JP2012205988A - Method and apparatus for producing modified plant biomass, and method for producing ethanol - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は反応性が高められた植物バイオマスの製造方法及びその製造装置、並びに前記方法により製造された反応性が高められた植物バイオマスを用いたエタノールの製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing plant biomass with enhanced reactivity, an apparatus for producing the same, and a method for producing ethanol using the plant biomass with enhanced reactivity produced by the method.
地球環境保全の観点から、再生可能なエネルギーとして、植物由来のバイオマスを原料として発酵法により得られるエタノールを自動車等の燃料として使用することが盛んになっている。従来、このようなエタノールの製造方法としては、主として、トウモロコシや麦などの穀物に由来するデンプンや、サトウキビなどに由来する糖を原料とするものであった。しかし、これらの原料にあっては、植物体の一部のみが利用され植物の栽培面積当りのエタノール生産量が小さいことや、食料や飼料としての用途との競合が起こるなどの問題が発生している。 From the viewpoint of protecting the global environment, ethanol that is obtained by fermentation using plant-derived biomass as a raw material has been actively used as fuel for automobiles and the like. Conventionally, as a method for producing such ethanol, mainly starch derived from grains such as corn and wheat and sugar derived from sugar cane are used as raw materials. However, with these raw materials, only a part of the plant body is used, and there are problems such as low ethanol production per plant cultivation area and competition with uses as food and feed. ing.
そこで近年、植物から穀物、糖液等を採取した残渣(例えば麦わら、稲わら、籾殻、バガス)、間伐材、廃材、古紙等の廃棄物、あるいは、食料や飼料とならない植物、特に食料となる植物の生産に適さない気候や土壌でも効率的に栽培することができる植物等を原料としてエタノールを生産する試みが行われている。 Therefore, in recent years, it has become wastes such as wheat straw, rice straw, rice husks, bagasse), thinned wood, waste wood, waste paper, etc., or plants that do not become food or feed, especially food. Attempts have been made to produce ethanol from plants that can be cultivated efficiently even in climates and soils that are not suitable for plant production.
これらの草本や木質植物に由来する原料はセルロースを含み、更にこれらの多くはセルロース、ヘミセルロース及びリグニンから構成される複合体であるリグノセルロースを主たる構造体とする。そして上記原料からエタノールを生産するためには、セルロース、ヘミセルロースを加水分解して単糖とし(糖化)、得られた糖液を酵母等による発酵に供する方法が採用される。 The raw materials derived from these herbs and woody plants contain cellulose, and many of them are mainly composed of lignocellulose, which is a complex composed of cellulose, hemicellulose and lignin. And in order to produce ethanol from the said raw material, the method of hydrolyzing a cellulose and hemicellulose to monosaccharide (saccharification), and using the obtained sugar liquid for fermentation by yeast etc. is employ | adopted.
上記糖化においては、硫酸等を使用した化学的に加水分解する方法を利用する場合は過分解が起こりやすく有効な糖の収率が低下する傾向にあること、また、硫酸等による環境負荷の問題も生じることから、酵素を利用する方法を採用することが好ましく行われる。しかし、セルロース自体、酵素による糖化速度は大きいものではない上に、リグノセルロース中のセルロースやヘミセルロースはリグニンと強固に結合しているため、酵素による糖化は更に進行し難い傾向にある。 In the above saccharification, when a method of chemically hydrolyzing using sulfuric acid or the like is used, it is easy to cause excessive decomposition, and the yield of effective sugar tends to decrease. Therefore, it is preferable to employ a method utilizing an enzyme. However, cellulose itself does not have a high saccharification rate by an enzyme, and cellulose and hemicellulose in lignocellulose are strongly bound to lignin, so that saccharification by an enzyme tends not to proceed further.
そこで、セルロースを含む植物由来の原料(以下、「植物バイオマス」ということもある。)を糖化に先立って前処理することにより、セルロースやヘミセルロース、特にリグノセルロース中のセルロースやヘミセルロースの化学的又は生化学的反応性、中でも酵素による糖化に対する反応性を高めることが行われている。前記前処理としては、熱水あるいは水蒸気による処理(水熱処理)、硫酸処理、加圧水蒸気に接触させた後脱圧する水蒸気爆砕処理、塩基性水溶液による処理等の他に、アンモニアによる処理が知られている。 Therefore, by pre-treating plant-derived raw materials containing cellulose (hereinafter sometimes referred to as “plant biomass”) prior to saccharification, chemical or biogenic properties of cellulose and hemicellulose, particularly cellulose and hemicellulose in lignocellulose are obtained. Increasing chemical reactivity, in particular, reactivity to enzymatic saccharification. As the pretreatment, in addition to treatment with hot water or steam (hydrothermal treatment), sulfuric acid treatment, steam explosion treatment for releasing pressure after contact with pressurized steam, treatment with basic aqueous solution, treatment with ammonia is known. Yes.
なお本願においては、以下、前記前処理により化学的又は生化学的反応性、中でも酵素による糖化に対する反応性を高めることを「改質」といい、前記前処理により前記反応性が高められた植物バイオマスを「改質された植物バイオマス」ということもある。また、前処理に用いるアンモニア等の物質を「改質剤」ということもある。 In the present application, hereinafter, increasing the chemical or biochemical reactivity by the pretreatment, especially the reactivity to saccharification by an enzyme is referred to as “modification”, and the reactivity is enhanced by the pretreatment. Biomass is sometimes referred to as “modified plant biomass”. In addition, a substance such as ammonia used for pretreatment may be referred to as a “modifier”.
アンモニアによる植物バイオマスの改質としては、植物バイオマスを加圧下に液体又は気体のアンモニアに接触させた後、短時間に圧力を大気圧まで低下させて植物バイオマスを爆砕する方法(アンモニア爆砕法、例えば特許文献1を参照)、超臨界状態のアンモニアで処理する方法(例えば特許文献2を参照)、アンモニア水で処理する方法(例えば特許文献3を参照)などが知られている。なお、アンモニアによる改質に伴うセルロースの反応性の向上は、リグノセルロースを構成するセルロースに強固に結合したリグニンが除去されることによる効果だけでなく、セルロースの結晶がI型からIII型に変態することによる効果も知られている(例えば特許文献4を参照)。 As reforming of plant biomass with ammonia, a method in which plant biomass is brought into contact with liquid or gaseous ammonia under pressure and then reduced to atmospheric pressure in a short time to explode plant biomass (ammonia explosion method, for example, A method of treating with ammonia in a supercritical state (see, for example, Patent Literature 2), a method of treating with ammonia water (see, for example, Patent Literature 3), and the like are known. In addition, the improvement of the reactivity of the cellulose accompanying the modification | reformation by ammonia is not only the effect by removing the lignin strongly couple | bonded with the cellulose which comprises lignocellulose, but the crystal | crystallization of a cellulose is transformed from I type to III type. The effect by doing is also known (for example, refer to patent documents 4).
上記特許文献においては、アンモニアを用いた改質は回分式の装置を用いて行われているが、該改質を工業的に実施するためには、連続式あるいは半連続式の装置を用いて効率を高めることが経済的観点から好ましい。原料として用いる植物バイオマスは一般的に裁断及び/又は粉砕された粒子状の形態で提供される。一方、アンモニアは常温で大気圧を超える蒸気圧を有し、毒性を有し、空気と爆発混合気を形成する取り扱いに注意を要する物質である。このようなアンモニアを漏洩させることなく、加圧下にあるアンモニアが収容された改質処理を行うための容器に、植物バイオマス原料の固体粒子を連続的あるいは半連続的に供給すること、及び前記改質処理を行うための容器から改質された植物バイオマスの粒子を連続的あるいは半連続的に取り出すことは高度な技術を必要とする。 In the above-mentioned patent documents, reforming using ammonia is performed using a batch-type apparatus. However, in order to implement the reforming industrially, a continuous or semi-continuous apparatus is used. Increasing efficiency is preferred from an economic point of view. The plant biomass used as a raw material is generally provided in the form of cut and / or pulverized particles. On the other hand, ammonia has a vapor pressure exceeding atmospheric pressure at room temperature, is toxic, and is a substance that requires attention in handling to form an explosive mixture with air. Supplying solid particles of plant biomass raw material continuously or semi-continuously to a container for performing a reforming treatment in which ammonia under pressure is accommodated without leaking such ammonia, and Extracting the modified plant biomass particles continuously or semi-continuously from the container for quality treatment requires advanced techniques.
アンモニアを用いた改質を連続的に実施する方法としては、例えば特許文献5には、バレルと、バレル内に設置されバレルとの間がシールされるスクリューとからなる装置を用いる方法が開示される。また、特許文献6には、アンモニア水を改質剤として用いる連続的な改質のための装置が開示される。
As a method for continuously performing reforming using ammonia, for example,
上記特許文献5に開示される連続的な改質方法においては、改質剤として液体アンモニアを使用している。一方、改質剤としてのアンモニアは液体アンモニアに限定されることなく、気体のアンモニアも使用できることが好ましい。しかし、前記方法においては、気体のアンモニアを用いた場合、液体アンモニアを用いる場合に比較してバレルとスクリューとの間の気密を保つことが困難となり、アンモニアの漏洩の可能性がある。
In the continuous reforming method disclosed in
また上記特許文献6に開示される連続的な改質のための装置はアンモニア水により改質を行うものであり、加圧された液体又は気体のアンモニアを収容する容器に植物バイオマスの粒子を供給する工程はない。一方、アンモニアを用いた改質においては、前述のように、リグノセルロースからのリグニンの除去による効果の他に、セルロースの結晶をI型からIII型に変態させることによる効果も付与される。しかし、アンモニア水を改質剤として用いる場合には、一旦生成したセルロースIII型の結晶が多量に共存する水の作用によりセルロースI型に戻ってしまい、前記結晶の変態による効果が減じられることとなる。また、アンモニア水からアンモニアを分離、回収するためには大きなエネルギーを必要とする。従って、セルロース結晶形態をIII型からI型に戻すだけの量の水を含まない、加圧された気体又は液体のアンモニアによる改質を連続的又は半連続的に行う方法の開発が望まれていた。 Further, the device for continuous reforming disclosed in Patent Document 6 performs reforming with ammonia water, and supplies plant biomass particles to a container containing pressurized liquid or gaseous ammonia. There is no process to do. On the other hand, in the modification using ammonia, as described above, in addition to the effect of removing lignin from lignocellulose, the effect of transforming cellulose crystals from type I to type III is also imparted. However, when ammonia water is used as a modifier, cellulose III type crystals once produced return to cellulose I type by the action of water coexisting in large quantities, and the effect due to the transformation of the crystals is reduced. Become. In addition, a large amount of energy is required to separate and recover ammonia from aqueous ammonia. Therefore, it is desired to develop a method for continuously or semi-continuously reforming a pressurized gas or liquid with ammonia, which does not contain an amount of water sufficient to return the cellulose crystal form from type III to type I. It was.
また、アンモニアと空気との混合気は爆発限界(アンモニアが15〜28容量%)をもつことから、アンモニアを扱う装置内への空気の混入を防止する必要がある。しかし大気中に貯蔵された粒子状の植物バイオマス原料、特に含有水分量が少ない該原料は多くの空気を包含しており、これをそのままアンモニアを扱う装置に供給すると、空気が該装置に混入し、アンモニアと爆発限界内の混合気を形成してしまう可能性がある。したがって、植物バイオマス原料とアンモニアが接触する前の工程において、該原料に包含される空気を除去する必要がある。 Further, since the mixture of ammonia and air has an explosion limit (ammonia is 15 to 28% by volume), it is necessary to prevent air from being mixed into the apparatus that handles ammonia. However, the particulate plant biomass raw material stored in the atmosphere, especially the raw material with a low water content, contains a lot of air, and if this is supplied as it is to a device that handles ammonia, the air is mixed into the device. , May form a mixture with ammonia and explosion limits. Therefore, it is necessary to remove air contained in the raw material in the step before the plant biomass raw material and ammonia come into contact with each other.
更に、アンモニアによる改質においては、経済的観点から一度用いたアンモニアを回収して再使用することが好ましい。 Furthermore, in the reforming with ammonia, it is preferable to recover and reuse the ammonia once used from an economical viewpoint.
従来は、上記の全ての課題、すなわち、改質剤として液体アンモニアだけでなく加圧された気体のアンモニアを用いること、アンモニアへの空気の混入を防止すること、一度使用したアンモニアを回収、再使用すること、を解決した上で、植物バイオマス原料を連続的又は半連続的に、且つ安全に改質する方法及びそのための装置は知られていなかった。 Conventionally, all the above-mentioned problems, that is, using not only liquid ammonia but also pressurized gaseous ammonia as a modifier, preventing air from being mixed into the ammonia, recovering and reusing ammonia once used. There has been no known method and apparatus for reforming plant biomass raw materials continuously or semi-continuously and safely after solving the use.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、加圧された気体及び液体のアンモニアを改質剤として用い、アンモニアと空気とを混合させることなく、一度使用したアンモニアを回収、再使用し、植物バイオマス原料を半連続的に改質することができる、安全且つ効率的な改質された植物バイオマスの製造方法及びその製造装置、並びに前記改質された植物バイオマスの製造方法により製造される改質された植物バイオマスを用いる、効率的なエタノールの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, using pressurized gas and liquid ammonia as a modifier, recovering and reusing ammonia once used without mixing ammonia and air. The plant biomass raw material can be semi-continuously modified, and is produced by a safe and efficient method for producing modified plant biomass, an apparatus for producing the same, and the method for producing the modified plant biomass. An object of the present invention is to provide an efficient method for producing ethanol using a modified plant biomass.
かかる目的を達成するため、本発明に係る改質された植物バイオマスの製造方法は、第1の容器に粒子状の植物バイオマス原料を供給する第1の工程と、第1の工程の後、第1の容器中の空気を排出する第2の工程と、第2の工程の後、第1の容器の圧力が、植物バイオマス原料を改質する第2の容器の圧力以上となるように、第1の容器に気体又は液体のアンモニアを供給する第3の工程と、第3の工程の後、植物バイオマス原料を第1の容器から第2の容器に移送する第4の工程と、第4の工程の後、第1の容器に残留したアンモニアを気体として排出する第5の工程と、第4の工程により移送された植物バイオマス原料を第2の容器内において加圧された気体又は液体のアンモニアと接触させて改質する第6の工程と、第6の工程において改質された植物バイオマスの少なくとも一部を第2の容器から第3の容器に移送する第7の工程と、第7の工程の後、アンモニアを第3の容器から気体として排出する第8の工程と、第8の工程の後、第3の容器から改質された植物バイオマスを排出して回収する第9の工程と、空気を第3の容器から排出する第10の工程と、第5の工程及び/又は第8の工程において排出されたアンモニアを回収し、第1の容器に供給されるアンモニアとして再使用する第11の工程と、を備え、第1〜11の工程を繰り返し行うサイクルとし、一のサイクルにおける第5の工程の終了以後に次のサイクルを開始することを特徴とする。
In order to achieve such an object, a method for producing a modified plant biomass according to the present invention includes a first step of supplying a particulate plant biomass raw material to a first container, a first step, After the second step of exhausting the air in one container and the second step, the first container is pressurized so that the pressure in the first container is equal to or higher than the pressure in the second container for reforming the plant biomass material. A third step of supplying gaseous or liquid ammonia to one container, a fourth step of transferring plant biomass material from the first container to the second container after the third step, and a fourth step After the step, a fifth step of discharging ammonia remaining in the first container as a gas, and a gaseous or liquid ammonia in which the plant biomass material transferred in the fourth step is pressurized in the second vessel In the sixth step of reforming by contacting with and the sixth step A seventh step of transferring at least a part of the modified plant biomass from the second container to the third container; and an eighth step of discharging ammonia from the third container as a gas after the seventh step. , After the eighth step, a ninth step for discharging and recovering the modified plant biomass from the third container, a tenth step for discharging air from the third container, And 11th step of recovering ammonia discharged in
この方法によれば、第2の工程で第1の容器中の空気を排出した後で、植物バイオマス原料が存在する第1の容器にアンモニアを供給する第3の工程を備えているため、アンモニアと空気が混合することを防止できる。更に、第1の容器から植物バイオマス原料を移送した後に、第1の容器に残留したアンモニアを気体として排出する第5の工程を備えていると共に、次のサイクルは当該第5の工程以降に開始されるため、次のサイクルの第1の工程において第1の容器に空気が流入しても、アンモニアと空気が混合することを防止できる。すなわち、半連続的に改質を行うと同時に、第1の容器中で空気とアンモニアが混合することを確実に防止することができる。また、第8の工程で第3の容器からアンモニアを気体として排出した後で、第3の容器に空気が混入しうる第9の工程を行っているため、アンモニアと空気が混合することを防止できる。更に、第10の工程で空気を第3の容器から排出しておくことで、次のサイクルで第3の容器に改質された植物バイオマスが移送されても、空気とアンモニアが混合することを防止できる。このように、第3の容器中で空気とアンモニアが混合することを確実に防止することができる。また、改質を行う第2の容器の上流及び下流に、アンモニアの供給・排出及びそれぞれ植物バイオマス原料の供給又は改質された植物バイオマスの排出を行う第1の容器及び第3の容器を設けることによって、液体のみならず気体のアンモニアを改質剤として用いる場合であっても、第2の容器からのアンモニアの漏洩を防止することができる。また、第11の工程で、第1の容器及び/又は第3の容器から排出されたアンモニアを回収及び再使用することができる。以上によって、加圧された気体及び液体のアンモニアを改質剤として用い、アンモニアと空気とを混合させることなく、一度使用したアンモニアを回収、再使用し、植物バイオマス原料を半連続的に改質することができ、安全且つ効率的に改質された植物バイオマスを製造できる。 According to this method, after the air in the first container is discharged in the second step, the third step of supplying ammonia to the first container in which the plant biomass raw material exists is provided. And air can be prevented from mixing. Furthermore, after transferring the plant biomass raw material from the first container, it is provided with a fifth step of discharging ammonia remaining in the first container as a gas, and the next cycle starts after the fifth step. Therefore, even if air flows into the first container in the first step of the next cycle, mixing of ammonia and air can be prevented. That is, it is possible to reliably prevent air and ammonia from being mixed in the first container at the same time as reforming is performed semi-continuously. In addition, after the ammonia is discharged as a gas from the third container in the eighth step, the ninth step in which air can be mixed into the third container is performed, so that mixing of ammonia and air is prevented. it can. Furthermore, by discharging the air from the third container in the tenth step, the air and ammonia are mixed even if the modified plant biomass is transferred to the third container in the next cycle. Can be prevented. In this way, it is possible to reliably prevent air and ammonia from mixing in the third container. In addition, upstream and downstream of the second container for reforming are provided with a first container and a third container for supplying and discharging ammonia and supplying plant biomass raw materials or discharging modified plant biomass, respectively. As a result, leakage of ammonia from the second container can be prevented even when gaseous ammonia is used as a modifier. In the eleventh step, ammonia discharged from the first container and / or the third container can be recovered and reused. As described above, pressurized gas and liquid ammonia are used as a modifier, and once used ammonia is collected and reused without mixing ammonia and air, and plant biomass feedstock is reformed semi-continuously. It is possible to produce plant biomass that has been modified safely and efficiently.
また、本発明に係る製造方法では、第11の工程において、気体のアンモニアを液化して回収し、液化されない気体を液体アンモニアから分離、除去する第12の工程を更に備えることが好ましい。液化されない気体(不活性ガス)が混入したアンモニアを回収して継続して再利用していると、アンモニア中の不活性ガスの濃度が徐々に増加し、第2の容器内のアンモニアの分圧が低下し、植物バイオマス原料の改質が効率的に行われなくなるおそれがある。従って、第12の工程を備えることで、そのような事態を防止できる。 In the manufacturing method according to the present invention, it is preferable that the eleventh step further includes a twelfth step of liquefying and recovering gaseous ammonia and separating and removing the non-liquefied gas from the liquid ammonia. When ammonia mixed with gas (inert gas) that is not liquefied is recovered and continuously reused, the concentration of the inert gas in ammonia gradually increases, and the partial pressure of ammonia in the second container The plant biomass raw material may not be efficiently reformed. Therefore, such a situation can be prevented by providing the twelfth step.
また、本発明に係る製造方法では、第2の工程における第1の容器からの空気の排出、第4の工程における第1の容器からのアンモニアの排出、第8の工程における第3の容器からのアンモニアの排出、及び第10の工程における第3の容器からの空気の排出を、当該容器を減圧することにより行うことが好ましい。植物バイオマス原料粒子の内部に包含される空気を効率的に除去する、及び、アンモニア中に窒素ガス等の不活性ガスが混入し難いとの観点から、減圧による排出が好ましく採用される。 In the manufacturing method according to the present invention, the air is discharged from the first container in the second step, the ammonia is discharged from the first container in the fourth step, and the third container in the eighth step. It is preferable that the ammonia is discharged and the air is discharged from the third container in the tenth step by decompressing the container. From the viewpoint of efficiently removing the air contained in the plant biomass raw material particles and preventing the inert gas such as nitrogen gas from being mixed into the ammonia, discharge by reduced pressure is preferably employed.
また、本発明に係る製造方法では、第12の工程において、気体のアンモニアを冷却して液化することによりアンモニアの蒸気圧が低下することを利用して、第5の工程における第1の容器からの気体のアンモニアの排出及び/又は第8の工程における第3の容器からの気体のアンモニアの排出を行うことが好ましい。 Further, in the production method according to the present invention, in the twelfth step, the gaseous ammonia is cooled and liquefied to reduce the vapor pressure of ammonia, so that the first container in the fifth step is used. The gaseous ammonia is preferably discharged and / or gaseous ammonia is preferably discharged from the third container in the eighth step.
また、本発明に係る製造方法では、第11の工程において、第12の工程で液化されたアンモニアを再度気化して、第3の工程において供給されるアンモニアとして再使用することが好ましい。これにより、不活性ガスの混入がない、高い分圧の気体のアンモニアを改質剤として使用することができる。 In the production method according to the present invention, it is preferable that in the eleventh step, the ammonia liquefied in the twelfth step is vaporized again and reused as ammonia supplied in the third step. Thereby, ammonia with high partial pressure without mixing of inert gas can be used as a modifier.
本発明に係る改質された植物バイオマスの製造装置は、粒子状の植物バイオマス原料が供給される第1の容器と、第1の容器に植物バイオマス原料を供給する植物バイオマス原料供給部と、第1の容器から空気を排出する第1の空気排出部と、第1の容器からアンモニアを排出する第1のアンモニア排出部と、加圧された気体又は液体のアンモニアを第1の容器に供給するアンモニア供給部と、第1の容器から植物バイオマス原料が移送されると共に、当該植物バイオマス原料を加圧された気体又は液体のアンモニアと接触させ改質する第2の容器と、第2の容器に設けられた加熱手段と、第2の容器から改質された植物バイオマスが移送される第3の容器と、第3の容器から空気を排出する第2の空気排出部と、第3の容器からアンモニアを排出する第2のアンモニア排出部と、第3の容器から改質された植物バイオマスを排出させて回収する植物バイオマス回収部と、を備えることを特徴とする。 An apparatus for producing a modified plant biomass according to the present invention includes a first container to which particulate plant biomass material is supplied, a plant biomass material supply unit that supplies plant biomass material to the first container, A first air discharge section for discharging air from one container, a first ammonia discharge section for discharging ammonia from the first container, and supplying pressurized gas or liquid ammonia to the first container; A plant biomass raw material is transferred from the ammonia supply unit, the first container, and the plant biomass raw material is brought into contact with the pressurized gas or liquid ammonia to be reformed, and the second container From the provided heating means, the third container to which the modified plant biomass is transferred from the second container, the second air discharge unit for discharging air from the third container, and the third container ammonia A second ammonia discharge portion for discharging, characterized in that it comprises a plant biomass recovery unit for recovering was drained plant biomass that has been modified from the third container, the.
このように構成された製造装置を用いることによって、上述で説明した改質された植物バイオマスの製造方法を好適に実現することが可能となり、当該製造方法の効果を得ることができる。 By using the production apparatus configured as described above, the production method of the modified plant biomass described above can be suitably realized, and the effect of the production method can be obtained.
また、本発明に係る製造装置において、植物バイオマス原料供給部は、植物バイオマス原料を貯留する植物バイオマス原料貯留部と、植物バイオマス原料貯留部と第1の容器とを接続すると共に、複数のバルブが直列に配設された第1の配管と、を備えることが好ましい。これによって、装置内のアンモニアが大気中に漏洩すること、及びバルブを閉止した状態で空気が装置内に流入してアンモニアと混合することを確実に防止することができる。 In the manufacturing apparatus according to the present invention, the plant biomass material supply unit connects the plant biomass material storage unit that stores the plant biomass material, the plant biomass material storage unit, and the first container, and a plurality of valves. It is preferable to include a first pipe arranged in series. As a result, it is possible to reliably prevent the ammonia in the apparatus from leaking into the atmosphere and the air flowing into the apparatus and being mixed with the ammonia with the valve closed.
また、本発明に係る製造装置において、第2の容器と第3の容器とを接続すると共に、複数のバルブが直列に配設された第2の配管を更に備えていることが好ましい。これによって、第2の容器内のアンモニアが漏洩すること、及びバルブを閉止した状態で空気が装置内に流入してアンモニアと混合することを確実に防止することができる。 Moreover, the manufacturing apparatus according to the present invention preferably further includes a second pipe that connects the second container and the third container and in which a plurality of valves are arranged in series. Accordingly, it is possible to reliably prevent the ammonia in the second container from leaking and the air from flowing into the apparatus and mixed with the ammonia with the valve closed.
また、本発明に係る製造装置において、複数のバルブが少なくとも一つのボールバルブ、及び少なくとも一つのゲートバルブから構成されることが好ましい。 In the manufacturing apparatus according to the present invention, it is preferable that the plurality of valves include at least one ball valve and at least one gate valve.
また、本発明に係る製造装置において、第2の容器は、植物バイオマス原料を攪拌する攪拌手段を備えることが好ましい。これによって、第2の容器内の植物バイオマス原料及びアンモニアを均一な温度分布とすることができる。 Moreover, the manufacturing apparatus which concerns on this invention WHEREIN: It is preferable that a 2nd container is equipped with the stirring means which stirs a plant biomass raw material. Thereby, the plant biomass raw material and ammonia in the second container can have a uniform temperature distribution.
また、本発明に係る製造装置において、第2の容器は、内部にスクリューコンベアを備えることが好ましい。スクリューコンベアは植物バイオマス原料を攪拌する攪拌手段として機能すると同時に、第2の容器内において上流側から下流側へ向かう方向に植物バイオマス原料及び改質された植物バイオマスを移動させる手段としても機能する。 Moreover, the manufacturing apparatus which concerns on this invention WHEREIN: It is preferable that a 2nd container is equipped with a screw conveyor inside. The screw conveyor functions as a stirring means for stirring the plant biomass material, and also functions as a means for moving the plant biomass material and the modified plant biomass in the direction from the upstream side to the downstream side in the second container.
また、本発明に係る製造装置において、第1の容器及び/又は第3の容器から気体として排出されたアンモニアを圧縮及び/又は冷却して液化するアンモニア液化部と、圧縮及び/又は冷却により液化されない気体を液体アンモニアから分離、除去するための第4の容器と、を更に備えることが好ましい。これによって、液化されない気体(不活性ガス)をアンモニアから確実に分離、除去することができる。 Further, in the production apparatus according to the present invention, an ammonia liquefying section that liquefies ammonia compressed and / or cooled from the first container and / or the third container, and liquefied by compression and / or cooling. It is preferable to further comprise a fourth container for separating and removing the gas that is not removed from the liquid ammonia. Thereby, the gas (inert gas) which is not liquefied can be reliably separated and removed from ammonia.
また、本発明に係る製造装置において、第4の容器から移送された液体アンモニアを気化させるためのアンモニア加熱手段を更に備えることが好ましい。これにより、不活性ガスの混入がない、高い分圧の気体のアンモニアを改質剤として使用することができる。 Moreover, in the manufacturing apparatus which concerns on this invention, it is preferable to further provide the ammonia heating means for vaporizing the liquid ammonia transferred from the 4th container. Thereby, ammonia with high partial pressure without mixing of inert gas can be used as a modifier.
本発明に係るエタノールの製造方法は、上述の製造方法によって製造された改質された植物バイオマスを酵素により糖化する糖化工程と、糖化工程において得られた糖液をエタノール発酵させる発酵工程と、を備える。上述の製造方法によって製造された改質された植物バイオマスを用いることで、エタノールの製造を効率的に行うことができる。 The method for producing ethanol according to the present invention includes a saccharification step for saccharifying the modified plant biomass produced by the above-described production method with an enzyme, and a fermentation step for ethanol fermentation of the sugar liquid obtained in the saccharification step. Prepare. By using the modified plant biomass produced by the above production method, ethanol can be produced efficiently.
本発明によれば、加圧された気体及び液体のアンモニアを改質剤として用い、アンモニアと空気とを混合させることなく、一度使用したアンモニアを回収、再使用し、植物バイオマス原料を半連続的に改質することができ、安全且つ効率的に改質された植物バイオマスを製造することができる。また、効率的にエタノールを製造することができる。 According to the present invention, pressurized gas and liquid ammonia are used as a modifier, and once used ammonia is collected and reused without mixing ammonia and air, and the plant biomass raw material is semi-continuous. It is possible to produce plant biomass that has been safely and efficiently modified. Moreover, ethanol can be produced efficiently.
図1及び図2に示すように、本発明の実施形態に係る改質された植物バイオマスの製造装置100は、第1の容器110と、植物バイオマス原料供給部120と、第1の排出部(第1の空気排出部、第1のアンモニア排出部)130と、アンモニア供給部140と、第2の容器150と、加熱部(加熱手段)160と、第3の容器170と、第2の排出部(第2の空気排出部、第2のアンモニア排出部)180と、植物バイオマス回収部190と、第1のアンモニア液化部200と、第2のアンモニア液化部210と、第4の容器220と、アンモニア加熱部230と、を備えて構成されている。
As shown in FIG.1 and FIG.2, the
本実施形態において用いられる植物バイオマス原料は、植物由来であり、セルロースを含むものであれば特に限定されないが、例えば麦わら、稲わら、籾殻、バガス等の、植物から穀物、糖液等を採取した残渣、各種の針葉樹又は広葉樹からなる間伐材、廃材、古紙などの植物由来の廃棄物、パルプなどが使用される。古紙、パルプとしては、リグノセルロースからなるものであってもよいし、リグノセルロースからリグニンが除去されセルロースが主成分であるものであってもよい。また、食料や飼料とならない植物、特に食料となる植物の生産に適さない気候や土壌でも効率的に栽培することができる植物、例えばスィッチグラス、ネピアグラス、エリアンサス等のエタノールの製造原料として目的栽培される植物であってもよい。 The plant biomass raw material used in the present embodiment is not particularly limited as long as it is derived from a plant and contains cellulose. For example, grains, sugar solution, etc. are collected from plants such as wheat straw, rice straw, rice husk, bagasse and the like. Residues, thinned timber made of various conifers or hardwoods, waste materials, plant-derived waste such as waste paper, pulp, etc. are used. Used paper and pulp may be made of lignocellulose, or lignin may be removed from lignocellulose and cellulose may be the main component. Also, as a raw material for producing ethanol for plants that do not become food or feed, especially plants that can be cultivated efficiently even in climates and soils that are not suitable for the production of food plants, such as switchgrass, napiergrass, and Eliansus It may be a plant to be cultivated.
これらの植物バイオマス原料は、必要により天日干し、温風乾燥等により乾燥され、粒子状に裁断及び/又は粉砕されて供給される。 These plant biomass raw materials are dried by sun drying, hot air drying, or the like, if necessary, and are supplied after being cut and / or pulverized into particles.
第1の容器110は、粒子状の植物バイオマス原料が供給されるものである。植物バイオマス原料供給部120は、第1の容器110に植物バイオマス原料を供給するものである。第1の排出部130は、第1の容器110から空気及びアンモニアを排出するものである。アンモニア供給部140は、加圧された気体又は液体のアンモニアを第1の容器110に供給するものである。第2の容器150は、第1の容器から植物バイオマス原料が移送されると共に、当該植物バイオマス原料を加圧された気体又は液体のアンモニアと接触させ改質するものである。加熱部160は、第2の容器150に設けられており当該第2の容器150中の植物バイオマス原料及び気体又は液体のアンモニアを加熱するものである。第3の容器170は、第2の容器150から改質された植物バイオマスが移送されるものである。第2の排出部180は、第3の容器170から空気及びアンモニアを排出するものである。植物バイオマス回収部190は、第3の容器170から改質された植物バイオマスを排出して回収するものである。第1のアンモニア液化部200は、第1の容器110から気体として排出されたアンモニアを圧縮及び/又は冷却して液化するものである。第2のアンモニア液化部210は、第3の容器170から気体として排出されたアンモニアを圧縮及び/又は冷却して液化するものである。第4の容器220は、アンモニアに混入した圧縮及び/又は冷却により液化されない気体を液体アンモニアから分離、除去するものである。アンモニア加熱部230は、第4の容器220から移送された液体アンモニアを気化させるためのものである。なお、各構成要素におけるより具体的な構成・機能は、以下に説明する、改質された植物バイオマスの製造方法の説明とあわせて行う。
The
次に、本発明の実施形態に係る改質された植物バイオマスの製造方法、及びエタノールの製造方法を説明すると共に、製造装置100のより詳細な構成をあわせて説明する。
Next, a modified plant biomass production method and an ethanol production method according to an embodiment of the present invention will be described, and a more detailed configuration of the
本実施形態に係る改質された植物バイオマスの製造方法の第1の工程においては、植物バイオマス原料を第1の容器110に供給する。第1の容器110には植物バイオマス原料を供給するための植物バイオマス原料供給部120が接続されている。植物バイオマス原料供給部120は、例えば、開閉可能な蓋が配設された投入孔であってよく、その場合は植物バイオマス原料の貯留設備からベルトコンベア等の運搬手段で搬送された所定量の植物バイオマス原料が、投入孔から第1の容器110に投入され、蓋を閉止することにより第1の容器110は密閉される。図1及び図2に示す例では、第1の容器110は、投入槽5によって構成されている。この投入槽5の蓋を開閉可能な構造とし、植物バイオマス貯留設備及び搬送手段を配置することで、植物バイオマス原料供給部120を構成することができる。
In the first step of the method for producing a modified plant biomass according to this embodiment, a plant biomass material is supplied to the
また、植物バイオマス原料供給部120は、図1及び図2に例示されるように、植物バイオマスを貯留する植物バイオマス原料貯留部1と、植物バイオマス原料貯留部1と投入槽5(第1の容器110)とを接続する、中途にバルブが配設された第1の配管2と、を備えて構成されていることが好ましい。この場合、バルブを開くことにより、重力あるいは空気等の気体により搬送された植物バイオマス原料を第1の容器110に所定量導入した後、バルブを閉止することにより、第1の容器110が密閉される。バルブは、第1の配管2の中途に複数が直列に配設されることが望ましい。また、複数のバルブを配設する場合は、少なくとも1個のボールバルブのような粉体の流れを閉止するために適したバルブと、少なくとも1個のゲートバルブのような空気や気体のアンモニア等の気体の流れを閉止するために適したバルブとを組み合わせて用いることが好ましい。このようにバルブを配設することにより、装置内のアンモニアが大気中に漏洩すること、及びバルブを閉止した状態で空気が装置内に流入してアンモニアと混合することを確実に防止することができる。
Moreover, the plant biomass raw
第2の工程においては、第1の排出部130が、第1の工程において供給された植物バイオマス原料に同伴して第1の容器110に混入した空気を排出する。
In the second step, the
植物バイオマス原料は粒子状であり、大気中に貯留された該原料、特に乾燥状態又は少量の水分を含む状態の該原料は、粒子内及び粒子間に多量の空気を含んでいる。このため、該植物バイオマス原料を直接アンモニアと接触させた場合には、アンモニアと空気とが爆発限界内にある混合気を形成するおそれがある。そこで、第1の容器110においては、アンモニアを導入する前に、供給された植物バイオマス原料が包含する空気を除去する。第1の排出部130において採用される空気を除去する方法としては、植物バイオマス原料が供給された第1の容器110に、該容器110に接続する供給用及び排出用の配管により窒素ガス等の不活性ガスを流通させる方法(スィーピング)、第1の容器110に接続された窒素ガス等の不活性ガスにより第1の容器110を加圧するための配管及び脱圧のための配管を利用して、該容器110を加圧/脱圧を数回繰り返す方法(加圧パージ)、第1の容器110に接続された減圧のための設備を使用して該容器110を減圧する方法(脱気)等を用いることができる。植物バイオマス原料粒子の内部に包含される空気を効率的に除去する、及び、後述の第3の工程において供給されるアンモニア中に窒素ガス等の不活性ガスが混入し難いとの観点から、第1の容器110を減圧する方法が好ましく採用される。第1の容器110を一旦減圧した後に窒素ガス等の不活性ガスを導入し、再度減圧する等、減圧と不活性ガスの導入とを組み合わせることも好ましく行われ、確実に空気を除去することができる。脱気において第1の容器110を減圧するための設備としては、真空ポンプ、エジェクター、あるいは第1の容器110内の空気を吸引して排気側を加圧するコンプレッサー等が利用される。第2の工程において排出された空気は、配管により系外へ排出される。
The plant biomass raw material is in the form of particles, and the raw material stored in the atmosphere, particularly in the dry state or in a state containing a small amount of moisture, contains a large amount of air in and between the particles. For this reason, when the plant biomass raw material is brought into direct contact with ammonia, there is a risk that ammonia and air form an air-fuel mixture within the explosion limit. Therefore, in the
図1及び図2に示す例では、第1の排出部130は、少なくとも、バルブ7、コンプレッサー8、空気抜配管3(アンモニア排出では閉じられる)によって構成されている。バルブ7を開放すると共に、第1の容器110である投入槽5からコンプレッサー8を使って空気を抜き、空気抜配管3から外部に当該空気を放出する。その後、供給配管4から若干の窒素ガス等の不活性ガスを導入して投入槽5内の酸素濃度を所定量以下とする。このとき導入する不活性ガスはできるだけ少なくすることが、経済的観点及び第3の工程において導入するアンモニアに混入する不活性ガスの量を低減するとの観点から望ましい。また、不活性ガスを導入した後再度第1の容器110を減圧として不活性ガスを排出してもよい。
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the
第3の工程において、アンモニア供給部140は、第2の工程において空気が除去された第1の容器110に、第2の容器150と同等以上の圧力となるように気体又は液体のアンモニアを供給する。ここで、第1の容器110に収容された植物バイオマス原料が重力及び/又は第1の容器110と第2の容器150との差圧により、第1の容器110から第2の容器150に円滑に移送されるように、第1の容器110の圧力は第2の容器150の圧力と同等かやや高い圧力とすることが好ましい。供給されるアンモニアについては、第2の容器150に収容されるアンモニアが気体である場合には気体のアンモニアが好ましく、第2の容器150に収容されるアンモニアが液体の場合は気体又は液体のアンモニアが好ましい。図1及び図2に示す例では、アンモニア供給部140は、少なくともアンモニア導入配管6によって構成されている。このアンモニア導入配管6を用いて、第1の容器110を構成する投入槽5へ気体アンモニアを導入し、第2の容器150を構成する改質槽12A,12Bと同じ圧力、あるいは若干高い圧力まで昇圧している。
In the third step, the
第3の工程に続き、第4の工程においては、植物バイオマス原料が第1の容器110から第2の容器150に移送される。移送には、中途にバルブが配設され、第1の容器110と第2の容器150をつなぐ配管を利用することが好ましい。該バルブは植物バイオマス原料を第1の容器110から第2の容器150へ移送するとき以外は閉止して、第1の容器110及び第2の容器150を密閉する。当該移送は、重力及び/又は第1の容器110と第2の容器150の差圧を利用して行うことが好ましい。図1及び図2に示す例では、第1の容器110を構成する投入槽5と第2の容器150を構成する改質槽12A,12Bとが配管で接続されており、当該配管に改質槽導入バルブ10が設けられている。植物バイオマス原料の移送時においては、改質槽導入バルブ10が開かれることによって、投入槽5内の植物バイオマス原料が全て改質槽12A,12Bへ移送される。植物バイオマス原料の移送が完了したら、改質槽導入バルブ10が閉止される。
Subsequent to the third step, in the fourth step, the plant biomass material is transferred from the
第5の工程においては、第1の排出部130が、植物バイオマス原料が第2の容器150に移送された後の第1の容器110内に残存するアンモニアを排出する。第1の容器110からアンモニアを排出する方法は、第2の工程において第1の容器110内の空気を排出する場合と同様に、その際に使用した設備を使用して、窒素ガス等の不活性ガスによるスィーピング、不活性ガスによる加圧パージ、脱気等の方法を用いることができる(実施形態では、第1の空気排出部の機能と第1のアンモニア排出部の機能を一つの第1の排出部130で発揮できる構成としているが、各機能ごとに排出部を分けてもよい)。回収されるアンモニア中に窒素ガス等の不活性ガスが混入し難いとの観点から、第1の容器110を脱気(減圧)する方法が好ましく採用される。第1の容器110を一旦減圧にした後に窒素ガス等の不活性ガスを導入し、再度減圧にする等、減圧と不活性ガスの導入とを組み合わせることも好ましく行われ、確実にアンモニアを除去することができる。なお、窒素ガス等の不活性ガスを使用する際には、アンモニア中に混入する不活性ガスの量を極力少なくするとの観点から、その使用量を最小限にすることが好ましい。
In the fifth step, the
第5の工程における第1の容器110を減圧とする方法のひとつとして、第1の容器110に接続されるアンモニアの排出のための配管に接続される冷却器によりアンモニアを冷却・液化することによりアンモニアの蒸気圧が低下することを利用し、第1の容器110を減圧する方法を採用することができる。この場合、第1の容器110を減圧する設備である真空ポンプ、エジェクター、コンプレッサー等はバイパスされる。なお、冷却器を用いた方法により第1の容器110内のアンモニアを排出し、更に真空ポンプ、エジェクター、コンプレッサー等により減圧してアンモニアの排出を確実に行うことが好ましく行われる。
As one method of depressurizing the
図1及び図2に示す例では、第1の容器110を構成する投入槽5内のアンモニアを排出するためにバルブ7を開けると共にコンプレッサー8を起動することによって、投入槽5内のアンモニアが排出される。気体として排出されたアンモニアは、第1のアンモニア液化部200を構成する冷却器9(この冷却器9による冷却機能をアンモニア排出のための第1の排出部130の一部として機能させてもよい)によって冷却されて液体となり、液体アンモニア槽23へ回収される。
In the example shown in FIG. 1 and FIG. 2, the ammonia in the
第5の工程で第1の容器110内のアンモニアを排出しておくことにより、次のサイクルにおける第1の工程で、第1の容器110に植物バイオマス原料を供給するに際し、当該供給に伴って混入する空気が第1の容器110に残存したアンモニアと混合すること、及びアンモニアが第1の容器110から大気に漏洩することが防止される。これにより、第1の容器110は次のサイクルを開始するための準備が完了する。
By discharging ammonia in the
第6の工程においては、第2の容器150は、第4の工程で移送された植物バイオマス原料を、当該第2の容器150内において、加圧された気体又は液体のアンモニアと加熱下に接触させ、改質を行う。
In the sixth step, the
第2の容器150には気体又は液体のアンモニア及び植物バイオマスを加熱するための加熱部160が備えられており、植物バイオマス原料を所定の温度、圧力、滞留時間において気体又は液体のアンモニアに接触させることにより改質を行う。
The
加熱部160は第2の容器150の外側、器壁内あるいは容器内部に設けられたジャケット、ヒーター等の通常の手段が利用される。ジャケットには蒸気、加熱油等を流通させることにより加熱を行う。図1及び図2に示す例では、第2の容器150を構成する改質槽12A,12Bは、加熱部160として、改質槽12A,12Bの外周部に配設されたジャケットを備えている。当該ジャケットの熱媒体配管14から加温された熱媒体が導入されることによって、改質槽12A,12Bは所定温度に加熱される。
For the
第2の容器150における改質処理の条件は限定されないが、効率的に植物バイオマスの改質を行うとの観点から、温度は40〜150℃、圧力は0.2〜12MPa、滞留時間は0.1〜24時間が好ましい。
Although the conditions for the reforming treatment in the
第2の容器150は、該容器内の植物バイオマス及びアンモニアが均一な温度分布となるように、攪拌手段を備えることが望ましい。該攪拌手段は攪拌手段の回転軸に対して円周方向の攪拌を主として行い、該円周方向に対して垂直な方向に対する攪拌は積極的に行わないものであることが好ましい。
The
第2の容器150は、第1の容器110から配管を通じて植物バイオマス原料を受け入れ、第3の容器170へ、改質された植物バイオマスを排出する。そのためには、植物バイオマス原料を時間とともに第2の容器150内を上流側から下流側へ移動させる必要がある。すなわち、第2の容器150は、植物バイオマス原料を、第1の容器110との間を接続する配管の接続部分側から、第3の容器170との間を接続する配管の接続部側へ向かう方向に移動させる必要がある。第1の容器110から第2の容器150に供給される植物バイオマス原料の単位時間当たりの供給量と、第2の容器150から第3の容器に抜き出される単位時間当たりの(改質された植物バイオマスの)抜き出し量は略等しくする。
The
図1は、ミキサー、すなわち攪拌翼(攪拌手段)13Aを備えた縦型の重力移動式の改質槽12Aを示している。第1の容器110を構成する投入槽5から供給された植物バイオマス原料は、攪拌翼13Aにより攪拌され、加熱部160による容器外部からの加熱に対して、円周方向の温度分布を均一に保つ。攪拌翼13Aは、改質槽12A外部の動力装置11によって駆動する。改質槽12Aの底部から間歇的に改質された植物バイオマス及びアンモニアが抜き出され、この抜き出し及び重力により改質槽12A内の植物バイオマス原料及び改質された植物バイオマスは時間とともに下方へ移動していく。また、改質槽12Aの上部に形成される空隙には、投入槽5から間歇的に植物バイオマス原料及びアンモニアが供給される。
FIG. 1 shows a vertical gravity transfer
図2は、容器内部にスクリューコンベア13Bを備えた横型の改質槽12Bを示している。ここで、スクリューコンベア13Bは植物バイオマス原料を攪拌する攪拌手段として機能すると同時に、改質槽12B内において上流側から下流側へ向かう方向に植物バイオマス原料を移動させる手段としても機能する。ここで改質槽12B及びその内部に配設されるスクリューコンベア13Bは横型の例を示したが、縦型であっても構わない。
FIG. 2 shows a horizontal reforming
第7の工程においては、第6の工程で得られた改質された植物バイオマスの一部が、第2の容器150から、第2の配管15を通じて第3の容器170に移送される。第2の配管15は、第2の容器150と第3の容器170とを接続すると共に、中途にバルブが配設されている。移送を行う間、間歇的にバルブを開け、移送が終了した後バルブを閉止する。
In the seventh step, part of the modified plant biomass obtained in the sixth step is transferred from the
アンモニアの漏洩を確実に防止するために、第2の配管15は、複数のバルブが直列に配設されることが望ましい。また、この場合、少なくとも1つのボールバルブのような粉体の流れの閉止に適したバルブと、少なくとも1つのゲートバルブのような空気や気体アンモニアの流れの閉止に適したバルブとを組み合わせることが好ましい。図1及び図2に示す例では、第2の配管15に設けられた排出バルブを所定時間毎に断続的に開閉する。排出バルブが開き、第2の容器150を構成する改質槽12A,12B内の一定量の植物バイオマスが第3の容器170を構成する排出槽17に流入したあと、排出バルブが閉止される。
In order to reliably prevent ammonia leakage, it is desirable that the
第7の工程では、第3の容器170への改質された植物バイオマスの移送に同伴してアンモニアが当該第3の容器170に混入するので、そのまま第3の容器170を大気に開放して改質された植物バイオマスを回収しようとする場合には、アンモニアと空気とが爆発限界内の混合気を形成する恐れがある。また、アンモニアが大気中に漏洩するおそれもある。そこで、第8の工程においては、第2の排出部180は、第2の容器150からの改質されたバイオマスの移送に伴うアンモニアを第3の容器170から排出する。
In the seventh step, since ammonia is mixed into the
第8の工程において、第2の排出部180が、第3の容器170内のアンモニアを排出するために採用する方法及びこれに用いる設備は、第1の排出部130と同様とすることができる。すなわち、不活性ガスによるスィーピング、不活性ガスによる加圧パージ、脱気等の方法を用いることができる。中でも、回収されるアンモニア中に窒素ガス等の不活性ガスが混入し難いとの観点から、第3の容器170を脱気(減圧に)する方法が好ましく採用される。第3の容器170を一旦減圧した後に窒素ガス等の不活性ガスを導入し、再度減圧にする等、減圧と不活性ガスの導入とを組み合わせることも好ましく行われ、確実にアンモニアを除去することができる。この場合も、使用する不活性ガスの量は最小限とすることが好ましい。
In the eighth step, the method used by the
また、第8の工程における第3の容器170内のアンモニアを排出する方法においても、第5の工程と同様に、アンモニアを冷却してアンモニアの蒸気圧を低下させる方法が好ましく使用される。
Also in the method of discharging ammonia in the
図1及び図2に示す例では、第2の排出部180は、少なくとも、バルブ20、コンプレッサー21、空気抜配管27(アンモニア排出では閉じられる)によって構成されている。第3の容器170を構成する排出槽17内のアンモニアを排出するためにバルブ20を開けると共にコンプレッサー21を起動することによって、排出槽17内のアンモニアが排出される。気体として排出されたアンモニアは、第2のアンモニア液化部210を構成する冷却器22(この冷却器22による冷却機能をアンモニア排出のための第2の排出部180の一部として機能させてもよい)によって冷却されて液体となり、液体アンモニア槽23へ回収される。
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the
第9の工程においては、植物バイオマス回収部190は、第8の工程においてアンモニアが排出された第3の容器170から、改質された植物バイオマスを排出させて回収する。植物バイオマス回収部190を構成する設備としては、開閉可能な蓋が設置された排出孔、あるいはバルブが配設された配管等が挙げられる。開閉可能な蓋を開けることにより、あるいは配管に配設されたバルブを開けることにより、第3の容器170内の改質された植物バイオマスを回収することができる。なお、植物バイオマス回収部190が、バルブの配設された配管によって構成される場合、回収された改質されたバイオマスは貯留のための設備、あるいは該改質されたバイオマスを糖化工程に供するための設備に供給されることもできる。図1及び図2に示す例では、植物バイオマス回収部190を構成する配管に設けられた排出バルブ18を開けることによって、改質が完了した植物バイオマス19を取り出している。
In the ninth step, the plant
改質されたバイオマスが排出された第3の容器170内には空気が混入しているので、第10の工程において、第2の排出部180は、第3の容器170から空気を排出する。ここで、第2の排出部180が採用する空気の排出を行う方法及びこれに使用する設備は、第2の工程において使用するものと同様とすることができる。なお、実施形態では、第2の空気排出部の機能と第2のアンモニア排出部の機能を一つの第2の排出部180で発揮できる構成としているが、各機能ごとに排出部を分けてもよい。第10の工程により空気が排出された第3の容器170は、次のサイクルの第7の工程において、第2の容器150から改質されたバイオマスを受け入れることができる。なお、この第10の工程は、次のサイクルにおいて第7の工程を実行する前段階であればどの段階で実行してもよい。例えば、第9の工程で容器170内に空気が混入した直後で第10の工程を実行してもよく、あるいは、前回のサイクルで混入した空気を排出するため、第7の工程の直前(または、それよりも早い段階)で第10の工程を実行してもよい。図1及び図2に示す例では、バルブ20を開放すると共に、第3の容器170を構成する排出槽17からコンプレッサー21を使って空気を抜き、空気抜配管27から外部に当該空気を放出する。その後、供給配管16から若干の窒素ガス等の不活性ガスを導入して排出槽17内の酸素濃度を所定量以下とする。このとき導入する不活性ガスはできるだけ少なくすることが、経済的観点及び第3の工程において導入するアンモニアに混入する不活性ガスの量を低減するとの観点から望ましい。また、不活性ガスを導入した後再度第1の容器110を減圧として不活性ガスを排出してもよい。
Since air is mixed in the
第11の工程においては、第5の工程及び/又は第8の工程において排出されたアンモニアが回収され、第1の容器110に供給されるアンモニアとして再使用される。アンモニアを改質剤とした改質された植物バイオマスの製造を経済合理性をもって実施するためには、第1の容器110及び/又は第3の容器170から排出したアンモニアを回収して再利用することが必要である。第1の容器110及び第3の容器170から排出されるアンモニアは、植物バイオマスとの分離の観点等から、気体の状態で排出されることが好ましい。本実施形態の改質されたバイオマスの製造方法において、改質剤として気体のアンモニアを用いる場合には、第1の容器及び/又は第3の容器から排出された気体のアンモニアをそのまま第11の工程において第1の容器に供給して再利用することもできる。なお、この第11の工程におけるアンモニアの回収は、第1の容器110及び第3の容器170でアンモニアが排出される所定のタイミングで実行され、再利用は、第1の容器110にアンモニアが供給される所定のタイミングで適宜実行される。
In the eleventh step, the ammonia discharged in the fifth step and / or the eighth step is recovered and reused as ammonia supplied to the
一方、改質剤として液体アンモニアを用いる場合には、第1の容器110及び第3の容器170から排出される気体のアンモニアを圧縮及び/又は冷却することにより液体アンモニアに変換する必要がある。
On the other hand, when liquid ammonia is used as a modifier, it is necessary to convert gaseous ammonia discharged from the
更に、改質剤として気体のアンモニアを使用する場合でも、排出された気体のアンモニアは、第1の容器110及び/又は第3の容器170からの排出に際して窒素ガス等の不活性ガスが混入し、そのまま再使用することが好ましくない場合がある。すなわち、不活性ガスが混入したアンモニアを回収して継続して再利用していると、アンモニア中の不活性ガスの濃度が徐々に増加し、第2の容器150内のアンモニアの分圧が低下し、植物バイオマス原料の改質が効率的に行われなくなるおそれがある。そこで、これらの場合には、第11の工程において、気体のアンモニアを回収する際に、これを圧縮及び/又は冷却により液化し、第4の容器220において液化されないガス成分(主として不活性ガス)を分離・除去する第12の工程を更に備えることが好ましい。
Further, even when gaseous ammonia is used as the modifier, the discharged gaseous ammonia is mixed with an inert gas such as nitrogen gas when discharged from the
改質剤として液体アンモニアを使用する場合には、第12の工程において得られた不活性ガスが除去された液体アンモニアを第1の容器110に供給して再利用する。
When liquid ammonia is used as the modifier, the liquid ammonia from which the inert gas obtained in the twelfth step is removed is supplied to the
一方、改質剤として気体のアンモニアを用いる場合には、第12の工程により得られた液体アンモニウムをアンモニア加熱部230により加熱して気化し、第1の容器110に供給する。これにより、不活性ガスの混入がない、高い分圧の気体のアンモニアを改質剤として使用することができる。
On the other hand, when gaseous ammonia is used as the modifier, the liquid ammonium obtained in the twelfth step is vaporized by being heated by the
図1及び図2に示す例では、投入槽5から回収されて冷却器9で液化されたアンモニア、及び排出槽17から回収されて冷却器22で液化されたアンモニアは、第4の容器220を構成する液体アンモニア槽23に貯留される。この液体アンモニア槽23では、凝縮しないガス(主に窒素等の不活性ガス)が分離され、非凝縮ガス排出配管24より排出される。そして、液体アンモニアはアンモニア蒸発槽26及び熱媒体25によって構成されるアンモニア加熱部(アンモニア加熱手段)230によって加熱され、気化する。気体のアンモニアは、アンモニア導入配管6を介して投入槽5へ供給される。
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the ammonia recovered from the charging
第1〜11の工程、及び第12の工程を繰り返し行うサイクルとした場合、一のサイクルにおける第5の工程の終了以後に次のサイクルを開始するができる。これによって、植物バイオマスを半連続的に改質することが可能となる。なお、機能的に工程の前後関係が限定されていない限り(例えば、アンモニアと空気が混合しないように第3の工程は第2の工程以降で行われる)、一つのサイクル内における各工程の順序は適宜変更してもよい。 When the first to eleventh steps and the twelfth step are repeated, the next cycle can be started after the end of the fifth step in one cycle. This makes it possible to reform plant biomass semi-continuously. In addition, unless the context of the process is functionally limited (for example, the third process is performed after the second process so that ammonia and air are not mixed), the order of each process within one cycle. May be changed as appropriate.
このような改質された植物バイオマスの製造方法によれば、第2の工程で第1の容器110中の空気を排出した後で、植物バイオマス原料が存在する第1の容器110にアンモニアを供給する第3の工程を備えているため、アンモニアと空気が混合することを防止できる。更に、第1の容器110から植物バイオマス原料を移送した後に、第1の容器110に残留したアンモニアを気体として排出する第5工程を備えていると共に、次のサイクルは当該第5工程以降に開始されるため、次のサイクルにおいて第1の容器110に空気が流入しても、アンモニアと空気が混合することを防止できる。すなわち、半連続的に改質を行うことを可能とすると同時に、第1の容器110中で空気とアンモニアが混合することを確実に防止することができる。また、第8工程で第3の容器からアンモニアを気体として排出した後で、第3の容器170に空気が混入しうる第9の工程を行っているため、アンモニアと空気が混合することを防止できる。更に、第10の工程で空気を第3の容器170から排出しておくことで、次のサイクルで第3の容器170に改質された植物バイオマスが移送されても、空気とアンモニアが混合することを防止できる。このように、第3の容器170中で空気とアンモニアが混合することを確実に防止することができる。また、改質を行う第2の容器150の上流及び下流に、アンモニアの供給・排出及びそれぞれ植物バイオマス原料の供給又は改質された植物バイオマスの排出を行う第1の容器110及び第3の容器170を設けることによって、液体のみならず気体のアンモニアを改質剤として用いる場合であっても、第2の容器150からのアンモニアの漏洩を防止することができる。また、第11の工程で、第1の容器110及び/又は第3の容器170から排出されたアンモニアを回収及び再使用することができる。以上によって、加圧された気体及び液体のアンモニアを改質剤として用い、アンモニアと空気とを混合させることなく、一度使用したアンモニアを回収、再使用し、植物バイオマス原料を半連続的に改質することができ、安全且つ効率的に改質された植物バイオマスを製造できる。
According to such a modified method for producing plant biomass, after the air in the
次に、上記の改質されたバイオマスを用いてエタノールを製造する方法について説明する。上記の方法により得られた改質された植物バイオマスは糖化工程により単糖へ加水分解され、更に糖化により得られる糖液は発酵工程によりエタノールに変換される。以下、好ましい実施形態に沿って詳細に説明する。 Next, a method for producing ethanol using the modified biomass will be described. The modified plant biomass obtained by the above method is hydrolyzed to monosaccharides by a saccharification process, and the sugar solution obtained by saccharification is converted to ethanol by a fermentation process. Hereinafter, it demonstrates in detail along preferable embodiment.
(糖化工程)
まず、上記の方法により製造された改質された植物バイオマスを糖化工程において単糖に加水分解(糖化)する。糖化の方法は特に限定されず、公知の方法、すなわち濃硫酸等を触媒に用いる化学的な方法、酵素を用いた生化学的な方法などを用いることができる。このうち、化学的な方法を用いた場合には、過分解により単糖の収率が低下する傾向にあること、糖化に続く工程である発酵工程において阻害作用をもつ物質が生成し易い傾向にあること、及び硫酸等の環境負荷物質の排出が生じることなどの問題がある。よって、これらの問題が生じ難く、また温和な条件を選択することが可能であることから、酵素による糖化が好ましく採用される。この場合に使用する酵素としては限定されず、公知の酵素、すなわちセルラーゼ、セロビアーゼ(β−グルコシダーゼ)などを使用できる。また、これら酵素を適当な担体又はマトリックスに固定化した固定化酵素を使用することもできる。
(Saccharification process)
First, the modified plant biomass produced by the above method is hydrolyzed (saccharified) into monosaccharides in a saccharification step. The saccharification method is not particularly limited, and a known method, that is, a chemical method using concentrated sulfuric acid or the like as a catalyst, a biochemical method using an enzyme, or the like can be used. Of these, when chemical methods are used, the yield of monosaccharides tends to decrease due to excessive decomposition, and substances that have an inhibitory action tend to be easily produced in the fermentation process that follows saccharification. There are problems such as the occurrence of discharge of environmentally hazardous substances such as sulfuric acid. Therefore, these problems are unlikely to occur, and mild conditions can be selected, so that enzymatic saccharification is preferably employed. The enzyme used in this case is not limited, and known enzymes such as cellulase and cellobiase (β-glucosidase) can be used. An immobilized enzyme in which these enzymes are immobilized on an appropriate carrier or matrix can also be used.
前記酵素による糖化における酵素の使用量としては特に制限はなく、適宜選択することができるが、例えば、改質された植物バイオマス100質量部に対して、0.0001〜10質量部が好ましく、0.001〜1質量部がより好ましく、0.01〜0.1質量部が特に好ましい。前記酵素の使用量が0.0001質量部未満であると糖化が不十分となることがあり、10質量部を超えると糖化に対する阻害が起こることがあるとともに、酵素に係るコストが上昇する。一方、前記酵素の使用量が前記好ましい範囲内であると、酵素の使用量に対して得られる単糖の収量が多い点で有利である。 There is no restriction | limiting in particular as the usage-amount of the enzyme in the saccharification by the said enzyme, Although it can select suitably, For example, 0.0001-10 mass parts is preferable with respect to 100 mass parts of modified plant biomass, 0 0.001 to 1 part by mass is more preferable, and 0.01 to 0.1 part by mass is particularly preferable. If the amount of the enzyme used is less than 0.0001 part by mass, saccharification may be insufficient, and if it exceeds 10 parts by mass, inhibition of saccharification may occur and the cost associated with the enzyme increases. On the other hand, when the amount of the enzyme used is within the preferred range, it is advantageous in that the yield of monosaccharide obtained relative to the amount of enzyme used is large.
前記酵素による糖化における温度としては特に制限はなく、一般的な条件を選択することができるが、例えば10〜70℃が好ましく、20〜60℃がより好ましく、30〜50℃が特に好ましい。前記温度が10℃よりも低い場合は糖化が進行しないことがあり、70℃を超えると酵素が失活することがある。一方、前記温度が前記好ましい範囲内であると、酵素の使用量に対して得られる単糖の収量が多い点で有利である。 There is no restriction | limiting in particular as temperature in the saccharification by the said enzyme, Although general conditions can be selected, For example, 10-70 degreeC is preferable, 20-60 degreeC is more preferable, and 30-50 degreeC is especially preferable. If the temperature is lower than 10 ° C, saccharification may not proceed, and if it exceeds 70 ° C, the enzyme may be deactivated. On the other hand, when the temperature is within the preferred range, it is advantageous in that the yield of monosaccharide obtained with respect to the amount of enzyme used is large.
前記酵素による糖化におけるpHとしては特に制限はなく、一般的な条件を選択することができるが、例えば、3.0〜8.0が好ましく、3.5〜7.0がより好ましく、4.0〜6.0が特に好ましい。前記pHが3.0未満、又は8.0を超えると酵素が失活することがある。一方、前記pHが前記好ましい範囲内であると、酵素の使用量に対して得られる単糖の収量が多い点で有利である。 There is no restriction | limiting in particular as pH in the saccharification by the said enzyme, Although general conditions can be selected, For example, 3.0-8.0 are preferable, 3.5-7.0 are more preferable, 4. 0 to 6.0 is particularly preferable. If the pH is less than 3.0 or more than 8.0, the enzyme may be deactivated. On the other hand, when the pH is within the preferable range, it is advantageous in that the yield of monosaccharide obtained with respect to the amount of enzyme used is large.
前記酵素による糖化により、単糖としては、改質されたバイオマスに含まれるセルロースからはグルコースが得られる。また、改質されたバイオマスがヘミセルロースを含有している場合には、ヘミセルロース由来のグルコース、ガラクトース、マンノースといった六炭糖及びキシロース、アラビノースといった五炭糖が生成する。 By the saccharification by the enzyme, glucose is obtained from cellulose contained in the modified biomass as a monosaccharide. When the modified biomass contains hemicellulose, hexoses such as glucose, galactose, and mannose derived from hemicellulose and pentoses such as xylose and arabinose are produced.
上記の糖化により得られる単糖を含む糖液は、そのまま発酵工程に供してもよいが、例えば糖液のpHを調整する工程、糖の濃度を調整する工程などにより、発酵により適した糖液としてもよい。 The sugar solution containing the monosaccharide obtained by the above saccharification may be used for the fermentation process as it is, but for example, a sugar solution suitable for fermentation by adjusting the pH of the sugar solution, adjusting the sugar concentration, etc. It is good.
(発酵工程)
次に、上記糖化工程において得られた糖液にエタノール発酵微生物を添加してエタノール発酵を行う。
(Fermentation process)
Next, ethanol fermentation is performed by adding an ethanol fermentation microorganism to the sugar solution obtained in the saccharification step.
エタノール発酵微生物としては限定されないが、酵母又はザイモモナス・モビリス等のザイモモナス属の細菌等が好ましく使用され、酵母がより好ましい。 Although it is not limited as an ethanol fermentation microorganism, yeast or bacteria of the genus Zymomonas such as Zymomonas mobilis is preferably used, and yeast is more preferable.
酵母としては特に限定されないが、サッカロマイセス・セルビシエ等のサッカロマイセス属の酵母が好ましい。但し、原料となる植物バイオマスがリグノセルロースを含む場合は、リグノセルロースを構成するヘミセルロースから糖化によりキシロース、アラビノースといった五炭糖が生成するが、サッカロマイセス属の酵母は五炭糖を資化してエタノールを生成する能力をもたない。このため、六炭糖だけでなくヘミセルロース由来の五炭糖も有効に利用してエタノールに変換するためには、五炭糖を資化してエタノールを生成する能力を有する酵母(ペントース資化酵母)を使用することが好ましい。ペントース資化酵母としてはピキア・スティピティス又はカンジダ・シハタエ等が好ましく使用される。六炭糖及び五炭糖を効率的にエタノールに変換するためには、サッカロマイセス属の酵母と、前述のペントース資化酵母を組み合わせて使用する方法も好ましく採用される。この場合、サッカロマイセス属の酵母と、前述のペントース資化酵母を共存させて発酵を行なってもよいし、まずサッカロマイセス属の酵母により糖液中のグルコースを資化させ、その後前述のペントース資化酵母により五炭糖を資化させてもよい。 Although it does not specifically limit as yeast, Saccharomyces yeasts, such as Saccharomyces cerevisiae, are preferable. However, when the plant biomass as a raw material contains lignocellulose, pentoses such as xylose and arabinose are produced by saccharification from the hemicellulose constituting the lignocellulose, but the yeast of the genus Saccharomyces assimilates the pentose sugar to produce ethanol. Has no ability to generate. Therefore, in order to effectively use not only hexose but also pentose derived from hemicellulose and convert it to ethanol, yeast that has the ability to assimilate pentose and produce ethanol (pentose-utilizing yeast) Is preferably used. As the pentose assimilating yeast, Pichia stippitis or Candida shihatae is preferably used. In order to efficiently convert hexose sugar and pentose sugar to ethanol, a method of using a yeast of the genus Saccharomyces and the aforementioned pentose assimilating yeast is also preferably employed. In this case, the yeast of the genus Saccharomyces and the above-mentioned pentose-assimilating yeast may be fermented, or glucose in the sugar solution is first assimilated by the yeast of the genus Saccharomyces, and then the above-mentioned pentose-assimilating yeast The pentose can be assimilated.
発酵に用いる酵母は天然の酵母であってもよいし、遺伝子組み替え酵母であってもよい。特に、六炭糖と五炭糖の両方の資化能を有する遺伝子組み替え酵母を用いることにより、効率的にセルロース及びヘミセルロース由来の糖類をエタノールに変換することができる。 The yeast used for fermentation may be a natural yeast or a genetically modified yeast. In particular, saccharides derived from cellulose and hemicellulose can be efficiently converted to ethanol by using a genetically modified yeast having the ability to assimilate both hexose and pentose.
発酵工程における酵母の使用量、糖以外の添加物、発酵温度、pH、発酵時間等の条件は特に限定されず、公知の条件を用いることができるが、pHは4〜7、発酵温度は20〜37℃程度の温度が好ましい。 The conditions such as the amount of yeast used in the fermentation process, additives other than sugar, fermentation temperature, pH, fermentation time and the like are not particularly limited, and known conditions can be used, but the pH is 4 to 7, and the fermentation temperature is 20. A temperature of about ~ 37 ° C is preferred.
また、耐熱性の酵母を用いて、通常よりも高い温度で発酵を行なうことで、冷却のための設備を必要とせず、また雑菌の繁殖を抑制して効率的に発酵を行なうこともできる。耐熱性の酵母としては、例えばクロイベロマイセス・マルキシアナス等のクロイベロマイセス属に属する耐熱性酵母が挙げられる。これらの耐熱性酵母を使用する場合は、発酵の温度は37℃以上50℃以下程度とすることができる。 In addition, by performing fermentation at a temperature higher than usual using heat-resistant yeast, it is possible to perform fermentation efficiently without the need for cooling equipment and suppressing the growth of various bacteria. Examples of the heat-resistant yeast include heat-resistant yeasts belonging to the genus Kloyveromyces such as Kloyveromyces marxianas. When using these heat-resistant yeasts, the temperature of fermentation can be about 37 ° C to 50 ° C.
(精製工程)
本発明のエタノールの製造方法においては、発酵工程において得られたエタノールを含む培地からエタノールを分離・生成する工程を備えることが好ましい。この工程により、エタノールは発酵培地中に含まれる種々の物質から分離・精製され、また濃縮される。前記分離・精製の方法としては特に制限はないが、例えば蒸留などが好ましく採用される。
(Purification process)
In the manufacturing method of ethanol of this invention, it is preferable to provide the process of isolate | separating and producing | generating ethanol from the culture medium containing ethanol obtained in the fermentation process. By this step, ethanol is separated / purified from various substances contained in the fermentation medium and concentrated. The separation / purification method is not particularly limited, but for example, distillation is preferably employed.
本実施形態に係るエタノールの製造方法によれば、上述のような製造方法による改質された植物バイオマスを用いることで、効率的にエタノールを製造することができる。 According to the ethanol production method of the present embodiment, ethanol can be efficiently produced by using the plant biomass modified by the production method as described above.
以上、本発明の改質された植物バイオマスの製造方法及びその製造装置、並びに前記方法により製造された改質された植物バイオマスを用いたエタノールの製造方法について、好ましい実施形態に沿って説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態に限定されるものではない。 As mentioned above, although the manufacturing method of the modified plant biomass of this invention, its manufacturing apparatus, and the manufacturing method of ethanol using the modified plant biomass manufactured by the said method were demonstrated along preferable embodiment. The present invention is not limited to the above-described embodiment without departing from the spirit of the present invention.
なお、本発明の方法により得られる改質された植物バイオマスは、エタノールの製造に用いるだけでなく、その他の物質の製造の原料として用いることができる。例えば、本発明の方法により得られる改質された植物バイオマスを糖化して得られる糖液を、乳酸菌等による乳酸発酵に供することにより、乳酸を製造することができる。このようにして得られた乳酸は、例えばポリ乳酸等の生分解性高分子の原料として利用することができる。 In addition, the modified plant biomass obtained by the method of the present invention can be used not only for the production of ethanol but also as a raw material for the production of other substances. For example, lactic acid can be produced by subjecting a sugar solution obtained by saccharification of the modified plant biomass obtained by the method of the present invention to lactic acid fermentation by lactic acid bacteria or the like. The lactic acid thus obtained can be used as a raw material for biodegradable polymers such as polylactic acid.
1…植物バイオマス貯留部、2…第1の配管、3…空気抜配管、4…供給配管、5…投入槽、6…アンモニア導入配管、7…バルブ、8…コンプレッサー、9…冷却器、10…改質槽導入バルブ、11…動力装置、12A,12B…改質槽、13A…攪拌翼(攪拌手段)、13B…スクリューコンベア(攪拌手段)、14…熱媒体配管、15…第2の配管、16…供給配管、17…排出槽、18…排出バルブ、19…改質された植物バイオマス、20…バルブ、21…コンプレッサー、22…冷却器、23…液体アンモニア槽、24…非凝縮ガス排出配管、25…熱媒体、26…アンモニア蒸発槽、27…空気抜配管、100…改質された植物バイオマスの製造装置、110…第1の容器、120…植物バイオマス原料供給部、130…第1の排出部(第1の空気排出部、第1のアンモニア排出部)、140…アンモニア供給部、150…第2の容器、160…加熱部(加熱手段)、170…第3の容器、180…第2の排出部(第2の空気排出部、第2のアンモニア排出部)、190…植物バイオマス回収部、200…第1のアンモニア液化部、210…第2のアンモニア液化部、220…第4の容器、230…アンモニア加熱部(アンモニア加熱手段)。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Plant biomass storage part, 2 ... 1st piping, 3 ... Air vent piping, 4 ... Supply piping, 5 ... Feeding tank, 6 ... Ammonia introduction piping, 7 ... Valve, 8 ... Compressor, 9 ... Cooler, 10 ... reforming tank introduction valve, 11 ... power unit, 12A, 12B ... reforming tank, 13A ... stirring blade (stirring means), 13B ... screw conveyor (stirring means), 14 ... heat medium piping, 15 ... second piping , 16 ... supply piping, 17 ... discharge tank, 18 ... discharge valve, 19 ... modified plant biomass, 20 ... valve, 21 ... compressor, 22 ... cooler, 23 ... liquid ammonia tank, 24 ... non-condensable gas discharge Piping, 25 ... Heat medium, 26 ... Ammonia evaporation tank, 27 ... Air venting pipe, 100 ... Production apparatus for modified plant biomass, 110 ... First container, 120 ... Plant biomass raw material supply unit, 130 ... First Discharge section (first air discharge section, first ammonia discharge section), 140 ... ammonia supply section, 150 ... second container, 160 ... heating section (heating means), 170 ... third container, 180 ... first 2 discharge parts (second air discharge part, second ammonia discharge part), 190 ... plant biomass recovery part, 200 ... first ammonia liquefaction part, 210 ... second ammonia liquefaction part, 220 ... fourth Container, 230 ... ammonia heating part (ammonia heating means).
Claims (14)
第1の工程の後、前記第1の容器中の空気を排出する第2の工程と、
第2の工程の後、前記第1の容器の圧力が、前記植物バイオマス原料を改質する第2の容器の圧力以上となるように、前記第1の容器に気体又は液体のアンモニアを供給する第3の工程と、
第3の工程の後、前記植物バイオマス原料を前記第1の容器から前記第2の容器に移送する第4の工程と、
第4の工程の後、前記第1の容器に残留したアンモニアを気体として排出する第5の工程と、
前記第4の工程により移送された前記植物バイオマス原料を前記第2の容器内において加圧された気体又は液体のアンモニアと接触させて改質する第6の工程と、
前記第6の工程において改質された植物バイオマスの少なくとも一部を前記第2の容器から第3の容器に移送する第7の工程と、
前記第7の工程の後、アンモニアを前記第3の容器から気体として排出する第8の工程と、
前記第8の工程の後、前記第3の容器から前記改質された植物バイオマスを排出して回収する第9の工程と、
空気を第3の容器から排出する第10の工程と、
前記第5の工程及び/又は前記第8の工程において排出されたアンモニアを回収し、前記第1の容器に供給されるアンモニアとして再使用する第11の工程と、を備え、
前記第1〜11の工程を繰り返し行うサイクルとし、一のサイクルにおける前記第5の工程の終了以後に次のサイクルを開始することを特徴とする、改質された植物バイオマスの製造方法。 A first step of supplying particulate plant biomass raw material to the first container;
A second step of exhausting air in the first container after the first step;
After the second step, gas or liquid ammonia is supplied to the first container so that the pressure of the first container is equal to or higher than the pressure of the second container for reforming the plant biomass raw material. A third step;
After the third step, a fourth step of transferring the plant biomass material from the first container to the second container;
After the fourth step, a fifth step of discharging ammonia remaining in the first container as a gas;
A sixth step of reforming the plant biomass material transferred in the fourth step by bringing it into contact with gas or liquid ammonia pressurized in the second container;
A seventh step of transferring at least a part of the plant biomass modified in the sixth step from the second container to a third container;
After the seventh step, an eighth step of discharging ammonia as a gas from the third container;
After the eighth step, a ninth step of discharging and recovering the modified plant biomass from the third container;
A tenth step of discharging air from the third container;
An eleventh step of recovering the ammonia discharged in the fifth step and / or the eighth step and reusing it as ammonia supplied to the first container,
A method for producing a modified plant biomass, wherein the first to eleventh steps are repeated, and the next cycle is started after the end of the fifth step in one cycle.
前記第1の容器に前記植物バイオマス原料を供給する植物バイオマス原料供給部と、
前記第1の容器から空気を排出する第1の空気排出部と、
前記第1の容器からアンモニアを排出する第1のアンモニア排出部と、
加圧された気体又は液体のアンモニアを前記第1の容器に供給するアンモニア供給部と、
前記第1の容器から前記植物バイオマス原料が移送されると共に、当該植物バイオマス原料を加圧された気体又は液体のアンモニアと接触させ改質する第2の容器と、
前記第2の容器に設けられた加熱手段と、
前記第2の容器から改質された植物バイオマスが移送される第3の容器と、
前記第3の容器から空気を排出する第2の空気排出部と、
前記第3の容器からアンモニアを排出する第2のアンモニア排出部と、
前記第3の容器から前記改質された植物バイオマスを排出させて回収する植物バイオマス回収部と、を備えることを特徴とする、改質された植物バイオマスの製造装置。 A first container to which particulate plant biomass material is supplied;
A plant biomass material supply unit for supplying the plant biomass material to the first container;
A first air discharger for discharging air from the first container;
A first ammonia discharge part for discharging ammonia from the first container;
An ammonia supply section for supplying pressurized gaseous or liquid ammonia to the first container;
A second container for transferring the plant biomass raw material from the first container and bringing the plant biomass raw material into contact with a pressurized gas or liquid ammonia for reforming;
Heating means provided in the second container;
A third container in which the modified plant biomass is transferred from the second container;
A second air exhaust for exhausting air from the third container;
A second ammonia discharge part for discharging ammonia from the third container;
An apparatus for producing modified plant biomass, comprising: a plant biomass recovery unit that discharges and recovers the modified plant biomass from the third container.
前記植物バイオマス原料を貯留する植物バイオマス原料貯留部と、
前記植物バイオマス原料貯留部と前記第1の容器とを接続すると共に、複数のバルブが直列に配設された第1の配管と、を備えることを特徴とする請求項6記載の改質された植物バイオマスの製造装置。 The plant biomass raw material supply unit
A plant biomass material storage section for storing the plant biomass material;
The modified plant according to claim 6, further comprising: a first pipe that connects the plant biomass raw material storage unit and the first container and in which a plurality of valves are arranged in series. Plant biomass production equipment.
圧縮及び/又は冷却により液化されない気体を液体アンモニアから分離、除去するための第4の容器と、を更に備えることを特徴とする請求項6〜11のいずれか1項に記載の改質された植物バイオマスの製造装置。 An ammonia liquefying section for compressing and / or cooling and liquefying ammonia discharged as a gas from the first container and / or the third container;
The modified container according to any one of claims 6 to 11, further comprising a fourth container for separating and removing gas that is not liquefied by compression and / or cooling from liquid ammonia. Plant biomass production equipment.
前記糖化工程において得られた糖液をエタノール発酵させる発酵工程と、
を備えるエタノールの製造方法。 A saccharification step of saccharifying the modified plant biomass produced by the production method according to any one of claims 1 to 5 with an enzyme,
A fermentation step of ethanol fermentation of the sugar solution obtained in the saccharification step;
A method for producing ethanol.
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