(57)【要約】【課題】加圧熱水による加水分解処理後において、効率良く残渣の水分調節を行うことができる熱水流通式糖化装置の制御方法及び熱水流通式糖化装置の提供。【解決手段】原料有機物に加圧熱水を通水させて加水分解する反応管１と、反応管１に原料有機物を移送するプッシャー５ａと、を有する熱水流通式糖化装置Ａの制御方法であって、上記加水分解後に、反応管１の中にプッシャー５ａを進入させ、原料有機物の残渣Ｘａを圧搾し、脱水させる、という手法を採用する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料有機物に加圧熱水を通水させて加水分解する反応管と、前記反応管に前記原料有機物を移送するプッシャーと、を有する熱水流通式糖化装置の制御方法であって、
前記加水分解後に、前記反応管の中に前記プッシャーを進入させ、前記原料有機物の残渣を圧搾し、脱水させることを特徴とする熱水流通式糖化装置の制御方法。
【請求項２】
前記反応管には、液体を回収する開閉自在な液体回収管が接続されており、
前記残渣の圧搾の際には、前記液体回収管を開放状態とすることを特徴とする請求項１に記載の熱水流通式糖化装置の制御方法。
【請求項３】
原料有機物に加圧熱水を通水させて加水分解する反応管と、前記反応管に前記原料有機物を移送するプッシャーと、を有する熱水流通式糖化装置であって、
前記プッシャーは、前記反応管の一端から他端に向かって進入可能なストロークを有することを特徴とする熱水流通式糖化装置。
【請求項４】
前記反応管には、液体を回収する液体回収管が接続されており、
前記液体回収管は、前記原料有機物の残渣と液体とを分離するフィルターを有することを特徴とする請求項３に記載の熱水流通式糖化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱水流通式糖化装置の制御方法及び熱水流通式糖化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、石油等の化石資源の代替資源としてカーボンニュートラル資源であるバイオマスが注目されている。このようなバイオマスの利用の１つとして、セルロースを含有するバイオマスを糖化処理することでグルコース（単糖類）を生成し、さらに、このグルコースをアルコール発酵させることでバイオエタノールを生成する技術が知られている。
【０００３】
下記特許文献１には、バイオエタノールを生成する過程において、バイオマスに加圧熱水を通水し加水分解により、該バイオマスに含まれるセルロース及びヘミセルロースを可溶化する熱水流通式糖化装置が開示されている。この熱水流通式糖化装置は、バイオマスの原料有機物に加圧熱水を通水させて加水分解する反応管と、反応管に原料有機物を移送するプッシャーと、を有しており、バッチ式で原料有機物を加水分解処理する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４２８９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記装置で、ヘミセルロース分のみを可溶化し、セルロース分をリグニンと共に残渣として回収しようとする場合、処理後の対象物（残渣）は、当該加熱分解が加圧熱水を通水して処理するために、水分量が多い。このため、次のプロセス工程（例えば、酵素分解工程）を効率よく行うために、残渣の水分調整（脱水）をする必要がある。また、この水分には活用可能なヘミセルロースが溶解しているので、通常の熱水処理水と同様に回収すべきである。
しかしながら、残渣の脱水のためだけに、脱水装置を追加して設けると、その分だけ機器点数が増えてしまう、また、熱水流通式糖化装置から脱水装置に残渣を移送するためのプロセス工程も必要となるという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、加圧熱水による加水分解処理後において、効率良く残渣の水分調節を行うことができる熱水流通式糖化装置の制御方法及び熱水流通式糖化装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、原料有機物に加圧熱水を通水させて加水分解する反応管と、上記反応管に上記原料有機物を移送するプッシャーと、を有する熱水流通式糖化装置の制御方法であって、上記加水分解後に、上記反応管の中に上記プッシャーを進入させ、上記原料有機物の残渣を圧搾し、脱水させる、という手法を採用する。
【０００８】
また、本発明においては、上記反応管には、液体を回収する開閉自在な液体回収管が接続されており、上記残渣の圧搾の際には、上記液体回収管を開放状態とする、という手法を採用する。
【０００９】
また、本発明においては、原料有機物に加圧熱水を通水させて加水分解する反応管と、上記反応管に上記原料有機物を移送するプッシャーと、を有する熱水流通式糖化装置であって、上記プッシャーは、上記反応管の一端から他端に向かって進入可能なストロークを有する、という構成を採用する。
【００１０】
また、本発明においては、上記反応管には、液体を回収する液体回収管が接続されており、上記液体回収管は、上記原料有機物の残渣と液体とを分離するフィルターを有する、という構成を採用する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、反応管に原料有機物を移送するプッシャーが、加水分解後に反応管の中に進入し、残渣を圧搾し、脱水させるため、熱水流通式糖化装置の中において、残渣の水分調節（脱水）を行うことができる。
したがって、本発明では、別途に脱水装置を増設することなく、また、残渣を脱水装置に移送するプロセス工程も必要なくなり、効率良く残渣の水分調節を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態における熱水流通式糖化装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施形態における熱水流通式糖化装置の動作を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺等を適宜変更している。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態における熱水流通式糖化装置Ａを示す構成図である。
本実施形態に係る熱水流通式糖化装置Ａは、図１に示すように、反応管１、ボール弁２、原料供給管３、原料ホッパ４、原料移送部５、残渣排出部６、加圧熱水供給部７、液体回収部８、ガス排出部９、及び各構成機器の動作を制御する不図示の制御装置、から構成されている。
【００１５】
熱水流通式糖化装置Ａは、反応管１に収納されたバイオマスの原料有機物Ｘに所定温度（例えば１５０〜３００℃程度）かつ所定圧力以上（例えば所定圧力における飽和蒸気圧以上）の加圧熱水を所定時間通水させることにより、連続的ではなくバッチ的（間欠的）に原料有機物Ｘを加水分解する装置である。バイオマスは、周知のように、セルロース（多糖類）、ヘミセルロース（多糖類）及びリグニンを主成分とするが、このような成分のバイオマスに加圧熱水を作用させることにより、セルロースやヘミセルロースの両方又はいずれか一方をさらに重合度の低い多糖類（キシロオリゴ糖、セロオリゴ糖及びこれらより多少重合度が高い各種オリゴ糖）に分解し可溶化することができる。
【００１６】
熱水流通式糖化装置Ａにおいて、反応管１は、図示するように断面が円形の直管状容器である。反応管１の一端（左端）にはボール弁２が連接され、他端（右端）は閉塞している。後述するように、この反応管１内には原料有機物Ｘが収容されると共に加圧熱水が一端側（左側）から他端側（右側）に向けて流通することにより、原料有機物Ｘに含まれるセルロースやヘミセルロースの両方又はいずれか一方がさらに重合度の低い多糖類（キシロオリゴ糖、セロオリゴ糖及びこれらより多少重合度が高い各種オリゴ糖）に分解し可溶化される。
【００１７】
ボール弁２は、弁体に形成された通路が反応管１の内形と同一かつ同軸となるように設けられている。このボール弁２において、反応管１の反対側には原料供給管３が連接されている。原料供給管３は、内形が反応管１の内形及びボール弁２の通路の内形と同一かつ反応管１と同軸な直管である。すなわち、上記反応管１、ボール弁２及び原料供給管３は、図示するように直線状かつ軸線が水平となるように設けられている。
【００１８】
原料ホッパ４は、原料供給管３の側部に当該原料供給管３に連通するように設けられており、原料有機物Ｘを収納する。すなわち、原料ホッパ４の下部開口は原料供給管３の側部に形成された開口と連通しており、原料供給管３は、原料ホッパ４から落下した原料有機物Ｘを収容する。原料有機物Ｘとしては、例えば、建築廃材、間伐材等の木質系バイオマス原料、あるいは、稲わら、バガス等の草本系バイオマス原料を用いることができる。
【００１９】
原料移送部５は、原料供給管３の一端（左端）に連接されており、原料供給管３内に収容された原料有機物Ｘを原料供給管３の一端（左端）から反応管１に向けて押し出して反応管１に移送する。この原料移送部５は、原料有機物Ｘを押圧するプッシャー５ａと当該プッシャー５ａを油圧駆動する油圧ユニット５ｂとから構成されている。プッシャー５ａは、反応管１の内形よりも若干小さい外形を有し、反応管１の内形と同一内形のボール弁２を介して反応管１の中に進入することが可能な構成となっている。
【００２０】
このプッシャー５ａは、反応管１の一端（左端）から他端（右端）に向かって進入可能なストロークを有している。本実施形態のプッシャー５ａは、図１において二点鎖線で示すように、反応管１の他端（右端）まで進入可能なストロークを有している。なお、プッシャー５ａは、必ずしもこのストロークに限定されず、少なくとも原料有機物Ｘの加水分解処理後の残渣を圧搾できる長さがあれば良い。その長さは、例えば、反応管１の大きさと、一回に加水分解処理する原料有機物Ｘの処理量、厳密には当該処理後の残渣の量と、に基づいて設定することができる。
【００２１】
残渣排出部６は、図示するように、反応管１において原料供給管３の反対側の側部に設けられ、残渣を外部に排出するための開閉扉である。加圧熱水供給部７は、反応管１の一端側（左端側）に加圧熱水を供給するものであり、加圧ポンプ７ａ及びヒータ７ｂ等から構成されている。加圧ポンプ７ａは、外部から供給された水を所定圧力まで加圧してヒータ７ｂに供給するものである。ヒータ７ｂは、加圧ポンプ７ａから供給された加圧水を所定温度まで加熱し、加圧熱水として反応管１に供給する。
【００２２】
液体回収部８は、反応管１の他端側（右端側）から加圧熱水を分解液とともに回収するものであり、冷却器８ａ及び保圧弁８ｂ等から構成されている。冷却器８ａは、反応管１から排出された処理液を冷却して保圧弁８ｂに供給する。保圧弁８ｂは、反応管１内の圧力を所定圧力に保持するための調節弁である。ガス排出部９は、反応管１内に溜まったガスを外部に排出するためのものであり、ガス抜き弁９ａ等から構成されている。このガス抜き弁９ａは開閉弁である。
【００２３】
液体回収部８は、反応管１の他端（右端）に接続された液体回収管８ｃを有する。液体回収管８ｃには、冷却器８ａ及び保圧弁８ｂが設けられている。液体回収管８ｃは、冷却器８ａ及び保圧弁８ｂよりも上流側にフィルター８ｃ１を有している。フィルター８ｃ１は、原料有機物Ｘ及びその残渣と液体とを分離（ろ過）するものである。フィルター８ｃ１は、加圧熱水が通水することから、熱に強く比較的頑丈なもの、例えば金網等を用いることが好ましい。
【００２４】
次に、このように構成された熱水流通式糖化装置Ａの動作について、図２を参照して詳しく説明する。なお、以下の説明では、特に断りがない限り、熱水流通式糖化装置Ａの不図示の制御装置が、各構成機器の動作を制御する。
図２は、本発明の実施形態における熱水流通式糖化装置Ａの動作を示す説明図である。
【００２５】
本実施形態の熱水流通式糖化装置Ａにおける加水分解処理は次の通りである。
先ず、反応管１に原料有機物Ｘを移送し、ボール弁２、残渣排出部６を閉じる。次に、加圧熱水供給部７及び液体回収部８を作動させ、反応管１の一端側（左側）に加圧熱水（高温高圧水）の供給を開始する。そして、反応管１の内部が熱水で満たされガス抜き弁９ａから流出したら、ガス抜き弁９ａを閉じる。以後、加圧熱水を順次供給すると共に、反応管１の他端側（右側）から処理液を順次回収することにより、反応管１内の原料有機物Ｘを加水分解処理する。
【００２６】
この加水分解処理においては、反応管１内の反応圧力が所定値を維持するように保圧弁８ｂの開口度を調節する。そして、このような原料有機物Ｘに対する加圧熱水（高温高圧水）の流通状態、つまり加水分解処理を所定時間（処理時間）継続する。この処理時間経過後、加圧熱水供給部７及び液体回収部８の作動を停止し、原料有機物Ｘの加水分解処理を完了させる。
【００２７】
図２（ａ）は、反応管１で原料有機物Ｘを所定時間に亘って加圧熱水処理した後の状態を示している。この状態は、加圧熱水供給部７及び液体回収部８は作動を停止した状態であり、またボール弁２、ガス抜き弁９ａ及び残渣排出部６は全て閉じられた状態である。
反応管１における加圧熱水処理によって、原料有機物Ｘを構成する各種成分のうち、セルロースやヘミセルロースの両方又はいずれか一方は、さらに重合度の低い多糖類（キシロオリゴ糖、セロオリゴ糖及びこれらより多少重合度が高い各種オリゴ糖）に分解されると共に加圧熱水とともに液体回収部８に回収される。一方、原料有機物Ｘを構成する各種成分のうち、リグニン等の非分解成分は、加圧熱水によって分解されることなく残渣Ｘａ（固形物）として反応管１の内壁面に付着する。
【００２８】
残渣Ｘａは、加圧熱水処理によって、水分を多く含んでいる。このため、本実施形態の熱水流通式糖化装置Ａは、次の原料有機物Ｘの処理（例えば、酵素分解処理）を行う前に、残渣Ｘａの水分調整（脱水）処理を行う。
具体的には、先ず、図２（ｂ）に示すようにボール弁２を開放する。ボール弁２を全開放すると、反応管１、ボール弁２及び原料供給管３が同一内形で連通することとなる。次に、油圧ユニット５ｂを作動させ、図２（ｃ）に示すようにプッシャー５ａを反応管１の中に進入させる。これにより、ボール弁２の手前側で待機していたプッシャー５ａは、ボール弁２を無理なく通過する。
【００２９】
プッシャー５ａは、反応管１の中を一端（左側）から他端（右端）に向かって進入する。このプッシャー５ａの侵入に際して、プッシャー５ａの外形は反応管１の内形と略同一に形成されているので、図２（ｃ）に示すように、反応管１の内壁面に付着した残渣Ｘａを反応管１の他端側（右側）に押し出すことができる。すなわち、プッシャー５ａの進入によって、反応管１の残渣Ｘａが反応管１の内壁面から除去されて反応管１の他端側（右側）に徐々に集められる。
【００３０】
次に、図２（ｄ）に示すようにプッシャー５ａによって残渣Ｘａを圧搾し、脱水させる。本実施形態のプッシャー５ａは、反応管１の他端（右端）まで進入できるストロークを有する。このため、反応管１の他端（右端）において掻き集めた残渣Ｘａを十分に圧搾することができる。当該圧搾により、残渣Ｘａに含まれる水分は、液体Ｗとして搾り出される。この液体Ｗには、活用可能なヘミセルロースなどが溶解しているので、通常の熱水処理水と同様に回収する。
【００３１】
反応管１の他端（右端）には、液体回収管８ｃが接続されている。このため、圧搾により残渣Ｘａから搾り出された液体Ｗを、液体回収管８ｃを介して回収することができる。本実施形態の液体回収管８ｃは、残渣Ｘａと液体Ｗとを分離するフィルター８ｃ１を有する。このため、液体Ｗのみを回収することができる。なお、残渣Ｘａの圧搾の際には、反応管１の中を所定の気圧に保つ必要はなく、また、液体Ｗの回収の円滑化のため、保圧弁８ｂを全開にして液体回収管８ｃを完全開放状態とすることが好ましい。また、液体Ｗは、プッシャー５ａの加圧によって液体回収管８ｃの中を圧送・回収されるが、ポンプ等で引いても良い。
【００３２】
以上により、本実施形態の熱水流通式糖化装置Ａにおける脱水処理が完了する。
なお、次の原料有機物Ｘの処理を行う場合には、本出願人の従来技術（特開２０１１−１４２８９３号公報）と同様に、次の原料有機物Ｘの移送によって、反応管１の他端側（右側）において開放させた残渣排出部６を介して残渣Ｘａを押し出すことで、残渣Ｘａを反応管１の外部に排出すると共に、反応管１の中に次に処理する原料有機物Ｘを収容させることとなる。
【００３３】
このように、上述の本実施形態によれば、原料有機物Ｘに加圧熱水を通水させて加水分解する反応管１と、反応管１に原料有機物Ｘを移送するプッシャー５ａと、を有する熱水流通式糖化装置Ａの制御方法であって、上記加水分解後に、反応管１の中にプッシャー５ａを進入させ、原料有機物Ｘの残渣Ｘａを圧搾し、脱水させる、という手法を採用することによって、原料充填・排出機構を活用し、水分調整機能を持たせることができる。
したがって、本実施形態では、別途に脱水装置を増設することなく、また、残渣を脱水装置に移送するプロセス工程も必要なくなり、効率良く残渣の水分調節を行うことができる。また、液体Ｗの回収によってヘミセルロースの回収率を向上できる。
【００３４】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００３５】
例えば、上記実施形態では、残渣Ｘａから搾り出された液体Ｗの回収に、加圧熱水を分解液と共に回収する液体回収部８の液体回収管８ｃを兼用したが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、別途専用の液体回収管（開閉弁付き）を反応管１に設けて、液体Ｗを回収する構成であっても良い。
【符号の説明】
【００３６】
Ａ…熱水流通式糖化装置、Ｗ…液体、Ｘ…原料有機物、Ｘａ…残渣、１…反応管、５ａ…プッシャー、８ｃ…液体回収管、８ｃ１…フィルター
【図１】
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【図２】
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