(57)【要約】【課題】バイオマス原料を含む流体を超臨界水／亜臨界水と作用させて有用物質を生産する方法において、高濃度のバイオマス原料を含む流体と効率的に混合することで、副生成物であるタール・炭素粒子の発生量を低減し、配管・機器の閉塞、磨耗を抑制すること、タール等の副生成物が配管壁面に付着した場合でも、容易に除去できること。【解決手段】グリセリン、セルロースおよびリグニンから成るグループからの少なくとも一つの原料流体と、超臨界水もしくは亜臨界水の少なくとも一つを混合させるための円筒形状の混合流路と、前記混合流路に、原料流体および超臨界水もしくは亜臨界水を流入させる少なくとも二つの入口流路と、前記混合流路で混合した反応液を排出する出口流路と、前記混合流路の中心軸に設置された回転軸を有する攪拌翼と、を備えた超臨界水もしくは亜臨界水の反応装置。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グリセリン、セルロースおよびリグニンから成るグループからの少なくとも一つの原料流体と、超臨界水もしくは亜臨界水の少なくとも一つを混合させるための円筒形状の混合流路と、
前記混合流路に、原料流体および超臨界水もしくは亜臨界水を流入させる少なくとも二つの入口流路と、
前記混合流路で混合した反応液を排出する出口流路と、
前記混合流路の中心軸に設置された回転軸を有する攪拌翼と、
を備えたことを特徴とする超臨界水もしくは亜臨界水の反応装置。
【請求項２】
請求項１に記載された反応装置において、
前記回転軸を、前記反応液の運動エネルギーで回転させることを特徴とする超臨界水もしくは亜臨界水の反応装置。
【請求項３】
請求項１に記載された反応装置において、
前記回転軸に固定された磁石と軸受を備え、
前記磁石を磁力により非接触で回転させるための磁石を前記反応装置の外側に備え、
前記回転軸に固定された磁石と軸受を収納した容器に、前記混合流路の圧力よりも高い圧力で冷却水を流入するための入口流路と出口流路を備えたことを特徴とする超臨界水もしくは亜臨界水の反応装置。
【請求項４】
請求項１に記載された反応装置において、
前記反応液と接触する前記反応装置内の接液部が鏡面加工されていることを特徴とする超臨界水もしくは亜臨界水の反応装置。
【請求項５】
請求項１に記載された反応装置の前記混合流路を第一の混合流路として設け、
前記第一の混合流路の前記出口流路から排出された反応液と、冷却水を流入する第二の混合流路と、前記第二の混合流路の中心軸に設置された回転軸を有する攪拌翼と、
を備えたことを特徴とする超臨界水もしくは亜臨界水の反応装置。
【請求項６】
請求項５に記載された反応装置において、
前記第二の混合流路の後にタールと炭素粒子を分離するフィルタと、
フィルタを５００℃以上に加熱できる加熱手段と、
前記混合流路内に、酸素を含む流体を流入する設備と、を備えて、
フィルタに付着した炭素粒子を燃焼して除去する機能を備えた超臨界水もしくは亜臨界水の反応装置。
【請求項７】
グリセリン、セルロースおよびリグニンから成るグループの少なくとも一つを含む原料流体に、超臨界水もしくは亜臨界水を作用させてアクロレイン、グルコースおよびヒドロキシメチルフルフラールから成るグループの少なくとも一つを合成する方法であって、
円筒形状の混合流路内で攪拌翼の回転により、前記原料流体と超臨界水もしくは亜臨界水を混合させた反応液を合成するステップを含むことを特徴とする超臨界水もしくは亜臨界水の反応方法。
【請求項８】
請求項７に記載された反応方法において、
前記回転軸を有する前記攪拌翼を、前記反応液の運動エネルギーで回転させることを特徴とする超臨界水もしくは亜臨界水の反応方法。
【請求項９】
請求項７に記載された反応方法において、
前記回転軸を有する前記攪拌翼の回転を、前記回転軸に固定された磁石に非接触で前記流路の外側に設けられた磁石からの磁力により行い、かつ、前記回転軸に固定された軸受と磁石を、反応圧力よりも高い圧力の冷却水で冷却することを特徴とする超臨界水もしくは亜臨界水の反応方法。
【請求項１０】
請求項７に記載された反応方法の前記ステップに続いて、
円筒形状の第二の混合流路内で攪拌翼の回転により、前記反応液と冷却水とを混合するステップを備えたことを特徴とする超臨界水もしくは亜臨界水の反応方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載された反応方法において、
前記第二の混合流路から排出された反応液からタールと炭素粒子を分離するフィルタの逆洗時に、
該フィルタを５００℃以上に加熱し、前記混合流路内に酸素を含む流体を流して、前記フィルタに付着した炭素粒子を燃焼して除去する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超臨界水もしくは亜臨界水を用いた反応装置および方法、特に、バイオマス原料流体に超臨界水もしくは亜臨界水を作用させて有益化学物質を合成する装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
1,3-プロパンジオールは、ポリトリメチレンテレフタレートを始めとする高品質なポリエステル繊維の原料であるため、近年需要が増加している。1,3-プロパンジオールの合成方法の一つに、非特許文献１に記載されたアクロレイン水和・水素添加法がある。これは、石油原料であるプロピレンを触媒存在下で空気酸化して得られたアクロレインを水和・水素添加反応させて製造するもので、工業的製造方法として確立している。しかしながら、近年の原油価格の高騰から、バイオ原料からの合成方法の開発が望まれている。
【０００３】
バイオ原料から、1,3-プロパンジオールを化学的に合成する方法は報告されていないが、前駆体であるアクロレインを合成する技術は存在し、非特許文献２には、その一つが記載されている。この方法は、配管径１mmオーダー、流量１０〜５０mL／分の小規模装置を用いて、バイオ原料であるグリセリン水溶液と高温の超臨界水を３５MPaで混合し、瞬時に400℃に昇温してアクロレインを合成する方法である。ここでは、最適反応時間２０秒程度である。この方法は、グリセリン水溶液に微量添加した硫酸によるプロトンが、グリセリンの脱水反応を加速させる触媒として機能する点に特徴がある。
【０００４】
しかし、非特許文献２の方法では、原料中のグリセリン濃度が１%程度と低く、水の昇温・昇圧に多くのエネルギーが消費されるため、商用生産に向けては反応液中のグリセリン濃度を少なくとも１５%以上に高濃度化する必要である。グリセリン濃度を１５%以上に増大すると、反応速度の高速化により最適反応時間が数秒と短くなる。このため、少なくとも最適反応時間の１／１０の時間で完全混合する必要がある。
【０００５】
ところが、グリセリン濃度の増大にともなって超臨界水とグリセリン水溶液の粘度差も増大するため、混合性が低下する。さらに、年間数万トン規模の商用プラントにおいて、経済的な流速で反応液を混合する場合、配管径は１〜１０cmのサイズとなり、これにともなって拡散距離も増大する。この時、混合時間は、配管径の二乗に反比例するから、数秒以上の時間になる。混合性が低下した場合、グリセリン分子近傍の超臨界水の配位数が低下する。
【０００６】
図１は、超臨界水を用いたグリセリンの脱水反応経路を示す。配位数が少なくなるとアクロレインを生成する主反応よりも副反応が支配的に進行するので、アクロレインの反応収率が低下する。また、混合性低下にともなって、反応温度よりも高い温度でグリセリンが超臨界水と接触して反応するため、タールや炭素粒子等の反応副生成物の発生量が増大し、更に収率が低下する。
【０００７】
そして、タールにより凝集した炭素粒子がバルブ弁体・弁座へ固着する。これにより弁体・弁座の磨耗等、弁体の稼動範囲が制限されることにより精密な圧力制御が困難になること可能性がある。また、発生したタールが反応配管壁面に付着すると、壁面で炭化するため、配管閉塞を起こしやすい。そこで、グリセリンの高濃度化とスケールアップの観点から、混合性の改善と反応配管壁面に付着したタールの除去が必要である。
【０００８】
特許文献１は、有機廃液を超臨界水処理する方法において、反応配管壁面へ塩が付着することを防止する技術を記載している。一般に、水が常温常圧の状態では比誘電率が大きく塩類の溶解性が高いが、超臨界状態では比誘電率の低下により塩類の析出が起こしやすい。特許文献１の技術は、図２に示すように、内管が多孔質円筒からなる二重管から構成されており、多孔質円筒内部に有機廃液・超臨界水・反応液の中和剤（アルカリ水溶液）を送液し、有機物の分解処理を行い、多孔質円筒の外部から空気を内部に向けて排出することで、反応液の中和により発生する塩類固形物による壁面付着を抑制する方式である。しかし、反応配管内壁が多孔質であるため、塩が一度付着すると、それが多孔質内部に侵入してしまい、除去できないという問題がある。
【０００９】
特許文献２は、有機廃液を超臨界水処理する方法において、反応容器壁面へ付着した塩を除去する技術を記載している。この方法は、図３に示すように、縦型の円筒反応容器に、有機物、酸化剤、超臨界水を供給し、有機物を分解する際に反応容器壁面に析出した塩を、スクレーパを上下させてかき落とすものである。スクレーパは、常時は亜臨界領域内に位置し、かつかき落とし時には超臨界領域に移動させて上下動させるため、かき落とされた塩物質を亜臨界水領域で溶解されるため、スクレーパ自体に塩物質が付着・堆積する問題が少ないという利点がある。しかし、塩類は溶解できるが、炭素はいかなる状態の水に対しても溶解度を持たないため、また、スクレーパを高圧水中で上下動させるため、スクレーパの押し込む際に大きなエネルギーを必要とするという問題がある。
【００１０】
特許文献３は、自己熱回収型の二重管熱交換器の外管での配管壁面付着物の除去方法を記載している。この方法は、図４に示すように、二重管熱交換器の外管内に磁石製のリング状スクレーパが設置されており、これを外部に設置された磁石によって移動させることにより、配管壁面に付着した固形物をかき取り、除去する方法である。しかし、二重管熱交換器の内管内面や高温となる反応配管の壁面に付着した固形分の除去はできないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平９−２９９９６６号公報
【特許文献２】特開平１０−１５５６６号公報
【特許文献３】特開平１１−１１４６００号公報
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】原田哲彌、1,3-PDO、PTTの製造、用途および経済性、(株)シーエムシープラネット事業部、2000年8月、pp. C1-C32
【非特許文献２】Masaru Watanabe et al., "Acrolein synthesis from glycerol in hot-compressed water.", Bioresource Technology, Vol. 98 (2007) pp. 1285-1290
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の目的は、バイオマス原料を含む流体を超臨界水もしくは亜臨界水と作用させて有用物質を大流量で商用生産する方法において、高濃度のバイオマス原料を含む流体と超臨界水もしくは亜臨界水を効率的に混合することで、副生成物であるタール・炭素粒子の発生量を低減し、配管・機器の閉塞、磨耗を抑制し、高収率で安定に合成を進めることが可能な技術を提供することにある。併せて、発生したタール等の副生成物が配管壁面に付着した場合でも、容易に除去できる方法を提供することも本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明による超臨界水もしくは亜臨界水の反応装置は、グリセリン、セルロースおよびリグニンから成るグループからの少なくとも一つの原料流体と、超臨界水もしくは亜臨界水の少なくとも一つを混合させるための円筒形状の混合流路と、前記混合流路に、原料流体および超臨界水もしくは亜臨界水を流入させる少なくとも二つの入口流路と、前記混合流路で混合した反応液を排出する出口流路と、前記混合流路の中心軸に設置された回転軸を有する攪拌翼と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明による別の超臨界水もしくは亜臨界水の反応装置は、上記の反応装置の上記混合流路を第一の混合流路として設け、前記第一の混合流路の前記出口流路から排出された反応液と、冷却水を流入する第二の混合流路と、前記第二の混合流路の中心軸に設置された回転軸を有する攪拌翼と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明による超臨界水もしくは亜臨界水の反応方法は、グリセリン、セルロースおよびリグニンから成るグループの少なくとも一つを含む原料流体に、超臨界水もしくは亜臨界水を作用させてアクロレイン、グルコースおよびヒドロキシメチルフルフラールから成るグループの少なくとも一つを合成する方法であって、円筒形状の混合流路内で攪拌翼の回転により、前記原料流体と超臨界水もしくは亜臨界水を混合させた反応液を合成するステップを含むことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明による超臨界水もしくは亜臨界水の反応方法は、上記の反応方法の上記ステップに続いて、円筒形状の第二の混合流路内で攪拌翼の回転により、前記反応液と冷却水とを混合するステップを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、グリセリン、セルロースおよびリグニンの少なくとも一つを含む原料流体と超臨界水もしくは亜臨界水を、混合流路内に設置した撹拌翼で急速に十分に撹拌するため、原料高濃度化により密度が大きく異なる原料流体と超臨界水もしくは亜臨界水との混合性を向上することができる。その結果、反応副生成物であるタールの発生量を低減し、混合流路の壁面における流体剪断力を高めることができるので、反応配管壁面に付着したタールの炭化により発生した炭素を剥離・除去することができる。さらに、混合流体の運動エネルギーにより撹拌翼が回転するため、外部回転駆動装置が不要であるため、構造を簡素化することができる。
【００１９】
また、第一の混合配管で反応した反応液と冷却水とを、第二の混合配管内に設置した撹拌翼で急速に十分に混合できるため、原料高濃度化により密度が大きく異なる原料流体と超臨界水もしくは亜臨界水との混合性を向上することができ、反応副生成物であるタールの発生量を低減することが可能である。また、混合流路の壁面における流体剪断力を高めることができるので、反応配管壁面に付着したタールの炭化により発生した炭素を剥離・除去することができる。また、混合流体の運動エネルギーにより撹拌翼が回転するため、外部回転駆動装置が不要であるため、構造を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】超臨界水を用いたグリセリンの脱水反応経路を示す。
【図２】特許文献１に示された従来技術を示す。
【図３】特許文献２に示された従来技術を示す。
【図４】特許文献３に示された従来技術を示す。
【図５】本発明によるアクロレインの合成装置の全体経路を示す。
【図６】本発明の実施例１による混合配管を示す。
【図７】本発明の実施例１による混合配管における撹拌軸と撹拌翼の側面図を示す。
【図８】本発明の実施例１による混合配管における撹拌軸と撹拌翼の正面図を示す。
【図９】本発明の実施例２による混合配管を示す。
【図１０】本発明の実施例３による混合配管を示す。
【図１１】本発明の実施例４による２段階の混合配管から成る装置を示す。
【図１２】本発明における超臨界水・亜臨界水の温度・圧力範囲を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、原料としてグリセリンおよび水として超臨界水を選択し、これらを混合して反応を開始し、副生成物を分離除去した後、反応液を回収するまでの流れを説明する。
【００２２】
図５は、本発明のアクロレインの合成装置の全体経路を示す。まず、水を超臨界水高圧ポンプ(110)により３５MPaで送液し、超臨界水プレヒータ(120)で500℃に昇温する。また、グリセリンと希硫酸から成る原料を原料高圧ポンプ(210)により３５MPaにて送液し、原料プレヒーター(220)で250℃に昇温する。かかる高温水と高温原料は、流路内に撹拌機を有する混合配管(310a,b)で混合され、瞬時に400℃、３５MPaでアクロレイン合成反応を開始する。
【００２３】
〔実施例１〕
図６は、本発明の実施例１に係る混合配管を示すものであり、撹拌機を内蔵した混合流路の構造の一例である。グリセリンと硫酸を含む原料流体および超臨界水は、それぞれ、入口流路(300)と入口流路(301)から、混合配管(310)に送液される。混合配管(310)内に設置された撹拌軸(311)には撹拌翼(312)が接続されており、混合流路の上流側軸受け(330)と下流軸受け(370)により混合流路の中心軸を回転軸として回転し、流体の混合を行う。
【００２４】
撹拌翼は、混合流路を流れる流体の運動エネルギーにより撹拌される。混合流路の直径は１〜１０cm、流速は２〜１０m/secが望ましい。その理由は、流速を、秒速２m以下にすると混合性能が低下し、秒速１０m以上にするとエロージョンにより配管減肉が生じるためである。最適反応時間はグリセリン濃度が２０wt%の場合、１〜２秒であるため、反応配管の長さは４〜２０mになる。このため、軸受け(330)(370)は反応配管の上流と下流の２箇所に設置する必要がある。撹拌翼と撹拌翼の流れ方向の間隔はできるだけない方が望ましい。これは撹拌翼を流れ方向に連続して設置することにより、配管壁面に付着した炭素を均等に除去することができるためである。図７、図８は、実施例１の撹拌軸と撹拌翼の側面図および正面図である。撹拌翼の回転力を増大する目的で、撹拌翼の位相は後段の撹拌翼とずれた状態で設置されている。
【００２５】
上記した実施例１では、混合流路内に設置した撹拌翼で撹拌することができるので、原料高濃度化により密度が大きく異なる原料流体と超臨界水もしくは亜臨界水との混合性を向上することができる。そのため、反応副生成物であるタールの発生量を低減することができる。
【００２６】
また、混合流路の壁面近傍における流体剪断力を高めることによって、反応配管壁面に付着したタールの炭化により発生した炭素を剥離・除去することができる。更に、混合流体の運動エネルギーにより撹拌翼が回転するため、外部回転駆動装置が不要となり、その結果、構造を簡素化することができる。
【００２７】
混合配管(310)、撹拌翼(312)および撹拌軸(311)は、鏡面加工されていることが望ましい。これは、反応配管壁面上のタール付着を低減すると共に、付着したタールおよび該タールが炭化した炭素を除去するための流体剪断エネルギーを低減する。そのため、配管閉塞も防止することができる。
【００２８】
また、混合配管の入口流路から、または逆洗の場合には出口流路から酸素を含む流体を流すと共に、混合配管の外部の加熱手段により混合配管を５００℃以上に加熱できることが望ましい。これは、撹拌機により発生した剪断力では除去できなくなった炭素を、燃焼により除去して、配管閉塞を防止するためである。
【００２９】
〔実施例２〕
図９は、本発明の実施例２に係る混合配管を示すものであり、撹拌機を内蔵した混合流路の構造の他例である。実施例２では、混合配管の外部に設置した外部回転駆動機構により撹拌翼を回転する。
【００３０】
混合配管の上流側の軸受け(330)および下流の軸受け(370)は、それぞれ上流側の冷却水の入口(340)および下流側の冷却水の入口(380)から流入した冷却水により冷却される。また、回転軸に接続された内部磁石(351)は、冷却水入口(340)から流入した冷却水によりキュリー点以下に冷却される。
【００３１】
また、冷却水の圧力は、反応圧力よりも高くする必要がある。これにより、反応液が冷却水に混入することを防止して、反応液中に含まれるタールや炭素粒子等の副生成物が軸受けや磁石に付着する惧れをなくしている。こうして、撹拌強度を高く維持することにより、混合性を高めて、副生成物であるタールの発生量を低減することができる。
【００３２】
また、混合流路の壁面近傍における流体剪断力を高めることができるので、反応配管壁面に付着したタールの炭化により発生した炭素を剥離・除去することができる。さらに、磁石を冷却によりキュリー点以下の温度に保持できるため、撹拌強度を高めることができる。
【００３３】
なお、図９に示した混合流路においては、外部磁石(350)および内部磁石(351)は、混合配管の上流側に記載したが、下流側に設けるようにしてもよい。磁石を冷却できない場合には、下流に設置することが望ましい。その理由は、上流側には、５００℃の超臨界水が流入するのに対し、下流側では、反応温度が４００℃と比較的低いからである。
【００３４】
混合配管内の流速をｕ(m/sec)と、撹拌翼の流れ方向の幅をｗ(m)とした場合、撹拌翼の回転数はｕ／ｗ(Hz)とすることが望ましい。これは、流体の進行と共に常に撹拌翼による剪断を受けるため、混合性を向上することができるためである。
【００３５】
〔実施例３〕
図１０は、本発明の実施例３に係る混合配管を示すものであり、撹拌機を内蔵した混合流路の構造の他の例である。実施例３では、実施例２と比較して、混合配管の外部に設置した外部回転駆動機構によって撹拌翼を回転することでは同じであるが、軸受けをマグネットとしていることで異なり、そのため、構造を簡素化することができる。
【００３６】
図９、図１０に示した実施例２、３では、混合配管(310)内で最適な反応時間が経過した後に、図５の冷却水高圧ポンプ(491)を用いて冷却水を送液し、冷却水の直接混合により反応を停止させる。その際、グリセリン濃度を２０％とした場合の最適反応時間は１〜２秒であるため、その１／１０程度の時間で反応液を反応停止温度まで高速冷却する必要があるが、反応配管の内径が数cmのサイズになると、二重管冷却器による間接冷却方式よりも冷却水の直接混合方式を採用することが、反応時間の制御性を向上させる上で必要となる。
【００３７】
次に、反応液と冷却水の混合にも、前記の旋回流を用いた反応装置を用いることにより、反応時間の制御性を向上し、反応収率を向上させて例を示す。
【００３８】
〔実施例４〕
図１１は、本発明の実施例４に係る装置を示すものであり、ここでは、超臨界水とグリセリンの第一の混合と、この混合により得られた反応液と冷却水の第二の混合に、撹拌翼を流路内に設置した混合配管装置を、２段階で使用した例である。
【００３９】
混合配管を２段階で用いることにより、第一の混合配管で反応した反応液と冷却水を、第二の混合配管内に設置した撹拌翼で急速混合できるため、原料高濃度化により密度が大きく異なる原料流体および超臨界水もしくは亜臨界水との混合性を向上することができ、反応副生成物であるタールの発生量を低減することが可能である。また、混合流路の壁面近傍における流体剪断力を高めることができるので、反応配管壁面に付着したタールの炭化により発生した炭素を剥離・除去することができる。
【００４０】
反応を停止した反応液は、図５に示した後段のフィルタ(520a，520b)でタールと炭素粒子を分離し、炭素粒子のみをフィルタで捕捉し、タールは高粘度を保ったまま通過させる。これにより、タールと炭素粒子の凝集による配管閉塞を防止する。なお、運転時間が長期化すると逆洗効率が低下し、逆洗の時間間隔が短くなる。逆洗時間間隔が短くなった場合、フィルタ外部に設置したヒータ（525）によりフィルタを５００℃以上に加熱し、酸素を含む流体を流し、炭素粒子を燃焼・除去することにより、逆洗性能を回復することができる。
【００４１】
炭素粒子の分離除去フィルタは、２系統以上用意することで、フィルタに付着した炭素粒子（ケーキ）の逆洗による排出作業を交互に行うことができる。これにより、プラント全体を停止する必要がなくなるので、連続運転性が向上し、プラントの起動に伴う熱損失を低減でき、運転コストを低減することが可能である。
【００４２】
炭素粒子を除去した反応液は第二の冷却器(620)で冷却した後に、オリフィス(630)および圧力調節弁(640)により大気圧に降圧し、後段のアクロレインの蒸留装置に送液される。
【００４３】
上記の各実施例では、原料としてグリセリンと希硫酸、水として超臨界水を用いて、グリセリンを合成する場合を示したが、本発明は、この場合に限定されるものではなく、原料として、グリセリン、セルロースもしくはリグニン、又はこれらの組み合わせでもよく、超臨界水に替えて亜臨界水を用いてもよい。そして、目的物質としては、アクロレイン、グルコースおよびヒドロキシメチルフルフラールの少なくとも一つを合成するものとしてもよい。
【００４４】
〔実施例５〕
図１１を用いて超臨界もしくは亜臨界水を用いてセルロースを加水分解反応して、グルコースを合成する例を説明する。原料液にはセルロースが水に分散したセルローススラリーを用い、反応溶媒として超臨界水を用いる。1〜10%のセルローススラリー水溶液を20〜40MPaで原料流体入口(300)に送液する。同じ圧力の400〜600℃の超臨界水を超臨界水または亜臨界水入口(301)に送液し、両者は第一の混合配管(310)内で撹拌翼(312)により高速混合し、20〜40MPa、200〜400℃で0.1〜20秒間加水分解反応される。この加水分解反応によりグルコースおよびフルクトース等の糖が合成される。その後、この反応液を冷却水入口(401)から送液した冷却水と、第二の混合配管内に設置した撹拌翼で急速混合させ、100℃〜200℃に冷却し反応を停止する。その後、フィルタにて炭素粒子を除去し、冷却・減圧した反応液を回収する。
【００４５】
〔実施例６〕
図１１を用いて超臨界もしくは亜臨界水を用いてグルコースを脱水反応して、グルコースを合成する例を説明する。原料液にはグルコース20%水溶液に硫酸を2mM添加した原料液をを、反応溶媒に水として亜臨界水を用いる。グルコースと酸の水溶液を5〜20MPa、100〜200℃で原料流体入口(300)に送液する。同じ圧力の200〜400℃の超臨界水を超臨界水または亜臨界水入口(301)に送液し、両者は第一の混合配管(310)内で撹拌翼(312)により高速混合し、5〜20MPa、200〜350℃で5〜30秒間脱水反応される。この脱水反応により、5-ヒドロキシメチルフルフラールが合成される。その後、この反応液を冷却水入口(401)から送液した冷却水と、第二の混合配管内に設置した撹拌翼で急速混合させ、100℃〜200℃に冷却し反応を停止する。その後、フィルターにて炭素粒子を除去し、冷却・減圧した反応液を回収する。
【００４６】
本発明では、超臨界水は374℃以上、22.1MPa以上の状態と定義する。また、亜臨界水は複数の定義があり、100℃〜374℃、かつ飽和蒸気圧以上の水(亜臨界A)で、もう一つは374℃以上、0.1〜22.1MPaの水(亜臨界B)で定義されることが多いが、本発明における亜臨界水の温度・圧力範囲は図１２に示すとおり、200〜374℃、5.0〜22.1MPaと定義する。
【００４７】
また、本発明において、バイオマスとは、限定されるものではないが、油脂、木質バイオマス、稲わら、セルロース、古紙、糖質、グルコース、フルクトースのことをさす。
【符号の説明】
【００４８】
100・・・水ヘッダー、110・・・超臨界水高圧ポンプ、120・・・超臨界水プレヒータ、
200・・・原料ヘッダー、210・・・原料高圧ポンプ、220・・・原料プレヒータ、230・・・超臨界水と原料の合流点、
300〜381・・・第一の混合配管の構成機器、300・・・原料流体入口、301・・・超臨界水または亜臨界水入口、302・・・反応液出口、310・・・混合配管、311・・・撹拌軸、312・・・撹拌翼、320・・・上流軸冷却室冷却水入口、321・・・上流軸冷却室、322・・・上流軸冷却室冷却水出口、330・・・上流軸受、331・・・上流軸受冷却室冷却水出口、340・・・上流軸受冷却室冷却水入口、341・・・上流軸受冷却室、350・・・外部磁石、351・・・内部磁石、352・・・マグネット室、360・・・下流軸冷却室冷却水入口、361・・・下流軸冷却室、362・・・下流軸冷却室冷却水出口、370・・・下流軸受、371・・・下流軸受冷却室冷却水出口、380・・・上流軸受冷却室冷却水入口、381・・・上流軸受冷却室、
400〜491・・・第二の混合配管の構成機器、401・・・冷却水入口、402・・・反応液出口、410・・・混合流路、411・・・撹拌軸、412・・・撹拌翼、420・・・上流軸冷却室冷却水入口、421・・・上流軸冷却室、422・・・上流軸冷却室冷却水出口、430・・・上流軸受、431・・・上流軸受冷却室冷却水出口、440・・・上流軸受冷却室冷却水入口、441・・・上流軸受冷却室、450・・・外部磁石、451・・・内部磁石、460・・・下流軸冷却室冷却水入口、461・・・下流軸冷却室、462・・・下流軸冷却室冷却水出口、470・・・下流軸受、471・・・下流軸受冷却室冷却水出口、480・・・上流軸受冷却室冷却水入口、481・・・上流軸受冷却室、490・・・冷却水ヘッダー、491・・・冷却水高圧ポンプ、
500・・・逆洗流体ヘッダー、510・・・ドレン、520・・・フィルタ、521・・・フィルタの反応液入口バルブ、522・・・フィルタの反応液出口バルブ、523・・・フィルタの逆洗流体入口バルブ、524・・・フィルタのドレンバルブ、、525・・・フィルタのヒーター、
620・・・冷却器、630・・・オリフィス、640・・・圧力調節弁、650・・・反応液出口、
ａ・・・第一の系統、b・・・第二の系統、X・・・原料ライン、Y・・・超臨界水もしくは亜臨界水ライン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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