。また、スクリューの形状、圧縮比等は、特に限定されない。
【００９５】
更に、第１撹拌処理装置（２）は、２軸以上の多軸押出機を用いる場合、含水分の蒸発分離を促進し、バイオマス物質を微粉砕して後工程での分散混合、高速加熱を促進するために、上記乾燥部（２１）、混合部（２２）、及び高速加熱部（２３）にそれぞれ一部の混練用のニーディングディスクを組合わせて用いるものとしても良い。
【００９６】
更に、高速加熱部（２３）の下流にある排出口（４２）から排出されるバイオマス反応物の温度を測定する測温抵抗体が設けられ、ＰＩＤ制御温度コントローラ等により、反応物の温度が設定温度になるように加熱装置（３２Ｃ）の出力を調整するようになされている。
【００９７】
また、第１撹拌処理装置（２）と第２撹拌処理装置（３）との間のジャンクション部（９）は、第１装置（２）の端末部に取付けられたアダプタ部（４３）と、加熱したバイオマス物質が流れる保温管部（４４）と、加熱されたバイオマス反応物から放出される水分等の揮発性成分を放出する第１ベント口（４５）と、第２装置（３）に取付けられたフィードブロック部（４６）とから構成されている。
【００９８】
なお、本実施形態ではジャンクション部（９）は、第１装置（２）と第２装置（３）との間をベント口付きで接続しているが、流れ性不十分で自然落下は困難な反応物に対しては保温管部（４４）に、第１装置（２）で加熱された反応物を強制的に第２装置（３）の接続口へ押し込む装置（スクリュー等）を取付けても良いし、又はジャンクション部（９）を取外し、第１装置（２）の吐出口から第２装置（３）の接続口へ直接流し込むようにしても良い。更には第１装置（２）は、第２装置（３）のサイドフィーダのように横から直接第２装置に押し込む態様に構成しても良い。
【００９９】
次に、本実施形態の第２撹拌処理装置（３）はシリンダ内部に１本のスクリューが回転自在に挿入された単軸押出機で構成されている。この第２撹拌処理装置（３）にはシリンダ（ケーシング）（４７）の内部に１本のスクリュー（４８）が回転自在に挿入されている。前記スクリュー（４８）は減速機（４９）を介して駆動機構（駆動モータ）（５０）に連結されている。モータ（５０）は制御盤（５１）により回転速度、回転方向及びそれぞれの回転持続時間を制御されている。前記駆動モータ（５０）により減速機（４９）を介してスクリュー（４８）が順回転、逆回転、停止の所定の組合せからなるパターンで回転駆動されるようになされている。ここで、スクリュー（４８）の作用は、前記第１装置（２）における作用と同様であり、反応物の滞留時間及び撹拌作用は、スクリュー（４８）の回転速度及び回転の順方向および逆方向の自軸回転の組み合わせによって任意に設定できるので、バイオマス等反応物のシリンダ（４７）内における理想的な滞留時間と撹拌効果を両立することが可能となる。
【０１００】
また、シリンダ（４７）は減速機（４９）との連結端部側（図４中で右側）から順に加熱されたバイオマス反応物が供給される反応物供給口（５２）と、バイオマス物質の液化反応中に生成される水分又は他の揮発性物質を放出する第２ベント口（５３）（５４）と、酸触媒を中和する物質を供給する反応停止剤供給口（５５）とがそれぞれ設けられている。
【０１０１】
更に、バイオマス物質を所定の液化温度で保温しながら液化する液化反応部（５６）と、バイオマスの液化反応を停止させるための反応停止剤と混合する反応停止部（５７）と、反応停止した液化バイオマス物質を押出す押出部（５８）が設けられている。
【０１０２】
前記液化反応部（５６）は、シャフトが細い深溝型で空間率の高い板状フルフライト羽根（５６Ａ）によって構成されている。また、バイオマス物質が液化の進行に伴って液状化し、体積も減少するので、液化反応部スクリュー（５６Ａ）のピッチは押出し方向へ段階的に又は徐々に小さくなっている。液化反応部スクリュー（５６Ａ）の圧縮比はバイオマス種及び形態に応じて１から５の間に設定することが好ましい。また、液化反応部（５６）に、例えば電気式ヒータあるいは熱媒等の加熱装置（５９Ａ）が取付けられている。
【０１０３】
そして、シリンダ（４７）内のバイオマス物質は、この液化反応部においてスクリュー（５６Ａ）の順回転、逆回転の交互運動により効果よく攪拌されながら推進せしめることができるようになされている。これにより、バイオマス物質は繰り返し圧縮されながら徐々に液化し、スクリューピッチが狭くなるに伴って充満率も高くなるようになっている。
【０１０４】
バイオマス物質の液化反応で生じる水分等の低沸点物質は、第２ベント口（５３）（５４）から放出されるようになっている。
【０１０５】
また、シリンダ（４７）の反応停止剤供給口（５５）には反応停止装置（反応停止剤注入部）（７）の液体中和剤注入部（６０）が連結されている。この反応停止装置（７）にはバイオマス物質の反応を停止させる反応停止剤である液体中和剤、すなわち酸触媒の中和液のタンク（６１）が設けられている。このタンク（６１）には反応停止剤移送配管（６２）の一端部が連結されている。反応停止剤移送配管（６２）の中途部には注入ポンプ（６３）が介設されている。更に、反応停止剤移送配管（６２）の他端部は、液体中和剤注入部６０に取付けられた注入弁（６４）に連結されている。そして、注入ポンプ（６３）の駆動時には、タンク（６１）内の液体中和剤が、反応停止剤移送配管（６２）を介して圧送され、注入弁（６４）を経由してシリンダ（４７）の反応停止剤供給口（５５）に圧入される。この中和剤は、反応停止部（５７）において液化されたバイオマス物質と混合され、酸触媒を中和してバイオマス物質の液化反応を停止させる。
【０１０６】
なお、本実施形態では、反応停止剤として液体を使用しているが、固体の反応停止剤を使用することも可能である。この場合、二軸スクリュ式のサイドフィーダ等を用いて停止剤供給口（５５）に強制押し込みにより供給するのが良い。
【０１０７】
また、前記反応停止部（５７）は、停止剤供給口（５５）と排出口（６５）との間に配置されている。この反応停止部（５７）に配置されるスクリュー（５７Ａ）には混合機能を重視した切り欠きスクリュー等が使用される。
【０１０８】
また、この第２撹拌処理装置（３）には、バイオマス液化反応中又は液化反応後の中和反応中に生じる水分（水蒸気）が、反応物の移動を乱すことなくスムーズに装置のベント口から放出できるようにするために、シリンダ（４７）内の上部に攪拌軸方向にガス移動ができる空間を設けるか、または切り欠きスクリューを使用することが好ましい。
【０１０９】
なお、本実施形態では、第２装置（３）は通常の単軸押出機としているが、第１装置から送り出された反応物の流動性が不十分で第２装置のスクリューに付着したり共回りしたりする恐れがある場合、第１装置と同様の固定軸を有するスクリューを用いても良い。また、スクリューの形状、圧縮比等も広範囲に変化させることは可能である。更には、２軸以上の多軸押出機又は他の形式の連続処理装置を使用してもよい。更に、本実施形態では、第２装置は、１台の単軸押出機としているが、処理量等に応じて２台以上連接して使用しても良い、この場合、各装置に適宜ベント口を設けて反応中生成する水分等の揮発性物質を放出させるのが良い。
【０１１０】
また、第２装置（３）と第３装置（５）との間のジャンクション部（１０）は、第２装置（３）の端末部に取付けられたアダプタ部（６６）と、液化、反応停止されたバイオマス物質が流れる単管部（６７）と、反応停止されたバイオマス物質から放出される水分等の揮発性成分を放出するベント口（６８）と、第３装置（５）の連接口に取付けられたフィードブロック部（６９）とから構成されている。
【０１１１】
また、第２装置（３）の末端部に取付られたアダプタ（６６）に、バイオマス物質の未液化残渣、酸触媒の中和で生成される塩、又は混入された異物等の固形物を取り除くための固形物除去手段（異物除去装置）（７０）が取付けられている。異物除去装置（７０）は、スライドプレート方式スクリーンやプレート付きフィルター等の公知なものを使用できる。
【０１１２】
なお、本実施形態では、液化反応工程と反応停止工程は１つの装置（３）により行っているので、異物除去装置（７０）が反応停止工程より下流の位置に設けられているが、異物除去装置（７０）の設置場所は液化工程の下流以降であれば、ほかの位置に設けられても良い。
【０１１３】
次に、第３撹拌処理装置（５）の本体７１は、端部間が連結される１個の槽型のケーシング（７２）と１個の筒状のケーシング（７３）と、槽型のケーシング（７２）の閉塞を行うエンドプレート（７４）と、他方のケーシング（７３）と連接する排出口（４）等から構成される。装置（５）の本体内部に１本のスクリュー（撹拌部材）（７５）が回転自在に挿入され、さらに、スクリュー（７５）は減速機（７６）を介して駆動機構（駆動モータ）（７７）に連結されている。モータ（７７）は、制御盤（７８）により回転速度、回転方向及びそれぞれの回転持続時間を制御されている。前記モータ（７７）により減速機（７６）を介してスクリュー（７５）が順回転、逆回転、停止の所定の組合せからなるパターンで回転駆動されるようになされている。
【０１１４】
前記第３装置（５）には、スクリュー（７５）の冷却、あるいは温度調節を行うために冷媒、あるいは熱媒をスクリュー（７５）の内部に流し込むためのスクリュ冷却継手部（冷却手段）（７９）と、ケーシング（７２）（７３）を冷却、あるいは温度調節を行うためのジャケット部（冷却手段）（８０）（８１）と、未反応の過剰液化剤を除去する真空ベント口（８２）とがそれぞれ設けられている。前記ジャケット部（８０）（８１）については、冷却水の通水パイプを内部に持つパイプ鋳込みヒータを使い、冷却と温度調節の両方を行うことが可能である。
【０１１５】
（８３）は、反応停止後のバイオマス物質の反応生成物に含まれる未反応の薬剤や水分を除去する揮発成分除去部（脱揮部）、（８４）は、脱揮した液化生成物を冷却あるいは温度調節する冷却部、（８５）は、冷却した液化生成物を排出する排出部である。
【０１１６】
前記揮発成分除去部（脱揮部）（８３）には、反応物の脱揮を促進するために反応物の攪拌、表面の更新及び掻き揚げ効果の大きい切り込みスクリュー（８３ａ）及びプレート状羽根（８３ｂ）が交互に配置されている。冷却部（８４）では、冷却効果を最大限発揮させるため、せん断作用による発熱を防ぐため、せん断作用の少ないフルフライトスクリュー又はプレート状羽根が使用される。
【０１１７】
なお、脱揮及び冷却効果を向上するために装置内の必要な滞留時間を保ちながらスクリュー（７５）の回転速度を高速に設定することが望ましいので、本実施形態ではこれを高速回転のスクリュー（７５）を順方向、逆方向の交互回転させることにより実現できるようになっているが、通常この段階ではバイオマスの反応は既に停止しているので、反応物が順序よく搬送される必要がない場合、撹拌能力のみで搬送能力のないあるいは非常に小さいプレート状羽根等の採用により、撹拌部材を通常の単方向連続回転方式で高速回転させる方法を使用してもよい。
【０１１８】
また、本体（７１）の真空ベント口（８２）には真空ベント装置（８）のベントポート（８６）が取付けられている。このベントポート（８６）には真空配管（８７）の一端部が連結されている。真空配管（８７）の他端部は脱揮物を凝縮させるコンデンサー（８８）を経て真空ポンプ（８９）に連結されている。そして、この真空ポンプ（８９）の駆動にともないベントポート（８６）に真空状態が形成され、この真空により、液化されたバイオマス物質中の未反応の薬剤等が除去されるようになされている。
【０１１９】
なお、本実施形態で、脱揮部のケーシング（７２）を攪拌部材の上に空間を有する槽型の構造としているのは、真空により反応物の真空ベント口（８２）からの吸引流出を防ぐと共により広い区間から脱揮できるようにするためである。処理する液化物の特性及び脱揮の要求によりケーシング及び攪拌部材の構造を他の方式に適宜変更してもよい。
【０１２０】
また、第３装置（５）の投入口と連結する単管部（６７）に、第３装置（５）にある真空ベントポート（８６）に形成される真空により外部空気の脱揮部への吸入を防ぐために電磁弁（９０）が設けられ、この電磁弁（９０）の上部に液体センサー（９１）が設けられ、センサー（９１）はコントローラ（９２）を通じて電磁弁上部に常時反応物があるように電磁弁（９０）の開閉が調節されるようになされている。これにより空気の脱揮部内への混入が防止でき脱揮部の真空度の低下を防止できる。
【０１２１】
また、第３装置（５）の排出口（４）に、冷却又は温度調節後のバイオマス液化生成物を脱揮部の真空により負圧を克服して強制排出する強制排出手段（装置）（９３）が設けられている。この強制排出装置（９３）は特に限定されないが、脱揮真空度、排出量、必要揚程等を考慮し選択すればよい。排出安定性及び高粘度物への対応性から、ギアポンプ、ネジポンプ等の回転式の容積ポンプを用いるのが特に好ましい。
【０１２２】
なお、第３撹拌処理装置（５）で制御投入及び強制排出手段（９０）を用いたのは、バイオマスの液化生成物の粘度が低く、かつ第３装置は完全噛みあい２軸押出機等液シール性の高い装置ではなく、液シールのみでは満足出来る脱揮効果と排出効果が得られないからであるが、２軸押出機の使用等液シール及び負圧排出が出来る装置であれば、投入口部の電磁弁及び／又は排出部の強制排出手段を設けなくてもよい。
【０１２３】
また、本実施形態では、バイオマス物質の液化処理の全過程をその処理の特徴条件に沿って３つの装置に分けて行うようにしているが、処理量及び処理の内容によってはこれらの過程を１ないし２台の装置にまとめて行ってもよいし、４台以上の装置で直列又は一部並列で行ってもよい。例えば並列した２台以上の高速加熱装置から１台の保温液化装置へ、あるいは１台の保温液化装置から並列した２台以上の脱揮冷却装置へ、あるいは２台以上の保温液化装置を直列でつなげる等適宜組み合わせて構成しても良い。
【０１２４】
次に、本発明の第２実施形態を図７〜９を参照して説明する。図７はこの第２実施形態のバイオマス物質液化物の製造工程概略のフローチャート、図８は第２実施形態の製造装置の全体の概略構成、図９は第２実施形態で使用される液化反応装置の構成図を示すものである。図７に示すように、本実施形態は、バイオマス物質の液化反応途中又は反応完了後に第２のバイオマス物質又は／及び反応試薬を同時又は順次に追加し、より高度なバイオマス物質の液状化製品を製造する方法を提供するものである。従って本第２実施形態は図８に示すようにバイオマス物質の液化工程の途中又は後に第２のバイオマス物質の投入工程及び／又は反応試薬（第２薬剤）の注入工程が設けられた以外は、前記第１実施形態と同様であるので、図８及び図９中、第２のバイオマス物質の投入工程及び／又は反応試薬の注入工程が設けられた装置（９４）以外の装置、部位には図２〜図５に示す装置、部位と同じ符号を付す。即ち、本実施形態のバイオマス物質液化物の製造装置には、バイオマス物質、例えば木粉等のリグノセルロース物質を供給する材料供給フィーダ（材料供給部）（１）と、該材料の乾燥、液化薬剤との混合、混合物の反応温度までの加熱を行う第１撹拌処理装置（２）と、該第１装置（２）に対してタンデム型に接続され、第１装置（２）から送られた加熱された反応物を予定した液化反応温度に保温しながらバイオマス物質を所定の程度で液化させ、引き続き修飾変性反応または追加バイオマス投入・液化を行う第２撹拌処理装置（９４）と、この第２装置（９４）に対してタンデム型に接続され、バイオマス液化生成物に含まれる未反応試薬及び水分等を除去すると共に液化生成物を所定の温度に冷却して取出し口である吐出ノズル（排出口）（４）に吐出する第３撹拌処理装置（５）が設けられている。
【０１２５】
また、第１撹拌処理装置（２）には溶媒および酸触媒の注入を行う液体注入装置（反応用薬剤注入部）（６）が連結されている。
【０１２６】
前記第２撹拌処理装置（９４）には、バイオマス物質又は固形試薬の供給を行う粉体供給装置（９５）と、液体試薬の供給を行う薬剤供給装置（９６）と、酸等の反応触媒を中和する物質の供給を行う反応停止装置（反応停止剤注入部）（９７）がそれぞれ連結されている。
【０１２７】
前記第３撹拌処理装置（５）には未反応薬剤（液化剤）を真空吸引する真空ベント装置（８）が連結されている。なお、第１装置（２）と第２装置（９４）との間、及び第２装置（９４）と第３装置（５）との間はそれぞれジャンクション部（９）（１０）を介して連結されている。
【０１２８】
バイオマス物質の液化及び修飾変性反応を行う第２撹拌処理装置（９４）以外は、前記第１実施形態と同様の構成を採用しているので、これらの構成の説明は省略する。
【０１２９】
以下、図８及び図９を参考しつつ、第２実施形態の製造装置で使用される第２撹拌処理装置（９４）の構成等について説明する。
【０１３０】
第２撹拌処理装置（９４）は、シリンダ内部に１本のスクリューが回転自在に挿入された単軸押出機を用いて構成されている。この第２装置（９４）には温度調整手段を有するシリンダ（９８）の内部に１本のスクリュー（９９）が回転自在に挿入されている。スクリュー（９９）は減速機（１００）を介して駆動機構（駆動モータ）（１０１）に連結されている。駆動モータ（１０１）は制御盤（１０２）により回転速度、回転方向及びそれぞれの回転持続時間を制御されている。そして、このモータ（１０１）により減速機（１００）を介してスクリュー（９９）が順回転、逆回転、停止の所定の組合せからなるパターンで回転駆動されるようになされている。
【０１３１】
また、シリンダ（９９）には、減速機（１００）との連結端部側（図９中で右側）から順にバイオマス物質の反応混合物が供給される供給口（１０３）と、バイオマス物質の液化反応中に生成される水分及び他の揮発性物質を放出する第２ベント口（１０４）と、バイオマス物質等の固形原料が供給される原料供給口（１０５）と、液化試薬又は変性試薬等の液状の第２薬剤が供給される第２薬剤供給口（１０６）と、水分等低沸点物質を放出するベント口（１０７）と、酸等の反応触媒を中和して又は失活させてバイオマス物質の反応を停止させる物質を供給する反応停止剤供給口（１０８）とがそれぞれ設けられている。
【０１３２】
更に、バイオマス物質の反応物の温度を所定の温度に調整・保持しながら液化させる液化反応部（１０９）と、液化途中又は液化後のバイオマス物質と第２のバイオマス物質又は反応試薬（第２薬剤）とを混合する混合部（１１０）と、混合分散した反応物を反応に必要な所定温度に調節／保持しながら所定の反応を行う後反応部（１１１）と、バイオマス物質の液化又は変性反応を停止させるための反応停止剤と混合する反応停止部（１１２）と、反応停止した液化バイオマス物質を押出す押出口（１１３）が設けられている。
【０１３３】
更に、スクリュー（９９）の液化反応部（１０９）は、シャフトが細い深溝型で空間率の高い板状フルフライト羽根（１０９Ａ）によって構成される。バイオマス物質が反応の進行に伴って液状化し、体積も減少するので液化反応部スクリュー（１０９Ａ）のピッチは段階的に又は徐々に小さくし反応物に圧縮を与えるのが好ましい。液化反応部（１０９）の圧縮比はバイオマス種及び形態に応じて１から５の間に設定することが好ましい。そして、バイオマス物質はこの液化反応部においてスクリュー（１０９Ａ）の順回転、逆回転の交互運動により反応物は効果よく攪拌されながら推進せしめることができるようになされている。そしてバイオマス物質は繰り返し圧縮されながら徐々に液化し、スクリューピッチが狭くなるに伴って充満率も高くなるようになっている。しかしベント口付近のスクリューは反応物の溢れ出しを防止するためにピッチを大きくして充満率を下げるのが好ましい。そしてバイオマス物質の液化反応で生じる水分等の低沸点物質は前記第２ベント口（１０４）から放出されるようになされている。
【０１３４】
更に、液化反応部（１０９）の温度は２点以上に分けてそれぞれ独立制御された例えば電気式ヒータ或いは熱媒等の加熱装置（１１４）（１１５）が取付けられている。これにより、シリンダ（９８）内のバイオマス物質は、所定の液化反応温度で液化されるようになされている。
【０１３５】
また、シリンダ（９８）の反応物供給口（１０３）には粉体原料投入用ホッパー（１１６）が設けられ、該ホッパー（１１６）にバイオマス物質又は固形反応試薬が投入される。バイオマス物質等は定量フィーダなどの粉体供給装置（９５）を用いて供給される。
【０１３６】
前記第２薬剤供給口（１０６）には、薬剤供給装置（９６）の薬剤注入部（１１７）が連結されている。薬剤供給装置（９６）には、液化反応されるバイオマス物質に同種または異種の液化溶媒、または液化バイオマス物質の変性反応用の薬剤タンク（１１８）が設けられている。このタンク（１１８）には第２薬剤移送配管（１１９）の一端部が連結されている。この第２薬剤移送配管（１１９）の中途部には注入ポンプ（１２０）と、加熱装置（１２１）が介設されている。更に、第２薬剤移送配管（１１９）の他端部は、薬剤注入部（１１７）に取付けられた注入弁（１２２）に連結されている。そして、注入ポンプ（１２０）の駆動時にはタンク（１１８）内の第２薬剤が第２薬剤移送配管（１１９）を通して圧送され、圧送途中に加熱装置（１２１）で所定の温度に加熱された後、注入弁（１２２）を経由してシリンダ（９８）の第２薬剤供給口（１０６）に圧入されるものとなされている。ここで用いられる第２薬剤は、特に制限がなく、バイオマス物質の液化物の液化度を変えたり、粘度を調整したりする物質、またはバイオマス液化物の分子量を変えたり、相溶性を向上したりするための薬剤等が挙げられる。
【０１３７】
更に、触媒用タンク（１２３）が設けられ、このタンク（１２３）に反応用触媒移送配管（１２４）の一端部が連結されている。この移送配管（１２４）の中途部には注入ポンプ（１２５）が介設されている。更に、触媒移送配管（１２４）の他端部は、薬剤注入部１１７に取付けられた注入弁（１２６）に連結されている、または第２薬剤移送配管（１１９）の適切な場所に連接し第２薬剤と合流混合してから、注入弁（１２２）を経由してシリンダ（９８）の第２薬剤供給口（１０６）に圧入されるようになされている。この触媒の種類は特に限定されず、バイオマス物質の液化、グラフト重合、エステル化、エーテル化反応等を促進するもの等が挙げられる。
【０１３８】
なお、この実施形態では、第２薬剤供給口（１０６）から供給される触媒の量は反応用薬剤の添加量と比べると非常に少ない場合を例示しているが、触媒の添加量が多い場合においては薬剤と同様に触媒タンクまたは触媒移送経路に加熱装置を設けても良い。また、触媒の移送配管は第２薬剤供給口（１０６）と連接するのではなく、薬剤加熱装置（１２１）の入り口部の前に薬剤移送配管（１１９）に注入して液化剤と合流させ、液化剤と触媒の混合物を加熱装置（１２１）により加熱させてから第２薬剤供給口（１０６）に注入する方法を採用してもよい。更には、後反応薬剤供給装置（９６）としては触媒と液化剤とをブレンドし、混合液として１台の注入装置で供給してもよい。
【０１３９】
また、スクリュー（９９）の混合部（１１０）は、シリンダ（９８）の粉体原料供給口（１０５）と第２薬剤供給口（１０６）との間に配置されている。そして、この混合部（１１０）は、新しく投入された反応物を迅速に液化バイオマスと均一に分散混合させるために、切り欠きスクリューなど混合・分散機能を有するスクリュー（１１０Ａ）が設けられている。また、粉体原料及び液状薬剤の投入の空間を確保するために混合部の充満度を下げるようにスクリュー（１１０Ａ）のピッチはそれより上流部にある（１０９Ａ）より大きくなるように設計されている。
【０１４０】
また、混合部（１１０）よりも下流側にある後反応部（１１１）はフルフライトスクリューまたは切り欠きスクリューまたはそれらの併用のスクリュー（１１１Ａ）を配置している。
【０１４１】
この混合部（１１０）と後反応部（１１１）において、液化されたバイオマス物質と所定温度に加熱された後反応用薬剤はスクリュー（１１０Ａ）によって混合され、そして混合物は引き続き後反応部（１１１）において所要の反応が行われるようになされている。
【０１４２】
更に、後反応により生じた水分等の低沸点物質はベント口（１０７）から放出できるようになされている。
【０１４３】
また、前記反応停止剤供給口（１０８）には反応停止装置（９７）の液体中和剤注入部（１２７）が連結されている。反応停止装置（９７）にはバイオマス物質の液化反応、変性反応またはグラフト反応等の反応を停止させる反応停止剤、例えば反応触媒を中和するまたは失活させる薬剤のタンク（１２８）が設けられている。このタンク（１２８）には反応停止剤移送配管（１２９）の一端部が連結されている。この移送配管（１２９）の中途部には注入ポンプ（１３０）が介設されている。さらに、反応停止剤移送配管（１２９）の他端部は、液体停止剤注入部（１２７）に取付けられた注入弁（１３１）に連結されている。そして、注入ポンプ（１３０）の駆動時にはタンク（１２８）内の反応停止剤が反応停止剤移送配管（１２９）を通して圧送され、注入弁（１３１）を経由してシリンダ（９８）の反応停止剤供給口（１０８）に圧入されるようになっている。この停止剤は、反応停止部（１１２）においてバイオマス物質の反応物と混合され、反応触媒を中和してバイオマス物質の反応を停止する。
【０１４４】
なお、本実施形態では、反応停止剤として液体を使用しているが、固体の反応停止剤を使用することも可能である。その場合は、二軸スクリュ式のサイドフィーダ等を用いて停止剤供給口に強制押し込みにより供給するのが良い。
【０１４５】
また、スクリュー（９９）の反応停止部（１１２）は、シリンダ（９８）の反応停止剤供給口（１０８）と押出口（１１３）との間に配置されている。この反応停止部（１１２）を構成するスクリュー（１２２Ａ）には混合を行う切り欠きスクリュー等が使用される。
【０１４６】
更に、スクリュー（９９）の押出部スクリュー（１１３Ａ）は、バイオマス物質の液化物を排出口への搬送を行うフルフライトスクリュー等によって構成される。
【０１４７】
なお、本実施形態では、第２撹拌処理装置（液化反応装置）（９４）は、単軸押出機からなり、そのスクリュー（９９）の構成はフルフライトや切り欠きスクリューなど簡単の構造のものを使用しているが、バイオマス物質の反応混合物の流れ性等に応じてスクリューの一部または全部を図３のスクリューの上流部のような固定軸を有するコイルスクリュー又はリボンスクリューにしてもよい。また、スクリューの形状、圧縮比なども広範囲に変化させることは可能である。さらには、２軸以上の多軸押出機又は他の形式の連続処理装置を使用してもよい。
【０１４８】
また、本実施形態では、液化反応工程と後反応工程は１台の単軸押出機で対応しているが、処理量等に応じて２台以上連接して使用してもよい。その場合は、各装置に適宜ベント口を設けて反応中生成する水分等揮発性物質を放出せるのが良い。
【０１４９】
また、第２撹拌処理装置（９４）の末端出口部にアダプタ部（１３２）が取付られ、該アダプタ（１３２）に、バイオマス物質の未液化残渣、触媒の中和に生成される塩、又は混入された異物を取り除くための固形物除去装置（１３３）が取付けられている。固形物除去装置はスライドプレート方式スクリーンやプレート付きフィルターなど公知なものを使用できる。
【０１５０】
なお、本実施形態では反応工程と反応停止工程は１つの装置で行っているので固形物除去装置（１３３）が反応停止工程より下流の位置に設けられているが、固形物除去装置（１３３）の設置場所は液化工程の下流以降であれば、ほかの位置に設けられてもよい。
【０１５１】
前記第２撹拌処理装置（液化反応装置）（９４）から送り出した液化反応物がジャンクション（１０）を経由して第３撹拌処理装置（５）に送られ、脱揮・冷却されてから吐出ノズル（排出口）（４）から液化生成物が排出される。これらの部分の構成と機能は第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【０１５２】
次に、本発明の第３の実施の形態を図１０及び図１１を参考して説明する。図１０は本発明の第３の実施形態の反応装置全体の全体の概略構成を示したが、本実施の形態は、上記第１及び第２の実施の形態のバイオマスの乾燥、加熱、反応試薬の注入との混合、混合物の反応温度への加熱といった工程を一段と合理化し、さらに高速度及び大容量の処理装置を提供することを目的とする。これらの工程は本実施の形態に用いられる第１の装置（高速混合装置）で行われる。本実施の形態において保温反応工程以降の工程を行う第２の装置及び第３の装置の構成お及び作用は上記第１又は第２の実施の形態のと同じであるので、説明に同じ符号を使用する。
【０１５３】
即ち、本実施の形態のバイオマス物質液化物または誘導体の製造装置にはバイオマス物質、例えば木粉などのリグノセルロース物質を供給する材料供給フィーダ（材料供給部）１と、該材料の乾燥、加熱、反応薬剤との混合を行う第１の装置１５０と、この第１の装置１５０に対してタンデム型に接続され、第１の装置１５０から送られた加熱された反応物を予定した反応温度に保温しながらバイオマス物質を所定の程度に反応させ、場合によっては引き続き第２の修飾変性反応または追加バイオマス投入・液化を行う第２の装置３（９４）と、この第２の装置３（９４）に対してタンデム型に接続され、バイオマス反応生成物に含まれる過剰な未反応試薬及び水分などを除去すると共に反応生成物を所定の温度に冷却して取出し口である吐出ノズル４側に吐出する第３の装置５とが設けられている。
【０１５４】
また、第１の装置１５０には反応試薬および触媒の注入を行う液体注入装置１５１が連結されている。
【０１５５】
第２の装置３（９４）にはバイオマス物質又は固形試薬の供給を行う粉体供給装置９５と、液体試薬の供給を行う薬剤供給装置９６と、酸などの反応触媒を中和する物質の供給を行う反応停止装置９７がそれぞれ連結されている。
【０１５６】
また、第３の装置５には未反応の過剰反応試薬を真空吸引する真空ベント装置８が連結されている。なお、第１の装置１５０と第２の装置３（９４）との間、及び第２の装置３（９４）と第３の装置５との間はそれぞれジャンクション部９、１０を介して連結されている。
【０１５７】
ここで、バイオマスの乾燥、加熱、反応試薬の注入との混合、混合物の反応温度への加熱を行う第１の装置１５０以外は第１実施形態または第２実施形態と同様なものを使用することが出来るので説明を省略する。
【０１５８】
以下、図１１を参考して第３実施形態の製造装置で使用される第１の装置１５０の構成例を説明する。
【０１５９】
本実施形態の第１の装置１５０はシリンダ内部に２本のスクリュが回転自在に挿入された２軸混練押出機で構成されている。この装置１５０は加熱・冷却能力をもつシリンダ１５２の内部に２本のスクリュ１５３が回転自在に挿入されている。ここで、スクリュ１５３は減速機１５４を介してモータ１５５に連結されている。モータ１５５は制御盤１５６により制御されている。そして、このモータ１５５により減速機１５４を介してスクリュ１５３が回転駆動されるようになっている。
【０１６０】
また、シリンダ１５２は減速機１５４との連結端部側（図１１中で右側）から順にバイオマス物質が供給される原料供給口１５７と、バイオマス物質中に含有されるの水分が蒸発排出されるためのベント口１５８と、バイオマス物質の液化反応を起こさせるための液化反応用薬剤を供給される液体注入口１５９とがそれぞれ設けられている。
【０１６１】
さらに、スクリュ１５３には、バイオマス物質を搬送しながら予熱する搬送部１６０と、バイオマス物質中に含まれる水分を蒸発分離し、ベント口１５８から放出する加熱乾燥部１６１と、乾燥加熱されたバイオマス物質と液化用薬剤との混合混練を行う混合部１６２と、バイオマス物質と液化薬剤との混合物を押出す押出部１６３とがそれぞれ設けられている。
【０１６２】
ここで、スクリュ１５３の搬送部１６０はフルフライト形状のスクリュエレメント１６０ａによって構成され、シリンダ１５２の原料供給口１５７と対応する位置に配置されている。
【０１６３】
また、スクリュ１５３の加熱乾燥部１６１はシリンダ１５２の原料供給口１５７とベント口１５８との間に配置されている。そして、このスクリュ１５３の加熱乾燥部１６１はフルフライト形状のスクリュエレメント１６１ａと混練用のニーディングブレードを複数個連続して取付けたニーディングディスク１６１ｂとによって構成されている。なお、スクリュ１５３の乾燥部１６１は、基本的にはフルフライト形状のスクリュエレメント１６１ａによって構成されるが、含水分の蒸発分離を促進し、バイオマス物質を微粉砕して後工程での反応、混練を促進するために、本実施の形態のように混練用のニーディングディスク１６１ｂを組合わせて用いてもよい。
【０１６４】
そして、スクリュ１５３の搬送部１６０と加熱乾燥部１６１とによって材料供給フィーダ１から供給されたバイオマス物質を粉砕しながら搬送する粉砕搬送部１６４が構成されている。
【０１６５】
さらに、シリンダ１５２には原料供給口１５７とベント口１５８との間に例えば電気式ヒータあるいは熱媒等の加熱装置１６５が取付けられている。そして、シリンダ１５２内のバイオマス物質は、加熱乾燥部１６１において、シリンダ１５２に取付けられた加熱装置１６５により加熱され、含水分を蒸発分離し、分離された水分がベント口１５８から水蒸気として放出されるようになっている。その同時に木粉は反応温度の付近に加熱されている。
【０１６６】
また、シリンダ１５２の液体注入口１５９には薬剤加熱供給装置１５１の液体注入部（反応用薬剤注入部）１６６が連結されている。ここで、薬剤加熱供給装置１５１には加熱乾燥部１６１で乾燥・加熱されたバイオマス物質の液化又は誘導体化反応を起こさせるための反応用薬剤用のタンク１６７と、触媒用のタンク１６８とが設けられている。さらに、薬剤用のタンク１６７には薬剤移送配管１６９の一端部が連結されている。この薬剤移送配管１６９の中途部には薬剤用の注入ポンプ１７０と、この薬剤用注入ポンプ１７０の下流には移送中の薬剤を所定の温度に加熱するための薬剤加熱装置１７１とが介設されている。なお、薬剤移送配管１６９の他端部は薬剤用の注入弁１７１に連結されている。
【０１６７】
また、薬剤用タンク１６７にはタンク内の薬剤を攪拌するためにタンクに設置された攪拌装置１７３と、薬剤用タンク内の液化剤を所定の温度に加熱するための液化剤加熱装置１７４とが設けられている。
【０１６８】
また、触媒用のタンク１６８には触媒移送配管１７５の一端部が連結されている。この触媒移送配管１７５の中途部には触媒用の注入ポンプ１７６が介設されている。さらに、触媒移送配管１７５の他端部は液体注入部１６６に取付けられる触媒用の注入弁１７７に連結されている。
【０１６９】
そして、薬剤用タンク内の薬剤を攪拌装置１７３の攪拌下で薬剤加熱装置１７４により薬剤を一定の温度に加熱保持されながら、注入ポンプ１７０の駆動にともない予備加熱された薬剤が薬剤移送配管１６９を通して圧送されながら、薬剤加熱装置１７１によりさらに所定の温度まで加熱され、注入弁１７２を経由して液体注入部１６６に圧入されるとともに、同様に注入ポンプ１７６の駆動にともない触媒用のタンク１６８内に収容されている触媒が触媒移送配管１７５を通して圧送され、注入弁１７７を経由して液体注入部１６６に圧入されてバイオマス物質の液化又は誘導体化反応を起こさせるようになっている。
【０１７０】
なお、薬剤用タンク１６７内の薬剤の温度は薬剤の熱劣化が起こらない程度及び注入ポンプの耐熱性、耐腐食性等の因子を考慮して設定してよい。薬剤移送経路に設置された薬剤加熱装置１７１の温度設定は、薬剤及び触媒を混合部１６２に注入され、バイオマス物質と均一に混合した後の混合物の温度はバイオマスの液化又は誘導体化反応に所要の温度になるように設定すればよい。なお、薬剤加熱装置１７１又は１７４の能力は十分であればどちらか一つのみ設けることであってもよい。
【０１７１】
また、一層温度制御の精度を高めるために、第１の装置１５０の排出口に温度測定装置１７８を設け、検出される反応混合物の温度により出力コントローラ１７９から加熱装置１７１の出力を調節して薬剤の加熱温度を最適化することができる。
【０１７２】
注入ポンプ１７０、１７６としては、反応度合いの変動を極小化するため、そして押出特性の安定化を図るために定量性の良いポンプを使う方が良い。
【０１７３】
なお、本実施の形態では触媒の添加量は反応試薬（薬剤）の添加量と比べると非常に少ない場合を例示しているが、触媒の添加量は多い場合においては薬剤と同様に触媒タンク及び触媒移送経路に加熱装置を設けることも出来る。また、触媒の移送配管は液体注入部１６６と連接するではなく、薬剤加熱装置１７１の入り口部の前に薬剤移送配管１６９に注入して薬剤と合流させ、薬剤と触媒の混合物を加熱装置１７１により加熱させてから混合部１６２に注入する方法を用いてもよい。さらには、液体注入装置１５１としては触媒と反応試薬とをブレンドし、混合液として一台の注入装置で供給してもよい。
【０１７４】
また、スクリュ１５３の混合部１６２はシリンダ１５２の液体注入口１５９と混合物押出部１６３との間に配置されている。そして、この混合部１６２の上流側の部分には、ニーディングディスク部１６２ａが設けられている。ここで、ニーディングディスク部１６２ａの上流部分にはバイオマス物質の更なる微粉砕を行い、かつシリンダ１５２の液体注入口１５９から注入された反応試薬および触媒の原料供給口１５７への逆流を防止するために、スクリュ溝内部の原料充満率が高くなるようにニーディングブレードを複数個連続して取付けた第１のニーディングディスク１６２ａ１　が配設されている。
【０１７５】
さらに、このニーディングディスク部１６２ａの下流部分にはスクリュ溝内部の原料充満率が低くなるようにニーディングブレードを複数個連続して取付けた第２のニーディングディスク１６２ａ２が配設されている。この第２のニーディングディスク１６２ａ２の部分は、シリンダ１５２の液体注入口１５９と対応する位置に配置されている。そして、薬剤注入ポンプ１７０および触媒注入ポンプ１７６から、反応試薬移送配管１６９および触媒移送配管１７５、さらに反応試薬用注入弁１７２および触媒用注入弁１７７を経由して圧送されてきた所定の温度に加熱された反応試薬および触媒がこの第２のニーディングディスク１６２ａ２　の部分に注入されるようになっている。
【０１７６】
また、混合部１６２におけるニーディングディスク部１６２ａよりも下流側の部分にはフルフライトスクリュ１６２ｂとニーディングブレードを複数個連続して取付けたニーディングディスク１６２ｃとを配置している。そしてこの混合部１６２によってバイオマス物質と反応用薬剤とを高速で混合する高速混合部１８０が形成されている。
【０１７７】
なお、本実施の形態では混合部１６２において搬送能力は強いが混練能力が低いフルフライトスクリュ１６２ｂによってニーディングディスク１６２ａとニーディングディスク部１６２ｃを分割することは、高速混合部１８０の処理能力を高めると共に、バイオマス物質反応物がニーディングディスクの強いせん断作用等により温度上昇を起こし、制御精度を損なったり高温下での架橋反応を引き起こしたりすることを防ぐためである。
【０１７８】
そして、この高速混合部１８０において、加熱されたバイオマス物質と所定温度に加熱された反応用薬剤はニーディングディスク１６２ａ２、１６２ｂによって混合と温度均一化させ、そして液化又は誘導体化反応温度下で軟化・反応し始まるバイオマス物質はニーディングブレード１６２ｃの混練粉砕作用によりさらに微粉砕されると共に反応用薬剤と均一な混合物を形成されるようになっている。
【０１７９】
さらに、スクリュ１５２の押出部１６３は、バイオマス物質と反応薬剤との混合物を速やかに次の装置へ搬送するために、搬送のみを行うフルフライトスクリュ１６３ａによって構成される。
【０１８０】
また、第１の装置１５０と第２の装置３との間のジャンクション部９は押出部１６３の端末部に取付けられるアダプタ部１８１と、混合されたバイオマス反応物が流れる保温管部１８２と、バイオマス物質の反応による生成される水分など揮発性成分を放出するベント口１８３とから構成され、次の保温反応装置３の投入口へと流れ込むようになっている。
【０１８１】
なお、本実施例においては、高速でバイオマス及び反応試薬との混合物を所定反応温度に調整するために、バイオマス物質の十分な乾燥及び反応薬剤及びバイオマス物質の予備加熱は重要である。従ってバイオマス物質が多くの水分が含有する場合、バイオマス原料投入装置１に加熱乾燥機能を取り付けるか、または別工程でバイオマス物質を予め乾燥することが好ましい。バイオマス物質の乾燥方法及び装置は特に限定されるものではなく、従来公知な方法及び装置を使用すればよい。
【０１８２】
なお、本発明において、バイオマス物質は、何らかの技術により人間が有効に利用できるエネルギーや、有機原料に変換可能な生命体を基にした有機物質全てを指す。本発明において、対象となるバイオマス物質は特に限定されるものではないが、例えば、樹木、竹、ケナフなどのリグノセルロース物質、米、麦、大豆、トウモロコシ、砂糖などの食品・糖類物質、あるいは米ぬか、オカラ、ふすま、酒粕、ビール粕、コーヒー粕など食品、糖類物質の製造過程で不要となる物質等が挙げられる。
【０１８３】
前記リグノセルロース物質は、リグニン、セルロースおよびへミセルロースを三大主成分とするものである。代表的な物質として、例えば、木粉、木材繊維、木材チップ、単板クズなどの木材や竹を粉砕した物、藁、もみ殻、バガス、ケナフなどの植物繊維素、グランドパルプ、サーモメカニカルパルプ、古紙などの紙・パルプ類等が挙げられる。上記木材や竹の種類としては、特に限定されず、例えばマカンバ、シトカスプルース、スギ、アカマツ、ポプラ、ラワン、ヒノキ等が挙げられる。
【０１８４】
前記食品としては、米、小麦、トウモロコシ等の穀類やジャガイモ、サツマイモ等の芋類が挙げられる。糖類物質としては、澱粉等の多糖類物質、あるいは砂糖、ブドウ糖等が挙げられる。さらに、これら糖類物質や食品を製造する際に不要物として処理される漉し殻（コーヒーやビール等）、外皮等が挙げられる。その他にも、工業製品としてのセルロースアセテート、カルボキシメチルセルロース、各種変性デンプン、デンプンエステル、デンプンエーテルなどのバイオマス物質の誘導体、変性物等が挙げられる。
【０１８５】
また、使用するバイオマス物質の粒度も特に限定はされないが、生産性を考慮すると粒度の小さいものを用いるのが好ましい。
【０１８６】
前記バイオマス物質は、例えば、酸触媒の存在下に、フェノール類、アルコール類および環状エステル類など水酸基又は潜在的に水酸基を有する化合物、またはオキシエーテル類、環状エーテル類、炭酸アルキレン類、およびケトン類から選択される一種または二種以上の物質（液化剤）と反応することにより液化される。
【０１８７】
前記フェノール類としては、特に限定されるものではないが、例えばフェノール、アルキルフェノール、クレゾール、キシレノール、レゾシノール、アクリルレゾシノール、ビスフェノールＡ等が挙げられる。中でも、バイオマス物質との反応性が高いフェノール、レゾシノール、ビスフェノールＡが好適に用いられる。
【０１８８】
また、アルコール類としては、特に限定されるものではないが、例えばペンタノール、ヘキサノール、デカノールなどの脂肪族１価アルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、１，４−ブタンジオール、１，５−ぺンタンジオール、１，６−ヘキサンジオール、１，２−ヘキサンジオール、２，４−ヘキサンジオール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、ピナコール、シクロペンタン−１，２−ジオール、シクロヘキサン−１，４−ジオール、ポリエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、ポリオキシプロピレン−ポリオキシエチレングリコール等の二価アルコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリエタノールアミン、１，２，６−ヘキサントリオール、ペンタエリスリトール、メチルグルコシド、ソルビドール、マンニトール、スークロース等、あるいはこれらを出発物質とするポリカプロラクトンを一部に含むポリエーテルポリオール等の三官能以上の多価アルコール等が挙げられる。これらの中でも、安価で工業的に入手し易いグリセリンとポリエチレングリコールの混液等が好適に用いられる。
【０１８９】
前記環状エステル類としては、特に限定されるものではないが、開環反応して重合し得る物が好適であり、例えばプロピオラクトン、β−ブチロラクトン、α，α‘−ビスクロロメチルプロピオラクトン、α，α’−ジメチル−β−プロピオラクトン、δ−バレロラクトン、１，４−ジオキサン−２−オン、グリコリド、トリメチルカーボネート、ネオペンチルカーボネート、エチレンオキサレート、プロピオンオキサレート、ε−カプロラクトン、α−メチル−ε−カプロラクトン、β−メチル−ε−カプロラクトン、γ−メチル−ε−カプロラクトン、４−メチル−７−イソプロピル−ε−カプロラクトン、３，３，５−トリメチル−ε−カプロラクトン、シス−ジサリシリド、トリサリシリド、ラクチド等が挙げられる。これらの中でも、安価で工業的に入手しやすくバイオマス物質を液化させ易いε−カプロラクトンが好適に用いられる。
【０１９０】
他にも特に限定されるものではないが、炭酸エチレン、炭酸プロピレンなど炭酸アルキレン類、炭素数が４個以上を有する脂肪族有機酸類、乳酸などのヒドロキシ酸類などが挙げられる。前記液化剤の使用量は、特に限定されるものではないが、バイオマス物質の乾燥重量１００部に対して５〜１０００重量部の範囲で使用するのが好ましい。５重量部未満では、バイオマス物質に対して目的の液化、改質効果が得られがたいので好ましくないし、１０００重量部を超えると生成物としての用途には支障がないがバイオマスの利用という視点からは好ましくない。
【０１９１】
また、前記酸触媒としては、特に限定されず、例えば無機酸、有機酸、ルイス酸等が挙げられ、具体的には硫酸、燐酸、塩酸、トルエンスルホン酸、フェノールスルホン酸、塩化アルミニウム、塩化亜鉛、３フッ化ホウ素等が好適に用いられる。
【０１９２】
前記酸触媒の使用量は特に限定されるものではないが、液化剤に対して０．１ｗｔ％から２０ｗｔ％の範囲で使用されることが好ましい。また液化反応温度は、バイオマス種、液化溶媒・触媒種により異なるが、９０℃〜１９０℃の範囲が好ましい。反応温度が９０℃以下になると反応速度が低く必要反応時間が長いので能率的に不利である。１９０℃以上になると高温により副反応が起こり品質の劣化が起こるとともに反応制御が困難となる。
【０１９３】
さらに、バイオマス物質は、無機酸、有機酸類、高級脂肪酸類、多塩基酸又はその無水物、環状エステル類、ラクチド、オキシド類、アルデヒド類、ビニルモノマーなどから選択される一種または二種以上の物質及び必要に応じては反応触媒と反応することにより、誘導体化、グラフト重合、各種の修飾・変性等が行われる。
【０１９４】
誘導体化等の反応の温度は、バイオマス種及び反応試薬の種類により異なるが、５０℃から２５０℃の範囲が好ましい。本発明の反応装置は攪拌混練効果が優れているので、反応の高速化のために反応試薬の沸点などを考慮した上でより高温での反応が可能である。
【０１９５】
次に、上記構成の作用について説明する。まずは本発明の第１実施形態について説明する。第１実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置の使用時には容量式、あるいは重量式の材料供給フィーダ（材料供給部）（１）によってバイオマス物質、例えば木粉等のリグノセルロース物質が、第１装置（２）の原料供給口（１７）から第１装置（２）のシリンダ（１１）の内部に投入される（バイオマス物質の供給工程）。
【０１９６】
シリンダ（１１）の内部に配置されているスクリュー（１２）は、駆動モータ（１５）により順回転、逆回転、停止の所定の組合せからなるパターンで回転駆動する。
【０１９７】
投入されたバイオマス物質又はその反応物はスクリュー（１２）の繰り返し回転により推進せしめられ、シリンダ（１１）の供給口（１７）付近から排出口（４２）付近まで平均移動速度Ｖで移動する。なお、バイオマス物質は通常かさ比重が低く熱伝導性が悪いので、反応速度及び処理能率を高めるために高いスクリュ回転速度の設定が好ましい。
【０１９８】
ここで、前記式［６］によりバイオマス物質の反応物のシリンダ（１１）内の滞留時間とスクリュの回転速度との関係は、スクリュー（１２）の順回転、逆回転の回転時間を調整することにより完全に切り離れることが出来るので、これらの条件を組み合わせることにより如何なるバイオマス物質の反応においても対応できるようになっている。
【０１９９】
そして投入されたバイオマス物質は、スクリュー（１２）の上述した作用により、シリンダ（１１）の予熱搬送部（２０）内のスクリュー（１２Ｃ）により攪拌されながら前方に輸送され、加熱乾燥部（２１）に到達する（予熱搬送工程）。
【０２００】
加熱乾燥部（２１）において、バイオマス物質は、シリンダ（１１）に取付けられた電気式ヒータ、あるいは熱媒等の加熱装置（３２Ａ）により加熱される。これにより、バイオマス物質の含水分が蒸発分離し、分離された水分が第１ベント口（１８）から水蒸気として加熱装置の外部に放出される（乾燥工程）。
【０２０１】
加熱乾燥部（２１）を通過したバイオマス物質は、混合部（２２）に到達し、反応用薬剤注入口（１９）から注入される反応用薬剤（液化剤）および酸触媒と混合される。（反応用薬剤注入工程）。
【０２０２】
そして、注入された液化剤、酸触媒及びバイオマス物質は、混合部（２２）で迅速に分散混合される（混合工程）。なお、この混合部においては液化薬剤とバイオマス物質との混合はまだ十分ではないので、不均一な反応の防止のために混合部の温度は液化反応に必要な温度より低温に設定されている。
【０２０３】
また、前記供給口（１７）から混合部（２２）までのスクリュー（１２Ｃ）は中空固定軸（１３）を有するコイル状羽根であるので、バイオマス物質等はスクリューの表面を介しての押出し力により推進せしめられ、その際に、シリンダ（１１）や、中空固定軸（１３）が固定されているので、これらとの間において、バイオマス物質が攪拌部材（スクリュー）（１２）へ付着したり共回りをしたりすることがなく、搬送性の悪いバイオマス物質に対してもスムーズに攪拌・搬送することができる。また、スクリュー（１２）が順回転、逆回転の交互運動を繰り返して行うので、バイオマス物質等の被処理物が任意な回転速度で攪拌されることが可能となり、また、順・逆回転間の衝撃力も加味して通常の定常回転方向式スクリューより著しく大きな攪拌効果が得られるので、バイオマス物質等反応物の乾燥、混合、加熱は高速・高能率で行うことができる。
【０２０４】
そして、均一に分散、混合されたバイオマス及び液化薬剤の混合物は高速加熱部（２３）に送られる。高速加熱部（２３）は均一に混合されたバイオマス反応物を迅速にバイオマスの予定液化反応温度に加熱するために、熱伝導面積が大きく攪拌効果の大きい浅溝型の切り欠きスクリュー（１２Ｂ）が設けられ、バイオマス反応物をシリンダ（１１）に取り付けた加熱装置（３２Ｃ）により高速で所定液化反応温度まで加熱する（加熱工程）。また、バイオマス反応物は温度上昇に伴って軟化・液化し、体積も減少するので高速加熱部スクリュー（１２Ｂ）のピッチ又は溝深は段階的に又は徐々に小さくし反応物に圧縮を与えるようにしている。
【０２０５】
そして、バイオマス物質はこの高速加熱部（２３）においてスクリュー（１２Ｂ）の順回転、逆回転の交互運動により効果よく攪拌されながら推進せしめられるものとなされている。バイオマス物質は繰り返し圧縮されることにより空気が追い出されるとともに効果的に加熱され、迅速に予定液化反応温度になるようになっている。
【０２０６】
更に、高速加熱部（２３）の下流にある第１装置（２）の排出口（４２）から排出されるバイオマス反応物の温度を測定する測温抵抗体がアダプタ（４３）に設けられ、ＰＩＤ制御温度コントローラ等により、反応物の温度が設定温度になるように加熱装置（３２Ｃ）の出力が調整される。
【０２０７】
前記高速加熱部（２３）において液化反応温度に加熱されたバイオマス物質の反応物は、押出し部（２４）のスクリューにより第１装置（２）から押出し、ジャンクション部（９）の保温管部（４４）を経由して第２装置（３）に移送される。液化の進行に伴って放出される水分等の低沸点物質はベント口（４５）から放出される。
【０２０８】
しかして、投入されたバイオマス物質の反応混合物は第２装置（３）の液化反応部（５６）のスクリュー（５６Ａ）により攪拌・推進せしめながら液化される（液化反応工程）。ここで、スクリュー（４８）は、シャフトが細い深溝型で空間率の高い板状フルフライト羽根（５６Ａ）によって構成されているので、より大量の処理が出来る。また、この液化反応部スクリュー（５６Ａ）のピッチは押出し方向へ段階的に又は徐々に小さくなっているので、空気層を多く含んでいるバイオマス反応物に圧縮を与え、空気層の排除を行うことができる。
【０２０９】
シリンダ（４７）内のバイオマス物質の反応物の温度及び成分の均一性を保持すると共に、攪拌のせん断力及び圧縮力により粒子状のバイオマス物質を潰して一層液化反応の均一性と速度を高めるために、スクリュ回転速度を高速にするのが好ましい。スクリュー（４８）の回転パターンを順回転／逆回転を交互に行うことにより、スクリュー（４８）の回転速度を理論上任意に設定することができる。そしてバイオマス物質は繰り返し圧縮されながら徐々に液化し、スクリュピッチが狭くなるに伴って充満率も高くなるようになっている。
【０２１０】
バイオマス物質から追い出された空気や液化反応で生じた水分等の低沸点物質は第２ベント口（５３）（５４）から放出される。
【０２１１】
前記液化反応部（５６）において液化されたバイオマス物質は、反応停止部（５７）に送り込まれる。ここで、反応停止剤供給口（５５）から反応停止剤が注入され、液化反応物中の酸性触媒成分を中和して反応を停止させる（液化停止工程）。
【０２１２】
前記反応が停止されたバイオマスの液化生成物は、押出部（５８）の押出しスクリューにより、固形物除去装置（固形物除去手段）（７０）を通過して第２装置（３）から排出される。固形物除去装置では、バイオマス材料中の異物や、サイズが特に大きくて所定の液化反応時間内で液化しきれなかった残渣等が除去される。
【０２１３】
そして液化生成物はジャンクション部（１０）の単管部（６７）から電磁弁（９０）を経由して第３装置（５）に流れ込む。電磁弁（９０）の上部に液体センサー（９１）が取り付けられており、電磁弁（９０）が単管部（６７）に液化物が存在するときしか開放しないようになっているので、単管部（６７）から第３装置（５）への空気の侵入が防止される。
【０２１４】
前記第３装置（５）に流れ込んだ液化バイオマス物質中には、中和で生成された水分、液化反応で副生成物として生成された水分又は他の低沸点物質、さらには未反応の余剰液化剤が含まれている。これらの物質を製品中から除去する必要がある場合、これらの物質は、揮発成分除去部に設けられた脱揮部（８３）によって除去される（揮発成分除去工程）。
【０２１５】
この脱揮部（８３）においては、第３装置（５）の真空ベント口（８２）に取り付けられたベントポート（８６）により真空状態が形成される。この真空により、液化されたバイオマス物質中の揮発性成分等が除去される。この場合、脱揮部（８３）のケーシング（７２）の設定温度は、脱揮効果（揮発成分除去効果）を促進するために比較的高温に設定される。
【０２１６】
脱揮された液化生成物は、冷却部（８４）に送り込まれる。この冷却部（８４）ではジャケット部（８１）に冷却水、あるいは熱媒を流して円筒型ケーシング（７３）の冷却、あるいは温度調節が行われる。
【０２１７】
また、脱揮、冷却用の第３装置（５）により必要な温度まで冷却されたバイオマス物質の液化物は、第３装置（５）の先端に取り付けられたノズル（排出口）（４）から最終的な液化物として吐出される。なお、冷却部スクリュー（８４ａ）の排出力は、装置内に形成された真空に対抗して液化生成物を排出できない場合、ポンプ等の強制排出装置（９３）を取り付けるのが望ましい。
【０２１８】
次に、本発明の第２実施形態の作用について説明する（図７、図８）。本発明の第２実施形態の構成の作用については、材料供給工程、予熱搬送工程、混合工程、高速加熱工程といった工程を行う第１装置（２）が、前記第１実施形態と同様の構成からなるので、その説明は省略する。
【０２１９】
即ち、前記第１実施形態と同様に、バイオマス物質の反応物が高速加熱部（２３）で反応温度まで加熱されてから第１装置（２）から排出される。
【０２２０】
しかして、上記反応物は本実施形態の第２装置（９４）（図８参照）の反応物供給口（１０３）に流れ込み、液化反応部（１０９）においてスクリュー（９９）の順回転、逆回転の繰り返し運転により攪拌・推進せしめながら液化される（液化反応工程）。ここで、スクリュー（９９）は、シャフトが細い深溝型で空間率の高い板状フルフライト羽根（１０９Ａ）によって構成されているので、より大量の処理が出来る。また、液化反応部スクリュー（１０９Ａ）のピッチは、押出し方向へ段階的に又は徐々に小さくなっているので、空気層を多く含まれているバイオマス反応物に圧縮を与え、バイオマスの液化反応を促進しながら空気層を排除できる。そして、空気及び液化反応中に生成された水分及び他の揮発性物質が、第２ベント口（１０４）から放出される。
【０２２１】
そして、液化されたバイオマス物質に対して、第２のバイオマス物質等固形原料が原料供給口（１０５）から供給され、混合部（１１０）において混合部スクリュー（１１０Ａ）によって分散混合される。この第２のバイオマス物質は、引き続いて後反応部（１１１）において液化される。液化中に生成された水分等低沸点物質はベント口（１０７）から放出される（第２の液化反応工程）。
【０２２２】
また、第２のバイオマス物質を投入するかどうかに関わらず、第２薬剤供給口（１０６）から液化剤、反応触媒、修飾試薬等の第２薬剤を１種又は２種以上注入する。注入された第２薬剤は、混合部（１１０）において反応物と均一に混合され、引き続いて後反応部（１１１）において液化バイオマス物質と反応せしめられる（変性、修飾等の第２の反応工程）。
【０２２３】
また、上記第２のバイオマス物質の液化または第２薬剤との反応が完了した後、反応停止剤供給口（１０８）から反応停止剤が注入され、反応物中の触媒成分を中和して反応を停止させる（液化停止工程）。
【０２２４】
反応が停止されたバイオマスの液化生成物は、押出口（１１３）の押出しスクリュー（１１３Ａ）により、固形物除去装置（１３３）を通して第２装置（９４）から排出される。固形物除去装置（１３３）では、バイオマス材料中の異物、サイズが特に大きくて所定液化反応時間内で液化しきれなかった残渣等が除去される。
【０２２５】
また、第２装置（９４）のシリンダ（９８）内のバイオマス物質の反応物の分散、混合、反応、反応停止などの工程を高速化しかつ反応の均一性を保持するために、スクリュ回転速度は高速に設定するのが好ましい。スクリュー（９９）の回転パターンを順回転／逆回転を交互に行うことにより、スクリュー（９９）の回転速度は理論上任意に設定することが出来る。
【０２２６】
反応停止されたバイオマス物質の反応生成物は、第２装置（９４）からジャンクション（１０）を経由して揮発成分除去部（８）に送られ、脱揮冷却してから吐出ノズル（排出口）（４）から液化生成物が排出される。これらの部分の構成と作用は前記第１実施形態と同様であるので、その説明は省略する。
【０２２７】
次に、本発明の第３実施形態の構成の作用について説明する（図１０、図１１）。本発明の第３実施形態の構成の作用については、バイオマス物質と反応試薬を高速混合し、所定反応温度になった後、保温反応工程、第２の試薬原料投入工程、第２の反応工程、反応停止工程、未反の成分除去工程、真空脱揮工程、冷却排出工程といった工程を行う第２の装置３（９４）及び第３の装置５が上記第１または第２実施形態のと同様であるので説明を省略する。
【０２２８】
本第３実施形態のバイオマス物質液化物または誘導体の製造装置の使用時には容量式、あるいは重量式の材料供給フィーダ１によってバイオマス物質、例えば少量の水分（１０％前後まで）を含有する木粉等のリグノセルロース物質が、第１の装置１５０の原料供給口１５７から第１の装置１５０のシリンダ１５２の内部に投入される（バイオマス物質の供給工程）。
【０２２９】
投入されたバイオマス物質は、シリンダ１５２内のフルフライト形状のスクリュエレメント１６０ａによって構成されるスクリュ１５３の搬送部１６０により前方に輸送され、加熱乾燥部１６１に到達する。
【０２３０】
さらに、加熱乾燥部１６１において、バイオマス物質は、混練用のニーディングディスク１６１ｂおよびフルフライト形状のスクリュエレメント１６１ａによって順次前方に輸送される。このとき、バイオマス物質は、シリンダ１５２に取付けられた電気式ヒータ、あるいは熱媒等の加熱装置１６５により加熱される。これにより、バイオマス物質の含水分が蒸発分離し、分離された水分がベント口１５８から水蒸気としてシリンダ１５２の外部に放出される。
【０２３１】
さらに、加熱乾燥部１６１を通るバイオマス物質はニーディングディスク１６１ｂによって微粉砕されて含水分の蒸発分離が促進されるとともに、後工程に搬送される（粉砕搬送工程）。
【０２３２】
また、加熱乾燥部１６１を通過したバイオマス物質は、高温に加熱されるとともに、混練部１６２に到達する。このとき、混練部１６２に流入されたバイオマス物質はニーディングディスク部１６２ａにおける上流部分の第１のニーディングディスク１６２ａ１　を経て第２のニーディングディスク１６２ａ２　側に搬送される。ここで、第１のニーディングディスク１６２ａ１　はスクリュ溝内部の原料充満率が高く、第２のニーディングディスク１６２ａ２　はスクリュ溝内部の原料充満率が低くなるように設定されているので、バイオマス物質が第１のニーディングディスク１６２ａ１　を通る際に更に微粉砕される。
【０２３３】
さらに、第２の装置１５０の運転中、液体注入装置１５１からシリンダ１５２の液体注入口１５９に所定の温度に加熱された反応試薬および触媒が供給される（反応用薬剤注入工程）。このとき、反応試薬および触媒は第２のニーディングディスク１６２ａ２　の部分に注入される。
【０２３４】
そして、注入された反応試薬および触媒とバイオマス物質とは、第２のニーディングディスク１６２ａ２　の部分で混練される。このとき、液体注入された溶剤および触媒が原料供給口１５７側へ逆流することが、スクリュ溝内部の原料充満率が高くなる第１のニーディングディスク１６２ａ１　によって防止される。
【０２３５】
また、第２のニーディングディスク１６２ａ２　の部分で混練された反応試薬および触媒とバイオマス物質との混合物は続いてスクリュ溝内部の原料充填率が低くなるニーディングディスク部１６２ａの下流側に押出される。そして、混練された反応試薬および触媒とバイオマス物質との混合物は続いて、混練部１６２の下流側部分のニーディングディスク１６２ｂとフルフライトスクリュ１６２ｃによりさらに均一化される（混合工程）。
【０２３６】
このとき、注入された反応試薬は所定の温度に加熱されているので、それとバイオマス物質との混合により、混合物の温度は瞬時に所定の反応温度付近に到達することができ。
【０２３７】
また、混合物の温度を一層正確に制御するためには、混合物排出口に取り付けれれている温度センサー１７８から検知される排出物の温度信号を反応試薬加熱装置１７１へフィードバックしそれにより加熱装置の出力を制御することにより、排出物の温度を所定反応温度に正確に制御することができる。
【０２３８】
そして排出されたバイオマス反応物はジャンクション部９を経由して第２の装置へ流れ込み。以降の工程及び作用は第１及び第２の実施の形態と同じであので、説明を省略する。
【０２３９】
【実施例】
次に、この発明の具体的実施例について説明する。本発明の第１実施形態のバイオマス物質液化物の製造装置を用いてバイオマス物質の液化を行った。ここで、バイオマス物質としては、オガクズ、ＯＡ古紙、小麦ふすま、米ぬか、トウモロコシ種皮、トウモロコシデンプン、セルロースジアセテート（ＣＤＡ）を用いた。これらのバイオマス物質の含水率は下表１に示す。
【０２４０】
【表１】
2004075928.tif 000003
【０２４１】
バイオマスの液化溶媒（反応用薬剤）としては、多価アルコール系溶媒３種類及びフェノール系溶媒１種類を用いた（表２参照）。また、バイオマスの誘導体化試薬としてはエステル化試薬のε−カプロラクトンを用いた（表２参照）。溶媒にバイオマス種に応じて触媒として硫酸を溶媒重量の２〜５ｗｔ％を添加した。すなわち、液化剤は溶媒と酸触媒の混合液として、高速混合部に注入した。また、誘導体化試薬は、ε−カプロラクトンとオクタン酸第１錫触媒との混合物として混合部に注入した。反応停止剤としては、液化の場合は３３ｗｔ％水酸化ナトリウム水溶液を使用し、誘導体化の場合には特に反応停止を行わなかった。
【０２４２】
【表２】
2004075928.tif 000004
【０２４３】
図１２は、本実施の形態のバイオマス物質液化物または誘導体の製造装置の実験機全体の概略構成を示すものである。ここでは、バイオマス物質の反応物の混合、加熱のための第１の装置２０１としては、シリンダは内径１００ｍｍ、長さ３０００ｍｍ、スクリュ回転は順回転／逆回転／停止の自動制御機能を有する単軸押出し装置を、バイオマス物質の液化又は誘導体化、反応停止を行うための第２の装置２０２として、シリンダ内径１００ｍｍ、長さ２８００ｍｍ、スクリュ回転は順回転／逆回転／停止の自動制御機能を有する単軸押出し装置を、また液化又は誘導体化反応終了後の反応生成物を脱揮、冷却用の第３の装置２０３として、内径２００ｍｍ、長さ３０００ｍｍの槽型単軸処理装置をそれぞれ使用し、液化／誘導体化反応、反応停止用の第２の装置２０２を混合、加熱用の第１の装置２０１にタンデム型に接続した。また、脱揮、冷却用の第３の装置２０３を反応用の第２の装置２０２にタンデム型に接続した。ただし、各装置の排出口でサンプリングするために第１の装置２０１のジャンクション部２０４から第２の装置２０２の接続口２０５へ直接流し込む開放系とし、第２の装置２０２のジャンクション部２０６にはガス抜き及びサンプリング用のベント口２０７を設けた。なお、第１の装置２０１及び第２の装置２０２のスクリュの順回転／逆回転／停止の動作の切り替え及び各動作持続時間は制御盤にタイマーを組んだスクリュ駆動モーターの電流相位制御回路により自動制御した。なお、本実施の形態においてスクリュの順回転から逆回転、又はその逆の逆回転から順回転の切り替えのときの停止時間はすべて０．６秒にした。
【０２４４】
また、バイオマス材料用の材料供給フィーダ２０８には重量式２軸スクリュフィーダを使用し、反応試薬と触媒の混合液はモーノポンプ２０９、反応停止剤である中和液の注入には三連式のプランジャポンプ２１０、および第３の装置２０３から反応生成物の排出はギヤーポンプ２１１を使用した。なお、図１２中で、２１２は反応試薬の混合液の注入装置、２１３は反応停止剤の中和液の注入装置、２１４は第２の装置２０２から送り出された反応生成物を第３の装置２０３へ流れ込む流量を制御し空気の第３の装置２０３への吸入を防止するためのバルブである。
【０２４５】
さらに、乾燥、混練、高速加熱用の第１の装置２０１のシリンダには、基部からジャンクション部２０４に向かって原料供給口２１５、ベント口２１６、液体注入口２１７が設けられている。液化／誘導体化、反応停止用の第２の装置２０２のシリンダには、基部からジャンクション部２０６に向かって原料供給口２１８、ベント口２１９、２２０、停止剤供給口２２１が設けられている。さらに、脱揮、冷却用の第３の装置２０３のケーシングには、基部から排出口２２２に向かって原料供給口２２３、真空ベント口２２４が設けられている。真空ベント口２２４には真空ポンプ２２５と、コンデンサ２２６とを備えた脱揮装置２２７が連結されている。
【０２４６】
さらに、反応試薬と触媒の混合液の注入装置２１２の注入ポンプ２０９及び第１の装置２０１の液体注入口２１７の間に注入される混合液を連続加熱する電気式加熱装置２２８が設置されている。
【０２４７】
第１の装置２０１の構成は図３（ａ）に示された概略構成とほぼ同様である。シリンダの内部に回転自在に挿入された攪拌スクリュは、有効長３０００ｍｍ、外径９７ｍｍ、スクリュの上流部の２０００ｍｍまでは外径５４．５ｍｍの中空固定軸が内挿され、中空固定軸の外周に亘って線径２０ｍｍのコイルスクリュが設けられ、このコイルスクリュはそれより下流部にあるフルフライトスクリュ部と固着し、フルフライトスクリュは中空固定軸の中心部を挿通した中心駆動軸より駆動されているように構成されている。また、高速加熱部はシャフト径９０ｍｍの浅溝型の切り欠けスクリュが設けられている。また、シリンダは５ゾーンに分けて電気式ヒーターにより温度調節されている。
【０２４８】
なお、固定軸を有するコイル状スクリュの作用を比較するために、固定軸を有しない長さ３０００ｍｍ、外径９７ｍｍ、投入部、乾燥部、分散混合部シャフト５６ｍｍ、高速加熱部シャフト９０ｍｍのフルフライトスクリュをも使用された（図１３）。
【０２４９】
また、本実施例で反応薬剤は常温で液体である場合、薬剤タンクの加熱は行わず、常温で注入した。常温で固体であるフェノールを液化剤として用いる場合、薬剤タンクにヒーターを入れて反応薬剤を５０℃に加熱保温しながら注入した。それ以上の温度に反応薬剤を加熱してから注入する場合は、注入ポンプ２０９と液体注入口２１７の間に設けられているヒーターユニット２２８（１０ｋｗ）により加熱しながら注入することにした。
【０２５０】
また、第２の装置２０２の構成は図４に示された概略構成とほぼ同様である。シリンダの内部に回転自在に挿入された攪拌スクリュは、有効長２７５０ｍｍ、外径９８ｍｍ、シャフト径４５ｍｍの高空間率板状スクリュで構成されている。また、シリンダは熱媒ジャケットにより温度調節されている。
【０２５１】
また、脱揮、冷却用の第３の装置２０３の構成は図５に示された概略構成とほぼ同様である。槽式ケーシング部（脱揮部）は長さ２０００ｍｍ、槽底部半円形部直径２００ｍｍ、槽高さ４００ｍｍ、円筒部（冷却部）は長さ５００ｍｍ、内径２００ｍｍ、槽内に回転自在に挿入された攪拌スクリュは、有効長２４５０ｍｍ、外径２００ｍｍ、シャフト径１００ｍｍで構成されている。また、脱揮部及び冷却部のケーシングにそれぞれ熱媒ジャケットが設けられて熱媒油または水で温度調節する。
【０２５２】
実施例にはバイオマス物質の反応物の乾燥、混合及び加熱用の第１の装置２０１、加熱されたバイオマスの反応物を保温液化／誘導体化、反応停止を行う第２の装置２０２、および反応物の脱揮、冷却を行う第３の装置２０３のそれぞれの作用を評価するために、各装置の排出口から排出される処理物を独立に評価した。バイオマス物質の反応物の乾燥、混合及び加熱用の第１の装置２０１の評価は、バイオマス原料、投入・搬送・乾燥・反応試薬等との混合・加熱・排出各工程は順調であるか、排出口２０４から排出される反応物は均一に混合・処理されているか、その温度は後続の液化／誘導体化装置２０２での液化又は誘導体化反応に要求される反応温度に達成しているかなどである。その結果を、実施例１−１から実施例１−３６、比較例１−１から比較例１−１７に示す。混合・加熱されたバイオマスの反応物を保温液化／誘導体化、反応停止を行う第２の装置２０２の評価は、反応、反応停止各工程は順調であるか、排出反応生成物の外観は均一であるか、バイオマス物質の液化又は誘導体化は十分であるか、反応停止（中和）工程は十分かつ均一に行われているか（ｐＨ）などである。その結果を、実施例２−１から実施例２−２０、比較例２−１から比較例２−７に示す。反応物の脱揮、冷却を行う第３の装置２０３の評価は、水分、未反応試薬の除去は十分であるか、冷却は十分であるかである。その結果を、実施例３−１から実施例３−１６、比較例３−１から比較例３−５に示す。ここで、バイオマス物質の液化物における液化度は
液化度（％）＝（仕込みバイオマス重量（ｇ）−残渣重量（ｇ））／仕込みバイオマス重量（ｇ）×１００である。
なお、残渣量はバイオマス液化生成物を５０倍量のジオキサン／水（８／２）混合液中に十分攪拌溶解後、１μパスのガラスフィルタでろ過し残留物を乾燥秤量して未液化残渣とした。
【０２５３】
反応生成物中の水分または未反応試薬量は、反応生成物全体重量に対しての重量パーセントとした。測定方法としてはそれぞれカールフィッシャー水分計及び高速液相クロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）を用いた。
【０２５４】
まずは、第１の装置の作用に関する実施例を以下に説明する。
（実施例１−１（液化））第１装置の加熱乾燥部の温度を１８０℃に設定し、分散・混合部の温度を１６０℃に設定した。重量式フィーダ２０８より含水量１５％の木粉を３５．２９ｋｇ／ｈの速度で投入口２５から投入した。木粉乾燥ベースで溶媒／木粉比が１．５になるようにモーノポンプからＰＥＧ４００／グリセリン／硫酸＝７０／３０／３の混合液化剤を４５ｋｇ／ｈの速度で液体注入口２１７に注入した。高速加熱部の温度を２００℃に設定し、スクリュの回転速度は１２０ｒｐｍであったが、順回転４秒→停止０．６秒→逆回転２．５秒→停止０．６秒といったサイクルで繰り返し運転した。バイオマス反応物の反応装置内で順／逆回転で由来する間歇排出による滞留時間の偏差の最大値≦Ｎ　（Ｔｓ＋Ｔｒ）　（Ｔｆ−Ｔｒ）／（３０ｐ（Ｔｆ＋Ｔｒ＋２Ｔｓ）　＝３．９％である。
ここで、
Ｔｓ：スクリュの順方向と逆方向（又はその逆）の自軸回転の切り替え時の停止時間
Ｔｆ：スクリュの順方向の自軸回転時間
Ｔｒ：スクリュの逆方向の自軸回転時間
ｐ：スクリュの撹拌羽根のピッチ数
Ｎ：スクリュの自軸回転速度
したがって、上記順／逆回転設定は十分な処理均一性が得られることである。この実験では、木粉に含まれている水分は水蒸気として順調にベント口２１６から放出された。木粉の装置内での滞留時間は約３．５分であったが、排出口から流動性のよい均一なペースト状物が排出された。排出物の温度は１６６℃であり、木粉液化反応温度に適した。排出物は順調にジャンクション２０４から第２の装置２０２の投入口２１８に流れ込んだ。
【０２５５】
（実施例１−２（液化））：高速加熱部温度を２２０℃に設定した以外はすべて実施例１−１と同様の条件であった。第１の装置２０１の出口における反応物の温度１７８℃であり、木材の液化に適した温度であった。排出物の安定性、流れ性も良好であった。排出物は容易に第２の装置２０２の原料投入口２１８に流れ込んだ。
【０２５６】
（実施例１−３（液化））：高速加熱部温度を１８０℃に設定した以外はすべて実施例１−１と同様の条件であった。第１の装置２０１の出口における反応物の温度１５５℃であり、排出物は泥状で流れ性が十分ではないが、均一であった。
以上実施例１−１から実施例１−３の結果は、高速加熱段の温度を変えることで容易に反応物の排出温度を制御できることを示した。
【０２５７】
（実施例１−４、実施例１−５（液化））：スクリュの回転速度をそれぞれ１４０ｒｐｍ、１６０ｒｐｍにした以外はすべて実施例１−１と同様の条件であった。ただ、反応物が装置２０１内での滞留時間を実施例１−１と同様に３．５分とするために、逆回転時間はそれぞれ１４０ｒｐｍの場合には２．７秒、１６０ｒｐｍの場合には２．８秒にした。各工程がすべて順調に進み、装置２０１の出口における反応物の温度がそれぞれ１７０℃、１７４℃であり、予定の液化反応温度であった。排出物の安定性、流れ性も良好であった。
この２つの実験は、実施例１−１と比べると滞留時間は同じであるが排出される反応物の温度は実施例１−１よりそれぞれ４℃、８℃高かった。表３に示したように、木粉投入してから排出されるまでの滞留期間中にスクリュにより回転攪拌される回数（周数）は、１２０ｒｐｍの場合の３５５回に対して、１４０ｒｐｍの場合は４１６回、１６０ｒｐｍの場合は４７６回であった。したがって、同様な滞留時間であっても、スクリュ回転速度が高ければ高いほど、攪拌が良くなる。
【０２５８】
（実施例１−６、実施例１−７（液化））：スクリュの順回転／逆回転の回転時間をそれぞれ６秒／３．９秒と８秒／５．２秒に変えた以外はすべて実施例１−１と同様の条件であった。バイオマスの滞留時間は同じ３．５分であり、スクリュ回転数も同じ１２０ｒｐｍであった。各工程が順調で排出口における反応物の温度はそれぞれ１６８℃、１６９℃であり、液化反応に適した温度であった。排出物は流れ性が良好であり、容易に第２の装置２０２の原料投入口２１８に流れ込んだ。
表３に示したように、この２つの実験は順回転／逆回転両方の時間を長くしたことにより実質的攪拌回数が増加した。これによりバイオマス反応物への熱の伝わりが良くなりより高い温度を達成できた。
【０２５９】
（実施例１−８、実施例１−９（液化））：スクリュ逆回転の回転時間を延長して反応物の滞留時間を延長した以外はすべて実施例１−１と同様の条件であった。すなわち、スクリュの逆回転時間を実施例１−１の２．５秒からそれぞれ２．８、３．０秒に延長することにより、スクリュの回転速度が１２０ｒｐｍを保ちながら滞留時間はそれぞれ４．５分、５．６分と延長した。その結果、排出口におけるバイオマス反応物の温度は１５５℃から１７６℃、１８１℃とそれぞれ高めることができた。排出物は流れ性が良好であり、容易に第２の装置２０２の原料投入口２１８に流れ込んだ。
以上の実施例から、高速加熱部温度、スクリュ回転数、順回転／逆回転時間といったパラメーターを変えることにより、バイオマス反応物の攪拌状況、処理時間を自由自在に設定し、容易にバイオマス反応物を予定所要な状態まで加熱することができることを示した。
【０２６０】
（実施例１−１０、実施例１−１１（液化））：実施例１−２より溶媒投入量を変更して溶媒／木粉比をそれぞれ１．２、２にした以外は、実施例１−２と全く同様な条件であった。２つの実験とも液比１．５の場合と同様に順調であり、排出口２０４における排出物の温度はそれぞれ１７４℃と１７８℃であり、液化反応に適した温度であった。溶媒／木粉比が１．２の場合、出口２０４から排出される反応物は少し流れ性が低かったが、スムーズに第２の装置に流れ込むことができた。
【０２６１】
（実施例１−１２（液化））：バイオマス物質は木粉の代わりにデンプンを使用した。溶媒／デンプン比が１．２とした。他の条件は実施例１−１と同様であった。投入、搬送、乾燥、混合、加熱各工程とも順調であり、ジャンクション２０４から流れ性良好な混合物が排出された。排出口における混合物の温度は１６７℃であり、デンプンの液化反応に適する温度であった。
【０２６２】
（実施例１−１３（液化））：バイオマス物質としてＯＡ古紙を使用した。溶媒組成はＰＥＧ４００／グリセリン／硫酸＝７０／３０／５、古紙投入量は２５ｋｇ／ｈ、溶媒投入量は５０ｋｇ／ｈであった。装置構成及各部温度、スクリュ回転状態の設定は実施例１−１１と同様であった。
古紙の投入、搬送、乾燥、溶媒との混合、加熱とも順調であり、排出口２０４から良好な流れ性を有する混合物が得られた。排出口における反応物の温度は１７７℃であり、古紙の液化反応温度に適していた。
【０２６３】
（実施例１−１４、実施例１−１５、実施例１−１６（液化））：バイオマス物質はＯＡ古紙の代わりにトウモロコシ種皮、小麦ふすま、米ぬかをそれぞれ使用した以外は、実施例１−１３と同様であった。３種類のバイオマス物質とも投入、乾燥、混合、加熱各工程とも順調であり、排出物の流れ性は多少悪かったが、第２の装置２０２の原料投入口２１８に流れ込むことができた。排出物の温度はそれぞれ１７３℃、１７５℃、１７５℃でありこれらのバイオマス物質の液化反応に適した温度であった。
以上の結果から、本発明は多種なバイオマス廃棄物に容易に対応できることが分かる。
【０２６４】
（実施例１−１７（液化））：液化剤の温度をヒーター２２８により１５０℃に加熱しながら注入した。木粉投入量が４７．１ｋｇ／ｈ、液化剤投入量が４８ｋｇ／ｈであった。高速加熱部温度を１９０℃にした。スクリュの逆回転時間を２．３秒にした。他の条件は実施例１−１０と同様であった。本実施例で液化剤を予備加熱してから注入されるので、装置２０１内での加熱工程を大幅に短縮したため、高速加熱部の温度を１９０℃と低めに設定するとともに装置内での滞留時間も前実施例の３．５分から３．０分に短縮した。各処理が順調であり、液化剤／木粉比が１．２と低いにも関わらず、均一かつ流動性のよい混合物を得た。排出物の温度は１７３℃で液化反応に適した。
【０２６５】
（実施例１−１８（液化））：液化剤／木粉比を１．５とし、総投入量を１０７ｋｇ／ｈにした以外は、実施例１−１７と同じ条件であった。液化剤が１５０℃に加熱してから注入したので、総投入量が１０７ｋｇ／ｈと高いにもかかわらず、各工程は順調で排出物の温度は１７４℃で流れ性の良いペースト状であった。
【０２６６】
（実施例１−１９（液化））：実施例１−１８より総投入量をさらに１２７．１ｋｇ／ｈに増大した（液化剤／木粉比２）。高速加熱部の温度を２００℃にした。他の条件は実施例１−１７と同様であった。各工程は順調で排出物の温度は１７２℃で流れ性の良いうすいペースト状であった。
実施例１−１７から１−１９の結果より、反応試薬の予備加熱により第１の処理装置の能率及び安定性を大幅に向上できることを示した。
【０２６７】
（実施例１−２０（液化））：液化溶媒はＰＥＧ４００／グリセリンの混合系の代わりにＰＥＧ６００の単一溶媒を使用した。溶媒に対して硫酸触媒量が３％であった。溶媒／木粉比は２で総投入量は７９．４ｋｇ／ｈであった。他の条件は実施例１−１と同様であった。ＰＥＧ６００は前記の混合系溶媒より粘度は多少高かったが、各工程とも順調であり、流れ性良好なペースト状物が排出され、排出口２０４における混合物の温度は１７０℃であり、木材の液化反応に適した温度であった。
【０２６８】
（実施例１−２１（液化））：液化溶媒はＰＥＧ６００の代わりにε―カプロラクトン／グリセリン／硫酸＝７０／３０／２の混合物を使用した。他の条件はすべて実施例１−２０と同様であった。各工程は順調であり流れ性の良いペースト状反応物が得られ排出口２０４におけるバイオマス反応混合物の温度は１７１℃で液化に適している温度であった。
【０２６９】
（実施例１−２２（液化））：液化溶媒はフェノールを使用した。硫酸触媒量はフェノールに対して２ｗｔ％であった。フェノール／木粉比は２とした。フェノールは室温で固体であるので溶媒タンクにヒーターを入れて５０℃に加熱・保温しながら投入した。装置条件としては、加熱乾燥部は上述多価アルコール類溶媒の場合と同様に１８０℃に設定した。しかしフェノールは高温では揮発性が大きいので、分散混合部及び高速加熱部とも多価アルコール液化の場合より低い温度設定をした。すなわち、分散混合部は１５０℃、高速加熱部は１７０℃であった。一方、スクリュの逆回転時間を３．２秒にしてバイオマスの装置内での滞留時間を７．２分にした。
各工程は順調であり出口２０４から排出される反応物は良好な流れ性があり、容易に第２の装置２０２へ流れ込んだ。このような条件でフェノールの反応中の揮散を有効に抑えるとともに、効果的な攪拌及び十分の処理時間を確保できたので、良好な液化状態及び適切な温度を有する反応物が得られた。排出口における反応物の温度は１５６℃であり、木粉のフェノール液化に適した温度であった。
【０２７０】
（実施例１−２３（液化））：原材料投入量は実施例１−２２より５０％増加し、他の条件は実施例１−２２と同様であった。処理工程は前実施例と同様に順調であり、反応物の排出口における温度は１５４℃であった。原料投入量が５０％増加したにも関わらず、反応物の温度は２℃しか差がなかったので、良好な処理安定性を示した。
【０２７１】
（実施例１−２４（液化））：フェノール／木粉比を３にした以外は、実施例１−２２と同様な条件であった。処理工程は前実施例と同様に順調であり、反応物の排出口における温度は１５８℃であった。反応物の排出温度は実施例１−２２より高かったのは、フェノール／木粉比が高くなったため熱伝導率が向上し加熱効果がよくなったからと考えられる。
【０２７２】
（実施例１−２５（液化））：フェノール／木粉比を０．５にし、木粉投入量は２５ｋｇ／ｈ、高速加熱部温度を１８０℃に設定した以外は、実施例１−２２と同様な条件であった。フェノール／木粉比は０．５と低いので、処理装置内での反応物の状態は処理中に殆ど粉状であった。加熱を促進するために高速加熱部の温度を１８０℃に設定した。排出物は粉粘土状で流動性が悪かったが、均一性が良好で温度も１５４℃で木粉の液化反応温度範囲にあった。
【０２７３】
（実施例１−２６（液化））：実施例１−２５よりさらにフェノール／木粉比を０．２に低減した。液化溶媒が少なく木粉全体の浸潤は困難であるので、分散前の不均一反応を防ぐために分散混合部温度を１４０℃に低く設定した。他の条件は実施例１−２５と同様であった。排出物は均一性良好な黒褐色粉状で、温度は１５２℃で木粉のフェノール液化反応温度範囲であった。
【０２７４】
（実施例１−２７（誘導体化））：本実施例はデンプンのエステル誘導体化を目的とした。第１の装置２０１の加熱乾燥部の温度を１８０℃に設定し、分散・混合部の温度を１５０℃に設定した。重量式フィーダ２０８より含水量１３％のデンプンを２３．５ｋｇ／ｈの速度で投入口２５から投入した。デンプン乾燥ベースでエステル化剤／デンプン比が１．５になるようにモーノポンプからε−カプロラクトン／オクタン酸第１錫＝１００／１の混合誘導体化剤を３０ｋｇ／ｈの速度で液体注入口２１７に注入した。高速加熱部の温度を２２０℃に設定し、スクリュの回転速度は１２０ｒｐｍであったが、順回転４秒→停止０．６秒→逆回転３秒→停止０．６秒といったサイクルで繰り返し運転した。バイオマス物質の装置内での滞留時間は５．６分であった。
この実験では、デンプンに含まれている水分は水蒸気としてベント口２１６から放出された。乾燥されたデンプンは分散混合部で触媒を含んだカプロラクトンと混合しながら予備加熱してから、高速加熱部で所要のエステル化温度に加熱される。排出口ジャンクション２０４から流動性のよい均一なペースト状物が排出された。排出物の温度は１８６℃であり、高速にエステル化反応が行い得る温度であった。排出物は順調にジャンクション２０４から第２の装置２０２の投入口２１８に流れ込んだ。
【０２７５】
（実施例１−２８（誘導体化））：エステル化剤／デンプンの重量比を２にした以外は実施例１−２７の条件と全く同様であった。各処理工程が順調で排出口ジャンクション２０４からうすいペースト状の混合物が排出され、混合物の温度は１８８℃であった。
【０２７６】
（実施例１−２９（誘導体化））：エステル化反応の均一性を一層向上するために、エステル化剤はカプロラクトン／ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）／オクタン酸第１錫＝１００／５０／１の混合物にした。混合液／デンプンの重量比を１．５にした。装置の条件は実施例１−２７と全く同様であった。各処理工程が順調で排出口ジャンクション２０４からペースト状の混合物が排出され、混合物の温度は１８８℃であった。
【０２７７】
（実施例１−３０（誘導体化））：デンプンの代わりにセルロースジアセテート（ＣＤＡ）を用いた。エステル化試薬としてε−カプロラクトン／オクタン酸第１錫＝１００／１の混合液を用いた。エステル化試薬／ＣＤＡの重量比を１にした。他の条件は実施例１−２７と全く同様であった。各処理工程が順調で排出口ジャンクション２０４からペースト状の混合物が排出され、混合物の温度は１８５℃であった。
【０２７８】
（比較例１−１（液化））：実施例１−１と全く同様な装置を用い、装置各部の加熱温度、木粉、液化溶媒投入量も実施例１−１と同じであった。しかしスクリュの順回転／逆回転の交互運転をやめ、回転方向を順回転のみの連続運転にした。反応物が装置２０１内での滞留時間を実施例１−１と同様に３．５分になるように、スクリュ回転速度を２３ｒｐｍに設定した。
この実験で木粉の投入及び反応物の装置２０１内での搬送は順調であったが、排出口２０４における排出物の温度は１４１℃で実施例１−１より２５℃も低かった。この温度は木材の高速液化反応に不十分であった。また、排出物の外観は黒、赤の２色の非均一な粉／泥状であった。反応混合物の均一化及び予備液化反応は進んでないので流動性もなかった。
この実験は、反応物の装置内での滞留時間は実施例１−１と同じ３．５分であるが、排出されるまでにスクリュにより攪拌される回数（回転数）は実施例１−１の３５５回転に対し、８０．５回転しかなかった。その結果、反応物に熱が十分伝わってないし、加熱の均一性も悪かった。
【０２７９】
（比較例１−２、比較例１−３（液化））高速加熱部温度をそれぞれ２２０℃、２４０℃に設定した以外は比較例１−１と全く同様な条件であった。木粉の投入及び反応物の装置２０１内での搬送は順調であったが、排出口２０４における排出物の温度はそれぞれ１４８℃、１５１℃であった。排出物の外観は黒、赤の２色の非均一粉／泥状であり、流動性に欠け第２の装置へ流れ込むことができなかった。
この実験は、高速加熱部の温度を高く設定することで被処理物の温度を高めることができたが、回転速度が２３ｒｐｍと低く反応物の攪拌が不十分であるので、反応物に熱を均一に伝えることができず、処理均一性の悪い反応物となった。
【０２８０】
（比較例１−４〜比較例１−６（液化））スクリュ回転速度をそれぞれ６０ｒｐｍ、９０ｒｐｍ、１２０ｒｐｍに設定した以外は比較例１−１と全く同様な条件であった。すべての実験は木粉の投入及び反応物の装置２０１内での搬送は順調であったが、排出口２０４における排出物の温度はそれぞれ１２４℃、１０６℃、１０４℃と低かった。排出物の外観は赤黒色均一な粉状で、流れ性がなかった。
この実験は、スクリュ回転速度を増大することで攪拌効果の改善を図った。その結果、排出物の均一性が良くなっているが（２色が見えない）、排出物の温度は逆に比較例１−１より低下した。それはスクリュ回転速度の増大により反応物の装置２０１内での滞留時間が減少した結果である。すなわち、回転速度が２３ｒｐｍから６０ｒｐｍ、９０ｒｐｍ、１２０ｒｐｍとそれぞれ増大すると、滞留時間は３．５分から１．４分、０．９分、０．７分とそれぞれ減少した。また、表４から知られるように、スクリュ回転速度を増大させても、反応物が排出されるまでに受けた回転攪拌の回数は殆ど変わらなかったので、攪拌速度が高くなった分処理の均一性は向上するが処理時間が短くなったので処理が不十分となった。以上のこの結果から、スクリュ順回転のみでは攪拌効果と滞留時間を両立することは不可能であることを示した。
【０２８１】
（比較例１−７（液化））：加熱乾燥部温度を１００℃に設定した以外は、実施例１−２と全く同様な条件であった。木粉の投入は順調であるがベント口２１６から水蒸気の揮散が少なかった。排出口２０４から反応物が蒸気とともに不安定に噴出し、排出物の温度は１６７℃であった。この温度は加熱乾燥部を１８０℃に設定した実施例１−２より１１℃も低かった。
【０２８２】
（比較例１−８（液化））：第１の装置２１０のベント口２１６に盲栓を取り付けた。すなわち、木粉中に含有される水分の除去は行わない以外は、実施例１−２と全く同様な条件であった。水蒸気は投入口２１５へ逆流し、蒸気及び木粉の舞い上がりにより木粉の投入は防がれ、安定な投入ができなかった。排出口２０４からも反応物が蒸気とともに不安定に噴出し、排出物の温度は１６９℃であった。この温度はベント口２１０が開放した実施例１−２より９℃も低かった。
以上の実験は、バイオマス物質が含有する水分を加熱乾燥部で乾燥除去することが重要であることを示した。高速加熱部に水分が多量に存在するとそれの蒸発により反応物の温度を低下させるだけでなく、蒸気の装置外への噴出により反応物は不均一移動となり処理・排出の均一性を大きく損なうこととなる。
【０２８３】
（比較例１−９（液化））：スクリュの順回転／逆回転の回転時間を３０秒／２０秒に変えた以外はすべて実施例１−１と同様の条件であった。滞留時間は同じ３．５分であり、スクリュ回転数も同じ１２０ｒｐｍであった。各工程が順調であったが、排出された反応物は粗い木粉粒子が混在するような不均一なものであった。排出物の温度は１６９℃で実施例１−１よりも高く、木材の液化反応に適する温度であるが、流れ性が実施例１−１より悪かった。
この実験は、順回転／逆回転のそれぞれの持続時間を大幅に増大したので、木粉の装置内での平均滞留時間は３．５分であるが、１サイクル当たりに投入される木粉の処理装置内の移動距離は装置の全長の７０％にも達するので、一部の木粉の実際の滞留時間は２分程度であった。即ち、反応物の装置内での滞留時間の偏差は、≦Ｎ　（Ｔｓ＋Ｔｒ）　（Ｔｆ−Ｔｒ）／（３０ｐ（Ｔｆ＋Ｔｒ＋２Ｔｓ）　＝２０％であった。
したがって、このような長いサイクル時間の設定は処理の均一性には不利である。
【０２８４】
（比較例１−１０（液化））：液化剤の温度をヒーター２２８により１５０℃に加熱しながら注入した。高速加熱部の温度を２００℃に設定した。他の条件は比較例１−６と同様であった。すなわち、スクリュは１２０ｒｐｍ順回転のみであった。液化剤を加熱してから注入したので、比較例１−６の加熱不十分の問題を解決し、排出物の温度は１６３℃と液化に適した温度になったが、蒸気が排出口から噴出し反応物の排出は不安定であるし排出物の外観も２色で液化剤との混合が不十分であることを示した。
【０２８５】
（比較例１−１１（液化））液化剤の温度をヒーター２２８により１５０℃に加熱しながら注入した。高速加熱部の温度を２００℃に設定した。他の条件は比較例１−１と同様であった。すなわち、スクリュは２３ｒｐｍ順回転のみであった。液化剤を加熱してから注入したので、比較例１−１の加熱不十分の問題を解決し、さらに滞留時間も比較例１−１０より長かったので、排出物の温度は１６９℃とより液化に適した温度になった。しかし、比較例１−１０と同様に、蒸気が排出口から噴出し反応物の排出は不安定であるし排出物の外観も２色で液化剤との混合が不十分であることを示した。
【０２８６】
（比較例１−１２（液化））：比較例１−１０、比較例１−１１での蒸気噴出は反応物中の水分は完全に除去されてないのは原因と考えられるので、木粉を予め乾燥してから使用した。他の条件は比較例１−１１と同様であった。その結果、蒸気の噴出は大きく低減し、排出物の温度も１７５℃とさらに高くなった。しかし排出物は赤、黒２色のペースト状物で、順回転／逆回転のスクリュ回転条件のものと比べると、混合・加熱処理の均一性が悪かった。
以上の結果から、液化試薬を予め加熱してから注入する方法は、加熱工程を短縮又は省略することは可能であるが、液化試薬とバイオマス物質との高速かつ効果的な混合は一層重要となることを示した。
【０２８７】
（比較例１−１３（誘導体化））：実施例１−２７と全く同様な装置を用い、装置各部の加熱温度、デンプン、誘導体化試薬投入量も実施例１−２７と同じであった。しかしスクリュの順回転／逆回転の交互運転をやめ、回転方向を順回転のみの連続運転にした。反応物が装置２０１内での滞留時間を実施例１−２７と同様に５．５分になるように、スクリュ回転速度を１５ｒｐｍに設定した。
この実験でデンプンの投入及び反応物の装置２０１内での搬送は順調であったが、排出口２０４における排出物の温度は１６４℃で実施例１−１より２２℃も低かった。この温度は連続処理装置で高速誘導体化反応に不十分であった。また、排出物は不均一なペースト状で攪拌不十分に由来の塊があった。
以上の実施例は固定軸を有するスクリュ（図３）を使用したものであった。付着性が低くスクリュへの付着や共回りがしないバイオマス物質反応物又はその工程に対しては、より簡単で安価な固定軸を有しないスクリュ（図１３）を使用してもよい。以下のその実施例を示す。
【０２８８】
（実施例１−３１（液化））：装置構成は固定軸を有しないスクリュ（図１３）を使用した以外は実施例１−１と同様であった。液化溶媒はＰＥＧ４００／グリセリン混合溶媒系で溶媒／木粉比は１．５でした。各部の温度設定は実施例１−１と同様であった。しかし実施例１−１のスクリュより攪拌混練能力が低いので、同様な処理安定性と加熱効果を得るために原料投入量を６６．９ｋｇ／ｈに減少し、処理時間を４．５分に延長した。その結果、処理は安定で出口における排出物の温度は１６８℃であり、良好な結果が得られた。
【０２８９】
（実施例１−３２（液化））：バイオマス物質は木粉の代わりにデンプンを使用した以外の条件は、実施例１−３１と同様であった。実施例１−１４の結果と比べると処理時間は１分間延長したが、結果は良好であった。
【０２９０】
（実施例１−３３（液化））：スクリュは固定軸を有しないものを使用し、処理時間は８．３分に延長した以外は、実施例１−２１でのフェノール液化と同様な条件で実験を行った。反応物が順調に混合・加熱され、排出口における温度は１５４℃であり、木材のフェノール液化に適する条件であった。
【０２９１】
（実施例１−３４（液化））：液化剤の温度をヒーター２２８により１５０℃に加熱しながら注入した。木粉投入量が３５．３ｋｇ／ｈ、液化剤投入量が６０ｋｇ／ｈで、総投入量が９５．３ｋｇ／ｈであった。高速加熱部温度を１９０℃にした。スクリュの逆回転時間を２．５秒にした。他の条件は実施例１−３１と同様であった。各処理が順調であり、均一かつ流動性のよい混合物を得た。排出物の温度は１７４℃と液化反応に適した。
この実験は液化剤を予備加熱してから注入したので、溶媒注入してから液化温度までに加熱する過程に良く起こるスクリュへの付着や共回りが解消でき、上記固定軸を有するスクリュと同様な処理能力と処理安定性を示した。
【０２９２】
（実施例１−３５（液化））：バイオマス物質は木粉の代わりに古紙を使用し、スクリュ逆回転時間を２．８秒にした以外は実施例１−３０と同様な条件であった。各処理が順調であり、均一かつ流動性のよい混合物を得た。排出物の温度は１７７℃で古紙の液化反応に適した。
【０２９３】
（実施例１−３６（液化））：液化剤のフェノールの温度をヒーター２２８により１４０℃に加熱しながら注入した。木粉投入量が２３．５ｋｇ／ｈ、液化剤投入量が４０ｋｇ／ｈで、総投入量が６３．５ｋｇ／ｈであった。高速加熱部温度を１６５℃にした。スクリュの逆回転時間を２．５秒にした。他の条件は実施例１−３３と同様であった。各処理が順調であり、均一かつ流動性のよい混合物を得た。排出物の温度は１５５℃と木材のフェノール液化反応に適した。
【０２９４】
（比較例１−１４（液化））：液化剤の予備加熱をしない、高速加熱部温度を２２０℃に設定し、スクリュ逆回転時間は２．８秒した以外の条件は、実施例１−３４と同様であった。反応物はスクリュに付着して共回りをしたりして、バイオマスの投入及び処理物の排出とも不安定であった。排出物の温度も１７０℃から１８０℃の間大きく変動していた。
この実験は、実施例１−３１と同様に液化剤の加熱がなかったが、投入量が多いのでバイオマス反応物がスクリュへの付着がしやすくなり、被処理物の安定な搬送ができないことを示した。しかし、実施例１−１１及び実施例１−３４は本比較例と同様な原料投入量をしたが、処理は順調であった。これは実施例１−１１が固定軸有するスクリュを用い、実施例１−３４は反応試薬を予備加熱したので、本比較例の条件より被処理物のスクリュへの付着や共回りの発生が大きく低減できるので、大きな投入量をしても安定な処理ができる。
【０２９５】
（比較例１−１５（液化））：フェノールの加熱温度は５０℃とし、高速加熱部温度１７０℃、スクリュ逆回転時間３．３秒にした以外は、実施例１−３６と同様な条件であった。反応物はスクリュに付着して共回りをしたりして、バイオマスの投入及び処理物の排出とも不安定であった。排出物の温度も１３５℃から１５０℃の間大きく変動していた。
この実験は、実施例１−３３と同様に液化剤の加熱がなかったが、投入量が多いのでバイオマス反応物がスクリュへの付着がしやすくなり、被処理物の安定な搬送ができないことを示した。しかし、実施例１−３６は本比較例と同様な原料投入量をしたが、処理は順調であった。これは、実施例１−３６は反応試薬を予備加熱したので、本比較例の条件より被処理物のスクリュへの付着や共回りの発生が大きく低減できるので、大きな投入量をしても安定な処理ができる。
【０２９６】
（比較例１−１６、比較例１−１７（液化））：バイオマス物質を木粉の代わりにそれぞれ古紙、トウモロコシ種皮にし、総投入量を７６．６ｋｇ／ｈにした以外は、比較例１−１４と同様な条件であった。投入量が比較例１−１４より低いものの、古紙及びトウモロコシ種皮の形状はシート状で付着性が強いので、比較例１−１４と同じように、反応物はスクリュに付着し投入及び排出とも不安定であった。排出物の温度及び状態はばらつきが大きく均一な混合物ではなかった。
【０２９７】
次に、上記実施例及び比較例の条件で第１の装置２０１で乾燥、混合、加熱処理された反応物をジャンクション部２０４から第２の装置２０２の原料供給口２１８に投入され、第２の装置２０２で液化反応及び液化反応後の反応停止工程を行い、第２の装置２０２から排出される液化生成物をベント口２０７からサンプリングし、評価した。その結果を表９〜１１に示した実施例２−１から実施例２−２０、比較例２−１から比較例２−７に示す。
【０２９８】
（実施例２−１（液化））：上記実施例１−１の条件で第１の装置２０１から排出され、温度１６６℃の反応混合物を第２の装置２０２の原料供給口２１８に投入された。第１の装置での処理中に水分の揮発により被処理物の重量が初期投入量より減少するので第２の装置の投入口２１８に投入された反応物の量は初期投入量より少ないが参考のために初期投入量の値を表した。スクリュの回転条件は、回転数１２０ｒｐｍ、順回転６秒→停止０．６秒→逆回転０．６秒→停止０．６秒といったサイクルで繰り返す連続運転をした。この条件により被処理物の第２の装置内での滞留時間は８．８分であり、投入してから排出されるまで被処理物が受けた攪拌（回転）の回数は９５２回転であった。
バイオマス反応物の反応装置２０２内でスクリュの順／逆回転に由来する間歇排出による滞留時間の偏差の最大値≦Ｎ　（Ｔｓ＋Ｔｒ）　（Ｔｆ−Ｔｒ）／（３０ｐ（Ｔｆ＋Ｔｒ＋２Ｔｓ）　＝２．７％である。したがって、上記順／逆回転設定は十分な処理均一性が得られることとなる。また、保温反応部の温度は１７５℃に設定し、反応停止部温度も同じ１７５℃に設定した。
この結果、反応物が順調に第２の装置２０２の原料供給口２１８へ投入することができ、スクリュの順／逆回転の繰り返し回転により攪拌しながら排出口２０６の方向へと移動させ、液化反応中に生じた水分等低沸点物はベント口２１９、２２０から放出された。それて液体注入口２２１から理論中和量の水酸化ナトリウム水溶液を注入し、液化反応を停止させて液化生成物はジャンクション２０６から第３の装置２０３へと流れ込んだ。
この実験で、第２の装置２０２の排出口から排出される液化生成物は良好な液状であり、排出口における液化生成物の温度は１６６℃、木材の液化度は９２％であった。ｐＨは６−７であり、水分量は３．９％であった。この結果から、第２の装置において木材は十分に液化され、中和も十分に行っていることを示した。水分は液化中に生成された水分及び中和に生成された水分を含んでいる。
【０２９９】
（実施例２−２（液化））：スクリュの逆回転時間を４．５秒に、反応物の第２の装置内での滞留時間を５．６分と短縮した以外は、実施例２−１の条件と全く同じである。処理は順調であり、排出物の温度は１６６℃と実施例２−１と同じであるが、滞留時間は短くなったので木粉の液化度は８６％であった。それにしても十分良好な液化生成物であった。
【０３００】
（実施例２−３（液化））：スクリュの回転数を１５０ｒｐｍにし、逆回転時間を５秒に、滞留時間を７分にした以外は、実施例２−１の条件と全く同じである。処理は順調であり、排出物の温度は１６７℃とほぼ実施例２−１と同じであるが、滞留時間は短くなったので木粉の液化度は８８％であった。十分良好な液化生成物であった。
【０３０１】
（実施例２−４（液化））：第１の装置の処理は実施例１−２の条件を用いた。即ち、第２の装置に投入される反応混合物の温度は１７８℃であった。他の条件は、実施例２−１と全く同じであった。処理は順調であり、排出物の温度は１７０℃と実施例２−１より４℃高く、木粉の液化度は９６％と一段良好となった。中和は同様に問題がなかったが、温度が高くなったので水分量は実施例２−１より低かった。
【０３０２】
（実施例２−５（液化））：第１の装置の処理は実施例１−１０の条件を用いた。即ち、液化剤／木粉比が１．２で、第２の装置に投入される反応混合物の温度は１７４℃であった。他の条件は、実施例２−１と全く同じであった。投入される反応物は多少粘度が高かったが、処理は順調であり、排出物の温度は１６９℃であり、木粉の液化度は９２％と良好な結果を示した。
【０３０３】
（実施例２−６（液化））：第１の装置の処理は実施例１−１１の条件を用いた。即ち、液化剤／木粉比が２で、第２の装置に投入される反応混合物の温度は１７８℃であった。他の条件は、実施例２−１と全く同じであった。処理は順調で、排出物の温度は１７１℃であり、木粉の液化度は９８％とほぼ完全であった。
【０３０４】
（実施例２−７（液化））：第１の装置の処理は実施例１−１２の条件を用いた。即ち、木粉の代わりにデンプンを使用し、液化剤／デンプン比が１．２で、第２の装置に投入される反応混合物の温度は１６４℃であった。デンプンは木粉より液化しやすいので、第２の装置２０２の条件としては、保温反応部及び反応停止部とも１７０℃にした。スクリュの逆回転時間は４．５秒にして滞留時間を５．６分とした。他の条件は、実施例２−１と全く同じであった。処理は順調で、排出物の温度は１６５℃であり、未液化残渣はなかった。
【０３０５】
（実施例２−８（液化））：第１の装置の処理は実施例１−１３の条件を用いた。即ち、木粉の代わりにＯＡ古紙を使用し、液化剤／古紙比が２で、第２の装置に投入される反応混合物の温度は１７７℃であった。ＯＡ古紙は木粉より液化しにくいので、第２の装置２０２の条件としては、保温反応部及び反応停止部とも１８０℃にした。他の条件は、実施例２−１と全く同じであった。処理は順調で、排出物の温度は１７３℃であり古紙の液化度は８８％であった。ＯＡ古紙に充填剤などを含有していることを考慮しこの液化度の値はほぼ液化が完了したと考えられる。
【０３０６】
（実施例２−９（液化））：第１の装置の処理は実施例１−１４の条件を用いた。即ち、木粉の代わりにトウモロコシの種皮を使用し、液化剤／種皮比が２で、第２の装置に投入される反応混合物の温度は１７３℃であった。他の条件は、実施例２−８と全く同じであった。処理は順調で、排出物の温度は１７３℃でありトウモロコシの種皮の液化度は８６％であった。
【０３０７】
（実施例２−１０、実施例２−１１（液化））：第１の装置の処理はそれぞれ実施例１−１５、実施例１−１６の条件を用いた。即ち、木粉の代わりに小麦ふすまと米ぬかを使用した。第２の装置に投入される反応混合物の温度は両方とも１７５℃であった。他の条件は、実施例２−８と全く同じであった。処理は順調で、排出物の温度は両方とも１７５℃であり、液化度はそれぞれ８６％及び８２％であった。流れ性など他の品質も良好であった。
【０３０８】
（実施例２−１２（液化））：第１の装置の処理は実施例１−１８の条件を用いた。即ち、液化薬剤を第１の装置２０１へ注入する前に１５０℃に予備加熱し、木粉投入量は４７．１ｋｇ／ｈとし、液化剤投入量は６０ｋｇ／ｈとした。第２の装置に投入される反応混合物の温度は１７４℃であった。第２の装置の保温反応部及び反応停止部の温度は１８０℃にした。他の条件は、実施例２−３と全く同じであった。処理は順調で、排出物の温度は１７５℃であり木粉の液化度は９２％であった。
【０３０９】
（実施例２−１３（液化））：第１の装置の処理は実施例１−１９の条件を用いた。即ち、反応薬剤を第１の装置２０１へ注入する前に１５０℃に予備加熱し、木粉投入量は４７．１ｋｇ／ｈとし、液化剤投入量は８０ｋｇ／ｈとした。総投入量は１２７．１ｋｇ／ｈであった。第２の装置に投入される反応混合物の温度は１７２℃であった。第２の装置の条件は、実施例２−１２と全く同じであった。処理は順調で、排出物の温度は１７５℃であり木粉の液化度は９４％であった。
【０３１０】
（実施例２−１４（液化））：第１の装置の処理は実施例１−２０の条件を用いた。即ち、反応薬剤はＰＥＧ６００の単一溶媒を使用した。第２の装置に投入される反応混合物の温度は１７０℃であった。第２の装置の条件は、実施例２−８と全く同じであった。処理は順調で、排出物の温度は１６９℃であり木粉の液化度は８７％であった。
【０３１１】
（実施例２−１５（液化））：第１の装置の処理は実施例１−２１の条件を用いた。即ち、反応薬剤はε―カプロラクトン／グリセリンの混合溶媒であった。第２の装置に投入される反応混合物の温度は１７１℃であった。第２の装置の条件は、実施例２−６と全く同じであった。処理は順調で、排出物の温度は１６６℃であり木粉の液化度は９３％であった。
【０３１２】
（実施例２−１６（液化））：第１の装置の処理は実施例１−２２の条件を用いた。即ち、反応薬剤はフェノールであった。第２の装置に投入される反応混合物の温度は１５６℃であった。第２の装置の条件は、保温反応部及ぶ反応停止部とも１７０℃に設定した。スクリュの逆回転時間は５．２秒で、第２の装置での滞留時間は１１．１分であった。他の条件は実施例２−１５と全く同じであった。処理は順調で、排出物の温度は１６６℃であり木粉の液化度は８９％であった。液化生成物中に未反応のフェノール量が３０．８％含有した。
【０３１３】
（実施例２−１７（液化））：第１の装置の処理は実施例１−２５の条件を用いた。即ち、反応薬剤はフェノールであり、フェノール／木粉比は０．５であった。第２の装置に投入される反応混合物の温度は１５４℃であった。第２の装置の条件は、実施例２−１６と全く同じであった。処理は順調で、排出物の温度は１６２℃であった。溶媒量が少なかったので排出物はペースト状であり木粉の液化度は６４％であった。液化生成物中に未反応のフェノール量が８．６％含有した。
【０３１４】
（実施例２−１８（誘導体化））：本実験はデンプンをエステル化するためのものである。第１の装置の処理は実施例１−２８の条件を用いた。即ち、ε−カプロラクトンをエステル化剤としてデンプンとの混合物を誘導体化反応温度までに加熱したものであった。第２の装置に投入される反応混合物の温度は１８８℃であった。第２の装置の条件は、保温反応部と反応停止部ともに２００℃に設定した。他の条件は実施例２−１６と全く同じであった。反応は順調で、排出物の温度は１９２℃であった。溶融状物であった。未反応カプロラクトン量は１２．８％であった。
【０３１５】
（実施例２−１９（誘導体化））：本実験はデンプンをエステル化するためのものである。第１の装置の処理は実施例１−２９の条件を用いた。即ち、エステル化剤ε−カプロラクトンにデンプンの溶媒としてＤＭＳＯを添加した。第２の装置に投入される反応混合物の温度は１８８℃であった。第２の装置の条件は、実施例２−１８と全く同じであった。反応は順調で、排出物の温度は１９２℃であった。溶融状物であった。未反応カプロラクトン量は８．３％であった。
【０３１６】
（実施例２−２０（誘導体化））：本実験はセルロースジアセテートをエステル化するためのものである。第１の装置の処理は実施例１−３０の条件を用いた。ε−カプロラクトン／ＣＤＡの重量比は１であった。第２の装置に投入される反応混合物の温度は１８５℃であった。第２の装置の条件は、実施例２−１８と全く同じであった。反応は順調で、排出物の温度は１９０℃であった。溶融状物であった。未反応カプロラクトン量は６．９％であった。
【０３１７】
（比較例２−１（液化））：第２の装置２０２のスクリュは順回転のみで、回転速度は１０ｒｐｍであった。他の条件は、実施例２−１と全く同じであった。装置内での滞留時間も８．６分と実施例２−１とほぼ同じであった。しかし装置２０２からの排出物はペースト状で実施例２−１と全く異なった。排出物の温度は１５０℃から１６２℃で均一性がなかった。木材の液化度は７２％であり実施例２−１の９２％より著しく低かった。
表６及び表７に反応混合物が装置２０２に投入してから排出されるまで受けた回転回数を示したが、実施例２−１の９５２回転に対し、比較例２−１は８６回転しかなかった。即ち、比較例２−１においては、反応物が十分な攪拌がされてないので、装置２０２のシリンダにある加熱装置からの熱の補充が受けにくいし水分の蒸発などによる温度低下した反応物に対しても十分な攪拌がないので温度の均一化ができない。その結果、反応物の温度は不均一であるとともに液化反応も十分に進まなかった。
【０３１８】
（比較例２−２（液化））：第２の装置２０２のスクリュの回転速度を３０ｒｐｍにした以外は、比較例２−１と全く同じ条件であった。スクリュ回転速度は３倍速くしたので、滞留時間は２．９と大きく減少した。しかし、回転速度が速くしてもバイオマス反応物が装置内に受けた攪拌回数は比較例２−１と変わらなかった。回転速度が速くなった分攪拌の均一性が向上し反応生成物の温度は１５５℃から１６３℃で比較例２−１より変動範囲は小さかったが、反応時間が短くなったので木材の液化度は６４％と比較例２−１より低かった。
【０３１９】
（比較例２−３（液化））：比較例２−２よりスクリュ回転速度をさらに６０ｒｐｍにした以外は、比較例２−２と全く同じ条件であった。反応物の滞留時間は１．４分と大きく減少した。排出された反応生成物の温度は１５８℃から１６３℃であり、木材の液化度は６２％と比較例２−２よりさらに悪くなった。
以上の結果から、順回転のみのスクリュ回転は攪拌効果と滞留時間を両立することができないことを示した。
【０３２０】
（比較例２−４（液化））：第１の装置の処理は実施例１−２の条件を用いた。即ち、第２の装置に投入される反応物の温度は１７８℃と比較例２−１より高かった。さらに、第２の装置の保温反応部及び反応停止部の温度を１８０℃とより高温に設定した。他の条件は比較例２−１全く同じであった。投入される反応物の温度及び第２の装置の温度設定とも高くなったので、比較例２−１より液化が進み、木粉の液化度は８２％と向上した。しかし液化生成物に多くの粒子状物が混在し、反応の均一性が悪かった。
【０３２１】
（比較例２−５（液化））：第１の装置の処理は実施例１−２２の条件を用いた。即ち、液化溶媒はフェノールであった。反応物投入温度は１５７℃であり、第２の装置の保温反応部及び反応停止部の温度を１７０℃と設定した。他の条件は比較例２−１全く同じであった。反応生成物の温度は１５８℃から１６３℃と不均一であり、木粉の液化度は７６％であった。
【０３２２】
（比較例２−６（液化））：第１の装置の処理は比較例１−１の条件を用いた。即ち、第２の装置に投入される反応混合物の温度は１４１℃で不均一な反応物であった。第１の装置２０１から排出される混合物は流れ性が悪かったので補助スクリュを用いて第２の装置２０２の投入口２１８へ押し込んだ。第２の装置の条件は、実施例２−１と全く同じであった。処理は順調であったが、排出物はペースト状で液化度は７６％と低かった。排出物の温度も１６２℃と低かった。
この実験は、第１の処理装置でバイオマス反応物は十分かつ均一に加熱されでない反応物に対して、第２の装置は空間率の高いスクリュ構造を有する攪拌処理装置であるので、それを迅速液化温度までに加熱するのは困難であるので、十分な反応が困難であることを示した。
【０３２３】
（比較例２−７（誘導体化））：第２の装置２０２のスクリュは順回転のみにした以外は、実施例２−１８と全く同じであった。しかし、装置内での滞留時間を実施例２−１８とほぼ同じになうように、スクリュ回転数は８ｒｐｍにした。装置２０２からの排出物はペースト状で実施例２−１８と全く異なった。排出物の温度は１６２℃から１７５℃で均一性がなかった。反応生成物中に未反応のカプロラクトンは３８．４％と多かった。エステル化反応が不十分であることを示した。
【０３２４】
次に、上記実施例及び比較例で第２の装置で液化反応を行い、得られた反応生成物を引き続き第３の装置２０３に投入して脱揮、冷却工程を行った結果を、実施例３−１〜実施例３−１６、比較例３−１〜比較例３−５に示す。
【０３２５】
（実施例３−１（液化））：前実施例２−１で第２の装置２０２から排出され、温度１６６℃、含水率３．９％の反応生成物を流量制御バルブ２１４を通して第３の装置２０３の原料供給口２２３に投入された。第３の装置に空気が混入しないようにバルブ２１４の上部に常に反応生成物が溜まるようにバルブ２１４を調整した。第３の装置２０３においてバイオマスの反応がすでに停止されているので、スクリュの構成は図５に示されたような推進力の低いスクリュであった。スクリュの回転条件は１５０ｒｐｍの順回転のみであった。
装置の脱揮部の温度は１２０℃と設定した。冷却部は水冷とした。真空ベント部２２４は水封式真空ポンプと連結し、脱揮部の圧力は１００００Ｐａ以下であった。冷却されたバイオマス反応生成物はギヤーポンプ２１１より排出された。
この実験で、反応生成物が第３の装置２０３内での滞留時間は約２０分であった。排出口２２２から排出されたバイオマス反応生成物の温度は３５℃であり、反応生成物中の水分量は０．４％であった。即ち、第３の装置２０３の脱揮作用により反応生成物の含水率は３．９％から０．４％に減少した。冷却も効果的であった。
【０３２６】
（実施例３−２（液化））：前実施例２−２で第２の装置２０２から排出され、温度１６６℃、含水率４．４％の反応生成物を第３の装置２０３に投入した。第３の装置の条件はすべて実施例３−１と同じであった。第３の装置２０３からの排出物は温度３５℃、含水率０．４％であった。脱水及び冷却効果が良好であった。
【０３２７】
（実施例３−３（液化））：前実施例２−５で第２の装置２０２から排出され、温度１６９℃、含水率３．４％の反応生成物を第３の装置２０３に投入した。投入量が実施例３−１より少なかったので滞留時間は２２分であった以外は、第３の装置の条件はすべて実施例３−１と同じであった。第３の装置２０３からの排出物は温度３５℃、含水率０．５％であった。脱水及び冷却効果が良好であった。
【０３２８】
（実施例３−４（液化））：前実施例２−７で第２の装置２０２から排出され、温度１６５℃、含水率３．１％のデンプン液化反応生成物を第３の装置２０３に投入した。第３の装置の条件はすべて実施例３−１と同じであった。第３の装置２０３からの排出物は温度３５℃、含水率０．３％であった。脱水及び冷却効果が良好であった。
【０３２９】
（実施例３−５（液化））：前実施例２−８で第２の装置２０２から排出され、温度１７３℃、含水率４．４％の古紙液化反応生成物を第３の装置２０３に投入した。第３の装置の条件はすべて実施例３−１と同じであった。第３の装置２０３からの排出物は温度３５℃、含水率０．４％であった。脱水及び冷却効果が良好であった。
【０３３０】
（実施例３−６から実施例３−８（液化））：前実施例２−９から実施例２−１１で第２の装置２０２から排出されたトウモロコシの種皮、ふすま、米ぬかの液化反応生成物をそれぞれ第３の装置２０３に投入した。第３の装置の条件はすべて実施例３−１と同じであった。第３の装置２０３からの排出物は温度３６℃、含水率０．３〜０．４％であった。脱水及び冷却効果が良好であった。
【０３３１】
（実施例３−９（液化））：前実施例２−１２で第２の装置２０２から排出され、温度１７５℃、含水率４．２％の木粉液化反応生成物を第３の装置２０３に投入した。投入量が１０７．１ｋｇ／ｈで多かったので滞留時間は１５分であった。第３の装置２０３の処理条件はすべて実施例３−１と同じであった。第３の装置２０３からの排出物は温度３７℃、含水率０．３％であった。脱水及び冷却効果が良好であった。
【０３３２】
（実施例３−１０（液化））：前実施例２−１３で第２の装置２０２から排出され、温度１７３℃、含水率４．０％の木粉液化反応生成物を第３の装置２０３に投入した。投入量が１２７．１ｋｇ／ｈで実施例３−４よりさらに多かったので滞留時間は１３分であった。第３の装置２０３の処理条件はすべて実施例３−１と同じであった。第３の装置２０３からの排出物は温度３８℃、含水率０．５％であった。脱水及び冷却効果が良好であった。
【０３３３】
（実施例３−１１（液化））：前実施例２−１４で第２の装置２０２から排出され、温度１６８℃、含水率４．４％の木粉のＰＥＧ６００による液化反応生成物を第３の装置２０３に投入した。第３の装置２０３の処理条件はすべて実施例３−１と同じであった。第３の装置２０３からの排出物は温度３５℃、含水率０．３％であった。脱水及び冷却効果が良好であった。
【０３３４】
（実施例３−１２（液化））：前実施例２−１５で第２の装置２０２から排出され、温度１６６℃、含水率３．１％の木粉のカプロラクトン／グリセリンによる液化反応生成物を第３の装置２０３に投入した。第３の装置２０３の処理条件はすべて実施例３−１と同じであった。第３の装置２０３からの排出物は温度３５℃、含水率０．３％であった。脱水及び冷却効果が良好であった。
【０３３５】
（実施例３−１３（液化））：前実施例２−１６で第２の装置２０２から排出され、温度１６５℃、フェノール含有率３０．８％、含水率２．７％の木粉のフェノール液化物を第３の装置２０３に投入した。フェノールの蒸留除去はより高温が必要であるので、脱揮部のジャケットの温度は１５０℃に設定した。フェノール液化物の融点は１００℃前後であるので水冷の代わりにジャケットに空気を入れて空冷をした。液化生成物の第３の装置での滞留時間は約５０分であった。脱揮部の圧力は６０００Ｐａ以下であった。第３の装置２０３からの排出物は温度１１６℃、含水率０．１％、未反応フェノール含有率は１．８％であった。フェノールの除去率が良好であった。
【０３３６】
（実施例３−１４（誘導体化））：本実験はデンプンをエステル化するためのものである。前実施例２−１８で第２の装置２０２から排出され、温度１９２℃、未反応カプロラクトン含有率１２．５％のデンプンエステル化混合物を第３の装置２０３に投入した。エステル化試薬であるカプロラクトンがまだ１２．５％残っているので、第３の装置においてさらにエステル化反応を進行するように第３の装置の脱揮部の温度を１８０℃に設定した。冷却部ジャケットに空気を入れて空冷をした。反応物の第３の装置での滞留時間は約２５分であった。脱揮部の圧力は６０００Ｐａ以下であった。第３の装置２０３からの排出物は温度１６８℃の溶融状物であり、未反応カプロラクトン含有率は１．８％であった。良好なデンプン誘導体が得られた。
この実験で、第３の装置の作用は未反応のカプロラクトンを除去するだけでなく、エステル化反応自身が引き続き進行するので、排出される反応生成物は未反応モノマー残留量は少なかった。
【０３３７】
（実施例３−１５（誘導体化））：本実験はデンプンをエステル化するためのものである。前実施例２−１９で第２の装置２０２から排出され、温度１９２℃、未反応カプロラクトン含有率８．３％、溶媒であるＤＭＳＯ含有率１９．６％のデンプンエステル化混合物を第３の装置２０３に投入した。第３の装置の条件は実施例３−１４と全く同じであった。反応物の第３の装置での滞留時間は約３０分であった。第３の装置２０３からの排出物は温度１７２℃の溶融状物であり、未反応カプロラクトン含有率は１．２％、ＤＭＳＯ残留量が２．４％であった。良好なデンプン誘導体が得られた。
この実験で、溶媒であるＤＭＳＯは非反応性物質であるので、第３の装置の脱揮により効果的に除去されることを示した。
【０３３８】
（実施例３−１６（誘導体化））：本実験はセルロースジアセテートをエステル化するためのものである。前実施例２−２０で第２の装置２０２から排出され、温度１９０℃、未反応カプロラクトン含有率６．９％のセルロースアセテートエステル化混合物を第３の装置２０３に投入した。第３の装置の条件は実施例３−１４と全く同じであった。反応物の第３の装置での滞留時間は約４０分であった。第３の装置２０３からの排出物は温度１６９℃の溶融状物であり、未反応カプロラクトン含有率は１．４％であった。良好なセルロースアセテート誘導体が得られた。
【０３３９】
（比較例３−１（液化））：前実施例２−１で第２の装置２０２から排出され、温度１６６℃、含水率４．４％の反応生成物を第３の装置２０３に投入した。第３の装置の脱揮部は１２０℃加熱の代わりに水冷にした以外は、すべて実施例３−１と同じで条件であった。第３の装置２０３からの排出物は温度３１℃、含水率１．２％であった。冷却は十分であったが脱揮部の加熱はなかったので脱水は不十分であった。
【０３４０】
（比較例３−２（液化））：前実施例２−１で第２の装置２０２から排出され、温度１６６℃、含水率４．４％の反応生成物を第３の装置２０３に投入した。真空ベント２２４に真空をかけなかった以外は、すべて比較例３−１と同じで条件であった。第３の装置２０３からの排出物は温度３６℃、含水率３．８％であった。冷却は十分であったが脱揮部の加熱及び真空ともなかったので脱水は行わなかった。
【０３４１】
（比較例３−３（液化））：前実施例２−１６で第２の装置２０２から排出され、温度１６５℃、フェノール含有率３０．８％、含水率２．７％の木粉のフェノール液化物を第３の装置２０３に投入した。脱揮部は１５０℃加熱の代わりに空冷にした以外は、すべて実施例３−１３と同じで条件であった。第３の装置２０３からの排出物は温度１０２℃、含水率０．１％、フェノール率１０．２％であった。脱揮部の加熱がないのでフェノールの除去は不十分であった。
【０３４２】
（比較例３−４（誘導体化））：本実験はデンプンをエステル化するためのものである。前実施例２−１８で第２の装置２０２から排出され、温度１９２℃、未反応カプロラクトン含有率１２．５％のデンプンエステル化混合物を第３の装置２０３に投入した。第３の装置の真空ベント２２４に真空をかけなかった以外は、すべて実施例３−１４と同じで条件であった。第３の装置２０３からの排出物は温度１７４℃、未反応カプロラクトン含有率は３．７％であった。真空脱揮を行ってないので実施例３−１４より残留モノマー量が多かった。
【０３４３】
（比較例３−５（誘導体化））：脱揮部は１８０℃加熱の代わりに空冷にした以外は、すべて比較零例３−４と同じで条件であった。第３の装置２０３からの排出物は温度１４８℃、未反応カプロラクトン含有率は８．３％であった。
この実験は、第３の装置はエステル化反応及び脱揮を促進するための加熱を行ってないので、未反応モノマーは多量に残留した。
【０３４４】
次に、本発明の第２の実施の形態のバイオマス物質液化物または誘導体の製造装置の実験機（図１４参照）を用いて行った結果を、次に示す実施例４−１〜実施例４−４を用いて説明する。
図１４は、本実施の形態のバイオマス物質液化物の製造装置の実験機全体の概略構成を示すものである。ここでは、バイオマス物質の反応物の混合、加熱のための第１の装置の構成及び作用は前記第１の実施の形態の実施例と同じであるので、同じ符号で記述し説明を省略する。
【０３４５】
バイオマス物質の液化／誘導体化反応を行うとともに、その反応後に第２の試薬又はバイオマス物質を投入し引き続き第２の液化又は誘導体化反応を行うための第２の装置２３０として、シリンダ内径１００ｍｍ、長さ２８００ｍｍ、スクリュ回転は順回転／逆回転／停止の自動制御機能を有する単軸押出し装置を用いた。装置各部の構成は図９に示したとおりであった。なお、第２の装置２３０のスクリュの順回転／逆回転／停止の動作の切り替え及び各動作持続時間は制御盤にタイマーを組んだスクリュ駆動モーターの電流相位制御回路により自動制御した。なお、本実施の形態のにおいてスクリュの順回転から逆回転、又はその逆の逆回転から順回転の切り替えのときの停止時間はすべて０．６秒にした。
【０３４６】
第２の装置２３０のシリンダには、基部からジャンクション部２０６に向かって原料供給口２３１、ベント口２３２、固形原料供給口２３３、液体試薬供給口２３４、ベント口２３５、停止剤供給口２３６設けられている。
また、バイオマス材料用の材料供給フィーダ２３７には重量式２軸スクリュフィーダを使用し、反応試薬またはそれと触媒の混合液は三連式のプランジャポンプ２３８、反応停止剤である中和液の注入には三連式のプランジャポンプ２３９をそれぞれ用いた。なお、図１４中で、２４０は反応試薬の混合液の注入装置、２４１は反応停止剤の中和液の注入装置である。
【０３４７】
なお、脱揮、冷却用の第３の装置２０３及び各装置の連接部のジャンクション部は、前記第１の実施の形態の実施例の同じであるので、同じ符号を使用し説明を省略する。
【０３４８】
（実施例４−１（液化木材のエステル化））：前実施例１−２９で第１の装置２０１から排出される液化木材を引き続き第２の装置２３０の原料投入口２３１に投入した。第３の装置２３０の第２の原料供給口２３３には原料を投入しなく、水分放出口として利用した。薬剤供給口２３４にエステル化試薬としてε―カプロラクトンを２０ｋｇ／ｈの速度で注入した。第２の装置の反応部（原料投入口２３１から第２の原料投入口２３３までの区間）、後反応部（第２の原料投入口２３３から反応停止剤注入口２３６までの区間）、及び反応停止部の温度をすべて１９０℃に設定した。スクリュの回転速度を１５０ｒｐｍとし、順回転６秒→停止０．６秒→逆回転５．２秒→停止０．６秒といったサイクルで繰り返し運転をした。反応物の装置内での滞留時間は約８．８分であった。
この実験で、投入口２３１に投入された木粉反応物はスクリュの高速の順／逆回転の攪拌作用を受けて液化しながら進み、液化反応中に生成した水分は高温によりベント口２３２及び原料投入口２３３から排出した後、試薬供給口２３４から供給されたε―カプロラクトンと混合し、液化反応触媒の硫酸を触媒として、後反応部においで木材の液化生成物の水酸基と反応して末端エステル化反応を行う。また、後反応部において木材の液化も引き続き進行する。
その結果、第３の装置２３０から排出された反応生成物は流れ性の良い液状であり、木粉の液化度は８７％で、未反応のカプロラクトンモノマーの量は１．２％と少なかった。即ち、木粉の液化及び木粉反応物のエステル化とも順調であった。
【０３４９】
（実施例４−２（木材／デンプン混合液化））：前実施例１−２９で第１の装置２０１から排出される液化木材を引き続き第２の装置２３０の原料投入口２３１に投入した。第３の装置２３０の第２の原料供給口２３３にデンプン１２．５ｋｇ／ｈを投入し、バイオマス含有量５０％のバイオマス混合液化物を調製した。薬剤供給口２３４を盲栓にした。第２の装置２３０の他の条件は実施例４−１と全く同じであった。
この実験で、投入口２３１に投入された木粉反応物はスクリュの高速の順／逆回転の攪拌作用を受けて反応しながら進み、液化反応中に生成した水分は高温によりベント口２３２から排出した後、第２の原料供給口から供給されたデンプンと混合し、木粉を液化しながらデンプンを液化し、よりバイオマス含有率の高い液化生成物となった。第３の装置２３０から排出された液化生成物は流れ性の良い液状であり、バイオマスの液化度は９２％であった。
【０３５０】
（実施例４−３（液化デンプンのエステル化））：実施例４−１の液化木材の代わりに液化デンプンを用いた。すなわち、前実施例１−１２で第１の装置２０１から排出される液化デンプンを引き続き第２の装置２３０の原料投入口２３１に投入した。第３の装置の薬剤供給口２３４にエステル化試薬としてε―カプロラクトンを１０ｋｇ／ｈの速度で注入した。第２の装置の反応部、後反応部、及び反応停止部の温度をすべて１７５℃に設定した。スクリュの回転速度を１２０ｒｐｍとし、順回転６秒→停止０．６秒→逆回転５秒→停止０．６秒といったサイクルで繰り返し運転をした。反応物の装置内での滞留時間は約８．８分であった。
この実験も実施例４−１と同様に順調であった。第３の装置２３０から排出された反応生成物は流れ性の良い液状であり、デンプンの液化度は１００％で、未反応のカプロラクトンモノマーの量は２．６％と少なかった。即ち、デンプンの液化及び液化物のエステル化とも順調であった。
【０３５１】
（実施例４−４（液化デンプンのエステル化））：実施例４−３よりさらにエステル化量を増大した。即ち、第３の装置の薬剤供給口２３４にカプロラクトンを３０ｋｇ／ｈの速度で注入した。反応部、後反応部及び反応停止部の温度をすべて１８０℃に設定した。他の条件は実施例４−３と同じであった。第３の装置２３０から排出された反応生成物は流れ性の良い液状であり、デンプンの液化度は１００％で、未反応のカプロラクトンモノマーの量は２．４％と少なかった。即ち、デンプンの液化及び液化物のエステル化とも順調であった。
以上の実施例で得られた反応生成物の脱揮及び冷却工程は、上記第１の実施の形態の実施例と共通であるので、説明を省略する。
【０３５２】
次に、本発明の第３の実施の形態のバイオマス物質の液化物または誘導体の製造装置の実験機（図１５参照）を用いて行った結果を、次に示す実施例５−１〜実施例５−８及び比較例５−１を用いて説明する。
【０３５３】
（実施例５−１（液化））：図１５は、本実施例のバイオマス物質の液化物または誘導体の製造装置の実験機全体の概略構成を示すものである。ここでは、バイオマス物質の乾燥、加熱、乾燥加熱したバイオマス物質と予め反応温度に加熱された反応試薬との高速混合のための第１の装置２５０としては、東芝機械製の同方向回転二軸押出機（形格：ＴＥＭ−３７Ｂ）を用いた。第１の装置２５０から排出され、所定の反応温度になった反応混合物は、ジャンクション部２０４から保温反応のために第２の装置へと流れ込むが、これ以降の工程は上記第１の実施の形態と同じであるので、図１５には同じ符号を使用し説明を省略する。
【０３５４】
さらに、乾燥、混合用の第１の装置２５０のスクリュは、口径３７ｍｍ、Ｌ／Ｄ＝４８であった。シリンダ温度調節は７ゾーンで加熱・冷却制御である。また、シリンダには、基部からジャンクション部２０４に向かって原料供給口２５１、ベント口２５２、液体注入口２５３が設けられている。
【０３５５】
また、装置２５０の原料供給口にはバイオマス原料投入フィーダ２５４、液体注入口２５３には反応試薬注入装置２５５がそれぞれ設けられている。バイオマス材料用の材料供給フィーダ２５４には重量式２軸スクリュフィーダを使用し、反応試薬注入装置２５５に収容した反応試薬と触媒の混合液の注入はモーノポンプ２５６を使用した。注入ポンプ２５６及び第１の装置２５０の液体注入口２５３の間に注入される混合液を連続加熱する電気式加熱装置２５７が設置されている。
【０３５６】
また、液体注入口２５３には、液体注入弁が取り付けられている。スクリュは、搬送部、乾燥部、加熱部、混合部、押出部から構成されるものを使用した。
【０３５７】
装置２５０の加熱乾燥部（Ｌ／Ｄ約３０）の温度を１８０℃、混合・押出部（Ｌ／Ｄ約１０）の温度を１７５℃に設定した。スクリュ回転速度を１５０ｒｐｍにした。
【０３５８】
木粉２３．５ｋｇ／ｈを原料供給口２５１へ、ＰＥＧ４００／グリセリン／硫酸（７０／３０／３）の反応試薬混合液３０ｋｇ／ｈをラインヒーター２５７により１８０℃に加熱してから液体注入口２５３に供給した（試薬／木粉比１．５）。
【０３５９】
そして、原料供給口２５１に投入された木粉は乾燥部に乾燥され、水分はベント口２５２から放出される。乾燥された木粉はさらに加熱され、混合部で１８０℃に予備加熱された反応試薬とニーディングディスクなどにより高速に混練混合してから、装置２５０の排出口から排出された。排出物は均一なペースト状で温度は１７２℃であり、木材の液化反応に適した温度であった。排出物は容易に第２の装置２０２の投入口へ流れ込んだ。
【０３６０】
この実験は各処理工程が非常に安定であった。２軸装置は高価であるが、本発明の方法で処理量が大きく、且つ腐蝕性試薬との接触部は混合押出部のみで（Ｌ／Ｄ約１０）短いので耐蝕対策も採りやすく、コストパフォーマンスは優れているものである。
【０３６１】
以上第１の装置２５０により混合加熱されたバイオマス反応物は、第２及び第３の装置により保温反応、反応終止及び脱揮冷却を行うが、これらの工程は前記第１の実施の形態の実施例と同様であるので、説明を省略する。
【０３６２】
（実施例５−２（液化））：液化試薬の注入量を２４ｋｇ／ｈ（試薬／木粉比１．２）にした以外はすべて実施例５−１と同じであった。各工程の処理は順調で装置２５０からの排出物は均一な泥状で温度は１７０℃であった。木粉の液化反応に適した温度であった。
【０３６３】
（実施例５−３（液化））：液化試薬の注入量を４０ｋｇ／ｈ（試薬／木粉比２）にした以外はすべて実施例５−１と同じであった。各工程の処理は順調で装置２５０からの排出物は均一なうすいペースト状で温度は１７３℃であった。木粉の液化反応に適した温度であった。
【０３６４】
（実施例５−４（液化））：木粉の代わりにデンプン２３ｋｇ／ｈを投入し、液化試薬の注入量を２０ｋｇ／ｈ（試薬／デンプン比１）にした。液化試薬の予備加熱温度を１７５℃に、装置２５０の分散混合部の温度設定を１６５℃にした。ほかの条件はすべて実施例５−１と同じであった。各工程の処理は順調で装置２５０からの排出物は均一なペースト状で温度は１６４℃であった。デンプンの液化反応に適した温度であった。
【０３６５】
（実施例５−５（液化））：液化試薬の注入量を４０ｋｇ／ｈ（試薬／デンプン比２）にし、試薬予備加熱温度を１７２℃にした以外はすべて実施例５−４と同じであった。各工程の処理は順調で装置２５０からの排出物は均一なうすいペースト状で温度は１６５℃であった。デンプンの液化反応に適した温度であった。
【０３６６】
（実施例５−６（液化））：デンプンの変わりに古紙を用いた。液化試薬の予備加熱温度を１８０℃にし、混合部温度を１７５℃にした以外はすべて実施例５−５と同じであった。各工程の処理は順調で装置２５０からの排出物は均一なうすいペースト状で温度は１７５℃であった。古紙の液化反応に適した温度であった。
【０３６７】
（実施例５−７（誘導体化））：本実施例はデンプンのエステル誘導体化を目的とした。デンプン２３ｋｇ／ｈを投入し、エステル化試薬としてε−カプロラクトン／オクタン酸第１錫＝１００／１の混合誘導体化剤を３０ｋｇ／ｈの速度で１８０℃に加熱してから注入した（試薬／デンプン比１．５）。装置２５０のほかの条件はすべて実施例５−１と同じであった。各工程の処理は順調で装置２５０からの排出物は均一なペースト状で温度は１７３℃であった。デンプンのエステル化反応に適した温度であった。
【０３６８】
（実施例５−８（誘導体化））：本実施例はセルロースアセテートのエステル誘導体化を目的とした。セルロースジアセテート（ＣＤＡ）２０．４ｋｇ／ｈを投入し、エステル化試薬としてε−カプロラクトン／オクタン酸第１錫＝１００／１の混合誘導体化剤を２０ｋｇ／ｈの速度で１８０℃に加熱してから注入した（試薬／ＣＤＡ比１）。分散混合部の温度を１８０℃にした。装置２５０のほかの条件はすべて実施例５−１と同じであった。各工程の処理は順調で装置２５０からの排出物は均一なペースト状で温度は１７５℃であった。セルロースジアセテートのエステル化反応に適した温度であった。
【０３６９】
（比較例５−１（液化））：加熱乾燥部温度を１００℃に設定した以外は実施例５−１とすべて同じであった。ベント口２５２からの水蒸気の放出が少なく、排出口ジャンクション２０４から多量の蒸気が噴出した。ジャンクション２０４からの排出物は泥状であり温度は１５９℃であった。
この実験は、木粉の乾燥及び予備加熱ができてないので、予熱された試薬との混合だけで所定温度に達成するのは困難であった。
【０３７０】
【表３】
2004075928.tif 000005
【０３７１】
【表４】
2004075928.tif 000006
【０３７２】
【表５】
2004075928.tif 000007
【０３７３】
【表６】
2004075928.tif 000008
【０３７４】
【表７】
2004075928.tif 000009
【０３７５】
【表８】
2004075928.tif 000010
【０３７６】
【表９】
2004075928.tif 000011
【０３７７】
【表１０】
2004075928.tif 000012
【０３７８】
【表１１】
2004075928.tif 000013
【０３７９】
【表１２】
2004075928.tif 000014
【０３８０】
【表１３】
2004075928.tif 000015
【０３８１】
【表１４】
2004075928.tif 000016
【０３８２】
【表１５】
2004075928.tif 000017
【０３８３】
【表１６】
2004075928.tif 000018
【０３８４】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、バイオマス等の反応物は、撹拌部材の順方向および逆方向の自軸回転に伴って、ケーシング内において往復運動を繰り返しながら推進せしめられ、材料供給部側から排出部側まで移動する。このため、反応装置内における反応物の実際の移動距離は各ケーシングの長さの総和より長くなり、それに伴って製造装置内における反応物の滞留時間も長くなる。そして、このバイオマス物質の滞留時間は、撹拌部材の回転速度のみならず、撹拌部材の順方向および逆方向の自軸回転の組合せに依存することから、バイオマス物質の滞留時間と撹拌部材の回転速度との完全依存性は切り離される。このため、バイオマス物質の滞留時間は、撹拌部材の順方向および逆方向の自軸回転の組合せによって任意に設定することができると共に、バイオマス反応物の撹拌効果は、撹拌部材の回転速度により任意に設定することができ、製造装置（反応装置）内におけるバイオマス物質の理想的な滞留時間と理想的な撹拌効果とを両立することが可能となる。また、バイオマス物質は、撹拌部材の順方向および逆方向の自軸回転の交互運動により押されたり引かれたりし、一定の個所に留まったりあるいは一定の形状に整えられたりすることがないので、反応物が撹拌羽根と共回りすることを防止することができ、また交互運動の衝撃でバイオマス反応物が乱流を形成するので、反応物をより確実に撹拌することができる。さらに、液化装置のケーシングおよび撹拌部材を長く形成する必要がないので、小型で安価な装置を実現することができる。
【０３８５】
請求項２に係る発明によれば、液化反応を速やかに進行できる。
【０３８６】
請求項３に係る発明によれば、液化反応を終了させた状態でバイオマス物質の液化物を排出部より排出できる。
【０３８７】
請求項４に係る発明によれば、高純度で高品質のバイオマス物質の液化物を製造できる。
【０３８８】
請求項５、６に係る発明によれば、上記諸効果に加えて、液化反応を効率良く進行できる。また、請求項６の発明では、より高効率、高能力、高精度の液化を行うことができる。
【０３８９】
請求項７に係る発明によれば、バイオマス物質の理想的な滞留時間と理想的な撹拌効果とを十分に実現できる。
【０３９０】
請求項８に係る発明によれば、目的に応じて撹拌部材の自軸回転パターンを簡単かつ確実に設定できる。
【０３９１】
請求項９に係る発明によれば、撹拌効率の低下を防止できると共に、駆動機構へのダメージを防止できる。
【０３９２】
請求項１０に係る発明によれば、バイオマスの液化反応の均一性を保つことができる。
【０３９３】
請求項１１に係る発明によれば、バイオマスの液化の一層の均一を図ることができる。
【０３９４】
請求項１２に係る発明によれば、各工程を最適条件に設定できる。
【０３９５】
請求項１３に係る発明によれば、安定な投入及び安定な反応物の搬送が実現できて安定した品質の液化物が得られる。
【０３９６】
請求項１４に係る発明によれば、安定した反応制御をなし得ると共に液化生成物中に含まれた低沸点物の大部分を効率良く除去できる。
【０３９７】
請求項１５に係る発明によれば、より一層優れた制御安定性を確保できる。
【０３９８】
請求項１６に係る発明によれば、装置への腐食及び不均一反応を低減できると共に高い液化効率を実現できる。
【０３９９】
請求項１７に係る発明によれば、多種の樹脂原料、燃料、化学物質等として有用なバイオマス液化物が得られる。
【０４００】
請求項１８に係る発明によれば、バイオマスのエステル化、エーテル化、グラフト等各種のバイオマス物質の誘導体が得られる。
【０４０１】
請求項１９に係る発明によれば、液化効率を向上できる。
【０４０２】
請求項２０に係る発明によれば、多種多様な反応を同時に又は順次に行わせることができる。
【０４０３】
請求項２１に係る発明によれば、バイオマス物質の複数種の試薬による液化、バイオマス物質液化物に対する化学修飾／変性、バイオマス物質の液化物のグラフト重合等の各種処理を容易且つ効率良く行うことができる。
【０４０４】
請求項２２に係る発明によれば、高い反応速度及び高精度の温度制御を維持できる。
【０４０５】
請求項２３に係る発明によれば、生成物の分解、架橋、高分子化、高融点化反応等の副反応を防止できる。
【０４０６】
請求項２４に係る発明によれば、固形不純物のない高品質のバイオマス液化物が得られる。
【０４０７】
請求項２５に係る発明によれば、後処理工程が不要になる。
【０４０８】
請求項２６に係る発明によれば、安定した処理ができると共に、高い脱揮効果が得られる。
【０４０９】
請求項２７に係る発明によれば、揮発成分除去部で高い真空度を得ることができると共に液化生成物を安定して排出できる。
【０４１０】
請求項２８に係る発明によれば、メンテナンスの容易性を有した高能率のバイオマス物質液化物の製造装置を提供できる。
【０４１１】
請求項２９に係る発明によれば、より一層高い処理能率を実現できると共に搬送性に優れ、かつ制御精度のある装置を提供できる。
【０４１２】
請求項３０に係る発明によれば、バイオマス物質の種類や各種処理に応じた様々な撹拌を行うことができる。
【０４１３】
請求項３１に係る発明によれば、液化反応の安定性、均一性及び反応条件の制御精度の高さを確保できる。
【０４１４】
請求項３２に係る発明によれば、撹拌部材の回転に対する反応物の抵抗に応じて撹拌部材の駆動位置を選択することができ、一層の運転安全性と対応能力を確保することができる。
【０４１５】
請求項３３に係る発明によれば、エンドプレート側の駆動機構を駆動することで、固定軸のある撹拌部材と固定軸のない撹拌部材を同時に駆動することができ、バイオマス物質の共回りが起こりやすい区間のみに固定軸を有する撹拌部材を設けているから、安定な処理を行うことができる。
【０４１６】
請求項３４に係る発明によれば、固形未液化バイオマス物質の攪拌部材への付着、共回りおよび詰まりを防止することができるので、順調な液化を実現できる。
【０４１７】
請求項３５に係る発明によれば、環境への負荷を回避できる。
【０４１８】
請求項３６、３７に係る発明によれば、未利用バイオマスの中で量的に最も多いこれらの物質を各種の有用な樹脂原料、燃料又は化学物質へ有効利用することを容易かつ安価に実現することができる。
【０４１９】
請求項３８、３９に係る発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を享受できる。
【０４２０】
請求項４０に係る発明によれば、装置への腐食及び不均一反応を低減できると共に高い液化効率を実現できる。
【０４２１】
請求項４１に係る発明によれば、多種の樹脂原料、燃料、化学物質等として有用なバイオマス液化物が得られる。
【０４２２】
請求項４２に係る発明によれば、液化効率を向上できる。
【０４２３】
請求項４３に係る発明によれば、装置の処理能率を大幅に向上できる。
【０４２４】
請求項４４に係る発明によれば、多種多様な反応を同時に又は順次に行わせることができる。
【０４２５】
請求項４５に係る発明によれば、バイオマス物質の複数種の試薬による液化、バイオマス物質液化物に対する化学修飾／変性、バイオマス物質の液化物のグラフト重合等の各種処理を容易且つ効率良く行うことができる。
【０４２６】
請求項４６に係る発明によれば、高い反応速度及び高精度の温度制御を維持できる。
【０４２７】
請求項４７に係る発明によれば、固形不純物のない高品質のバイオマス液化物を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る製造装置における製造フローチャート図である。
【図２】第１実施形態の製造装置の全体概略構成図である。
【図３】（ａ）は第１実施形態の製造装置の第１撹拌処理装置を示す概略構成図、
（ｂ）はスクリュー部の変化を示す図である。
【図４】第１実施形態の製造装置の第２撹拌処理装置を示す概略構成図である。
【図５】第１実施形態の製造装置の第３撹拌処理装置を示す概略構成図である。
【図６】装置内の物質の移動パターンを示す図である。
【図７】第２実施形態に係る製造装置における製造フローチャート図である。
【図８】第２実施形態の製造装置の全体概略構成図である。
【図９】第２実施形態の製造装置の第２撹拌処理装置を示す概略構成図である。
【図１０】第３実施形態の製造装置の全体概略構成図である。
【図１１】第３実施形態の製造装置の第１撹拌処理装置を示す概略構成図である。
【図１２】第１実施形態の製造装置の実験装置を示す概略構成図である。
【図１３】上記実験装置の第１装置を示す概略構成図である。
【図１４】第２実施形態の製造装置の実験装置を示す概略構成図である。
【図１５】第３実施形態の製造装置の実験装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…材料供給部
２…第１撹拌処理装置
３…第２撹拌処理装置
４…排出口
５…第３撹拌処理装置
６…反応用薬剤注入部
７…反応停止剤注入部
８…揮発成分除去部
１１…ケーシング
１２…撹拌部材（スクリュー）
１３…中空固定軸
１５…駆動機構（モータ）
１８…第１ベント口
１９…反応用薬剤注入口
２０…予熱搬送部
２２…混合部
２３…加熱部
２５…エンドプレート
４７…ケーシング（シリンダ）
４８…撹拌部材（スクリュー）
５０…駆動機構（モータ）
５３…第２ベント口
５４…第２ベント口
５６…液化反応部
７２…ケーシング
７３…ケーシング
７４…エンドプレート
７５…撹拌部材（スクリュー）
７７…駆動機構（モータ）
８５…排出部
９３…強制排出手段
【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】
2004075928.tif 000026
【図９】
2004075928.tif 000027
【図１０】
2004075928.tif 000028
【図１１】
2004075928.tif 000029
【図１２】
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【図１３】
2004075928.tif 000031
【図１４】
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【図１５】
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