リグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置
【課題】糖化前処理によりリグニンが解離されたバイオマスを短い周期で効率的に得る装置を提供する。
【解決手段】第１及び第２の処理装置２ａ，２ｂは、それぞれ処理槽５ａ，５ｂ、アンモニア水供給手段６、混合手段８ａ，８ｂ、加熱手段１８ａ，１８ｂ、アンモニア分離手段４ａ，４ｂ、及び排出手段９ａ，９ｂを有する。第１及び第２の処理装置２ａ，２ｂは、交互に糖化前処理を行う。アンモニア分離手段４ａ，４ｂは、処理槽５ａ，５ｂの一方で放散されたアンモニアを処理槽５ａ，５ｂの他方に移送する。移送されたアンモニアガスを水供給手段７により供給された水に溶解する。ヒートポンプ手段１９が、溶解熱を加熱手段１８ａ，１８ｂに供給する。
【解決手段】第１及び第２の処理装置２ａ，２ｂは、それぞれ処理槽５ａ，５ｂ、アンモニア水供給手段６、混合手段８ａ，８ｂ、加熱手段１８ａ，１８ｂ、アンモニア分離手段４ａ，４ｂ、及び排出手段９ａ，９ｂを有する。第１及び第２の処理装置２ａ，２ｂは、交互に糖化前処理を行う。アンモニア分離手段４ａ，４ｂは、処理槽５ａ，５ｂの一方で放散されたアンモニアを処理槽５ａ，５ｂの他方に移送する。移送されたアンモニアガスを水供給手段７により供給された水に溶解する。ヒートポンプ手段１９が、溶解熱を加熱手段１８ａ，１８ｂに供給する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リグノセルロース系バイオマスの糖化前処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基質として、稲藁等のリグノセルロース系バイオマスを、微生物が産生する糖化酵素によって糖化し、得られた糖を発酵させることによりエタノールを製造することが知られている。ここで、前記リグノセルロース系バイオマスは、セルロース又はヘミセルロースにリグニンが強固に結合した構成を備えているため、そのままでは該セルロースに対する酵素糖化を行うことが難しい。従って、前記糖化には、前記リグノセルロース系バイオマスを前処理し、該リグノセルロース系バイオマスに含まれるリグニンを解離し、又は該リグノセルロース系バイオマスを膨潤させた糖化前処理物が用いられている。
【０００３】
本願では、「解離」との用語は、セルロース若しくはヘミセルロースとリグニンとの結合の少なくとも一部を切断することを意味する。また、「膨潤」との用語は、液体の浸入によって結晶性セルロースを構成するセルロース若しくはヘミセルロースに空隙を生じ、又はセルロース繊維の内部に空隙を生じて、該結晶性セルロースが膨張することを意味する。
【０００４】
前記従来のエタノール製造方法を実施するための装置として、前記リグノセルロース系バイオマスとアンモニア水とを混合して得られた混合物を加熱する単一の処理槽を備え、該処理槽によりバッチ式に糖化前処理する処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１記載の装置によれば、前記リグノセルロース系バイオマスを０．８〜１５重量％の濃度のアンモニア水に分散し、加熱することにより、該リグノセルロース系バイオマスからリグニンを解離し、又は該リグノセルロース系バイオマスを膨潤させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００８−５３５５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、リグノセルロース系バイオマスからリグニンを解離する糖化前処理がバッチ方式になるため、連続して糖化前処理することができないという不都合がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、糖化前処理によりリグニンが解離されたバイオマスを連続して効率よく得ることができるリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、基質としてのリグノセルロース系バイオマスを収容する処理槽と、前記処理槽にアンモニア水を供給するアンモニア水供給手段と、前記基質に、前記アンモニア水を添加し、混合することにより基質混合物とする混合手段と、前記基質混合物を加熱して、前記基質からリグニンを解離し、又は該基質を膨潤させて糖化前処理物とする加熱手段と、前記糖化前処理物から放散されるアンモニアガスを分離して糖化前処理物とするアンモニア分離手段と、前記処理槽から糖化前処理物を排出する排出手段とをそれぞれ備える第１の処理装置及び第２の処理装置と、前記アンモニア分離手段により分離されたアンモニアガスを水に溶解させてアンモニア水として回収するアンモニア回収手段とを備えるリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置であって、前記第１の処理装置と前記第２の処理装置とは、交互にリグノセルロース系バイオマス糖化前処理を行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、各処理装置の処理槽内には、基質としてのリグノセルロース系バイオマスが収容されており、さらにアンモニア水供給手段によりアンモニア水が供給される。次に、各処理装置の処理槽では、前記基質は、前記アンモニア水が混合手段により添加され、混合されることにより基質混合物となる。次に、基質混合物は、加熱手段により、アンモニアを大気中に放散させずに加熱処理されて糖化前処理物となる。この結果、前記糖化前処理物は、アンモニア水によりリグニンが解離し、又は該基質が膨潤され、後工程において糖化酵素分子がセルロース又はヘミセルロースに接触しやすくなり、セルロース又はヘミセルロースを容易に糖化することが可能になる。
【００１１】
その後、糖化前処理物は、アンモニア分離手段により、加熱されて放散されたアンモニアガスが分離される。そして、糖化前処理物は、排出手段により処理槽から排出されて、後工程に移送される。
【００１２】
本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置によれば、第１の処理装置及び第２の処理装置を備えており、各処理装置は、交互にバイオマスの糖化前処理を行う。従って、バイオマスからリグニンを解離させた糖化前処理物を交互に得ることができ、該糖化前処理物を連続的に後工程に供給することにより、効率よく処理することができる。
【００１３】
ところで、前記従来のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、糖化前処理を行った糖化前処理物からアンモニア水を分離するアンモニア分離手段を備えている。このアンモニア分離手段は、前記糖化前処理物からアンモニアを放散させた後、得られたアンモニアガスを吸収塔により水に吸収させてアンモニア水とすることにより、アンモニアを回収し、再利用する。
【００１４】
しかしながら、このような構成を本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置に適用すると、各処理槽で分離したアンモニアガスを吸収塔において吸収してアンモニア水とした後、再び各処理槽にアンモニア水を分配する必要があり、さらに効率をよくすることが望まれる。
【００１５】
本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、前記アンモニア分離手段は、前記加熱手段により加熱することによって前記糖化前処理物から放散されるアンモニアガスを他方の前記処理装置の処理槽に移送するアンモニアガス移送手段が設けられており、前記アンモニア回収手段は、前記第１の処理装置及び第２の処理装置の処理槽に水を供給する水供給手段が設けられており、前記アンモニアガス移送手段により前記第１の処理装置又は前記第２の処理装置の処理槽に移送されたアンモニアガスを、前記水供給手段により供給された水に溶解して、アンモニア水とすることができる。
【００１６】
本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、第１の処理装置において、上述したように基質混合物が加熱手段により加熱処理されることにより、前記基質からリグニンが解離され、又は該基質が膨潤する。このとき、第２の処理装置の処理槽には、リグノセルロース系バイオマスが収容され、さらに水供給手段により水が供給される。
【００１７】
第１の処理装置では、前記加熱処理により、アンモニアガスを大気中に放散させずに前記加熱処理を所定の時間行った後、該加熱を維持することにより、アンモニアを気化して前記糖化前処理物から分離する。そして、分離されたアンモニアをアンモニアガス移送手段により、第２の処理装置の処理槽に移送する。第２の処理装置の処理槽には、水が供給されているため、移送されたアンモニアガスは、該水に溶解される。
【００１８】
このとき、第１の処理装置では加熱処理によりアンモニアガス及び水蒸気が放散され、第２の処理装置では該アンモニアガスが水に溶解すると共に、該水蒸気が冷却されることにより凝縮する。従って、アンモニアガス移送手段によれば、アンモニアガス及び水蒸気がヒートパイプの作動液と同様の原理により移動するため、ポンプやコンプレッサーなどの動力機器を用いなくてもよい。
【００１９】
アンモニアガス移送手段により、糖化前処理物からアンモニアが十分に分離されると、加熱手段とアンモニアガス移送手段が停止される。そして、第１の処理装置から、リグニンが解離されたバイオマスが排出手段により排出され、後工程に移送される。
【００２０】
次に、第１の処理装置では、バイオマスが後工程に移送された処理槽に、新たなリグノセルロース系バイオマスが収容されると共に、水供給手段により水が供給される。また、第２の処理装置では、アンモニア水供給手段により処理槽にアンモニア水が供給されて、第1の処理装置における糖化前処理する前のアンモニア水濃度となるように調整される。
【００２１】
このようにすることにより、第１の処理装置と、第２の処理装置とは、それぞれ処理槽に収容されている内容物が互いに入れ替わっていることを除き、糖化前処理する前の状態に復帰する。従って、第１の処理装置と、第２の処理装置とは、上述した工程を交互に繰り返すことができる。
【００２２】
本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置によれば、糖化前処理後、糖化前処理物から放散されたアンモニアガスを、他方の処理装置の処理槽に充填されている水に直接溶解させることができる。従って、糖化前処理に用いたアンモニアを効率的に再利用することができる。
【００２３】
また、本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、前記第１の処理装置及び第２の処理装置は、それぞれ他方の処理装置からアンモニアガス移送手段により移送されたアンモニアガスが該処理装置の前記処理槽に供給されている水に溶解されるときの溶解熱を回収する溶解熱回収手段と、前記溶解熱回収手段により回収された前記溶解熱を熱源として前記加熱手段に供給される熱を生成するヒートポンプ手段とを備えることが好ましい。
【００２４】
本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置によれば、溶解熱回収手段によりアンモニアガスが水に溶解される際の溶解熱を回収する。従って、処理槽内の温度の上昇を防止し、前記アンモニアガスを容易に回収することができる。また、ヒートポンプ手段は、余剰の熱である前記溶解熱を熱源として、前記加熱手段に供給する熱を生成することができるため、エネルギー効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置を示す説明的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本実施形態のリグノセルロース系バイオマスの糖化前処理装置１は、リグノセルロース系バイオマス（以下、バイオマスと略記する）を糖化前処理する第１の処理装置２ａ及び第２の処理装置２ｂと、熱交換手段３と、第１のアンモニアガス移送手段４ａ及び第２のアンモニアガス移送手段４ｂとを備えている。
【００２７】
第１の処理装置２ａ及び第２の処理装置２ｂは、それぞれバイオマスを収容する第１処理槽５ａ及び第２処理槽５ｂと、第１処理槽５ａ及び第２処理槽５ｂにアンモニア水を供給するアンモニア水供給手段６と、第１処理槽５ａ及び第２処理槽５ｂに水を供給する水供給手段７と、バイオマスにアンモニア水又は水を添加する混合手段８ａ，８ｂと、糖化前処理後のバイオマスを排出する排出手段９ａ，９ｂとからなる。
【００２８】
第１の処理槽５ａ及び第２の処理槽５ｂは、上部に、図示しないバイオマスが投入される投入口を備える圧力容器である。
【００２９】
アンモニア水供給手段６は、アンモニア水タンク１０と、アンモニア水供給導管１１とを備えている。アンモニア水タンク１０は、所定の濃度のアンモニア水を収容しており、下部にアンモニア水供給導管１１が接続されている。また、アンモニア水供給導管１１は、途中で分岐して、第１アンモニア水供給分岐管１１ａと第２アンモニア水供給分岐管１１ｂとを形成している。アンモニア水供給導管１１は、アンモニア水タンク１０と前記分岐点との間にアンモニア水用ポンプ１２が設けられている。
【００３０】
第１アンモニア水供給分岐管１１ａは、第1処理槽５ａの上部に接続されており、途中に第１の弁１３ａが設けられている。第２アンモニア水供給分岐管１１ｂは、第２処理槽５ｂの上部に接続されており、途中に第２の弁１３ｂが設けられている。
【００３１】
水供給手段７は、水タンク１４と、水供給導管１５とを備えている。水タンク１４は、水を収容しており、下部に水供給導管１５が接続されている。また、水供給導管１５は、途中で分岐して第１水供給分岐管１５ａ及び第２水供給分岐管１５ｂを形成している。水供給導管１５は、水タンク１４と前記分岐点との間に水用ポンプ１６が設けられている。第１水供給分岐管１５ａは、第1処理槽５ａの上部に接続されており、途中に第３の弁１７ａが設けられている。第２アンモニア水供給分岐管１１ｂは、第２処理槽５ｂの上部に接続されており、途中に第４の弁１７ｂが設けられている。
【００３２】
熱交換手段３は、第１ジャケット１８ａと、第２ジャケット１８ｂと、ヒートポンプ１９と、第１熱媒体導管２０と、第２熱媒体導管２１と、第３熱媒体導管２２と、第４熱媒体導管２３とを備えている。第1ジャケット１８ａは、第１処理槽５ａに設けられており、第２ジャケット１８ｂは、第２処理槽５ｂに設けられている。
【００３３】
ヒートポンプ１９は、熱媒体が循環する循環導管２４を備え、循環導管２４の途中に、膨張弁２５、第１熱交換器２６、圧縮機２７、第２熱交換器２８を備えている。
【００３４】
第１熱媒体導管２０は、一端が第１熱交換器２６の二次側に接続されており、他端側は途中で分岐し、一方は第１熱媒体分岐管２０ａとして第１ジャケット１８ａの一次側に接続され、他方は第２熱媒体分岐管２０ｂとして第２ジャケット１８ｂの一次側に接続されている。第１熱媒体分岐管２０ａは、途中に第５の弁２９ａが設けられており、第２熱媒体分岐管２０ｂは、途中に第６の弁２９ｂが設けられている。
【００３５】
第２熱媒体導管２１は、一端が第１熱交換器２６の一次側に接続されており、他端側は途中で分岐し、一方は第３熱媒体分岐管２１ａとして第１ジャケット１８ａの二次側に接続され、他方は第４熱媒体分岐管２１ｂとして第２ジャケット１８ｂの二次側に接続されている。第３熱媒体分岐管２１ａは、途中に第７の弁３０ａが設けられており、第４熱媒体分岐管２１ｂは、途中に第８の弁３０ｂが設けられている。また、第２熱媒体導管２１は、第１熱交換器２６と分岐点との間に、第１循環ポンプ３１が設けられている。第１熱媒体導管２０、第２熱媒体導管２１には、例えば、冷水が流通される。
【００３６】
第３熱媒体導管２２は、一端が第２熱交換器２８の二次側に接続されており、他端側は途中で分岐し、一方は第５熱媒体分岐管２２ａとして第１ジャケット１８ａの一次側に接続され、他方は第６熱媒体分岐管２２ｂとして第２ジャケット１８ｂの一次側に接続されている。第５熱媒体分岐管２２ａは、途中に第９の弁３２ａが設けられており、第６熱媒体分岐管２２ｂは、途中に第１０の弁３２ｂが設けられている。
【００３７】
第４熱媒体導管２３は、一端が第２熱交換器２８の一次側に接続されており、他端側は途中で分岐しており、一方は第７熱媒体分岐管２３ａとして第１ジャケット１８ａの二次側に接続され、他方は第８熱媒体分岐管２３ｂとして第２ジャケット１８ｂの二次側に接続されている。第７熱媒体分岐管２３ａは、途中に第１１の弁３３ａが設けられており、第８熱媒体分岐管２３ｂは、途中に第１２の弁３３ｂが設けられている。また、第３熱媒体導管２２は、第２熱交換器２８と分岐点との間に、第２循環ポンプ３４が設けられている。第３熱媒体導管２２、第４熱媒体導管２３には、例えば、熱水が流通される。
【００３８】
第１のアンモニアガス移送手段４ａは、第１アンモニアガス移送導管３５ａと、第１アンモニアガス移送導管３５ａの途中に設けられた第１３の弁３６ａとからなり、第１アンモニアガス移送導管３５ａは、一端が第１処理槽５ａの上部に接続され、他端が第２処理槽５ｂの下部に接続されている。
【００３９】
第２のアンモニアガス移送手段４ｂは、一端が第２処理槽５ｂの上部に接続され、他端が第1処理槽５ａの下部に接続されている第２アンモニアガス移送導管３５ｂと、第２アンモニアガス移送導管３５ｂの途中に設けられた第１４の弁３６ｂとからなる。
【００４０】
次に、図１を参照して、本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置１の作動について説明する。
【００４１】
本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置１では、先ず、図示しない投入口から第１処理槽５ａにバイオマスが投入される。前記バイオマスは、図示しないカッターミルにより、例えば、約１ｍｍの長さに粉砕されている。
【００４２】
次に、第１の弁１３ａを開弁し、第２の弁１３ｂを閉弁すると共に、アンモニア水用ポンプ１２を駆動することにより、アンモニア水タンク１０内のアンモニア水が第１処理槽５ａ内に所定量供給される。
【００４３】
次に、第１処理槽５ａに投入されたバイオマスは、混合手段８ａにより前記アンモニア水に添加されて基質混合物が形成される。形成された基質混合物は、第１ジャケット１８ａに熱媒体として、例えば、９５℃の温水が供給されることにより加熱され、８０℃の温度で、例えば約８時間の間保持される。この結果、前記基質混合物は、糖化前処理物となる。
【００４４】
このとき、第２処理槽５ｂでは、図示しない投入口からバイオマスが投入される。さらに、第３の弁１７ａを閉弁し、第４の弁１７ｂを開弁すると共に、水用ポンプ１６を駆動することにより、水タンク１４内の水が第２処理槽５ｂ内に所定量供給される。
【００４５】
第１処理槽５ａにおいて、糖化前処理として、加熱処理が行われた後、第１３の弁３６ａを徐々に開弁する。第１処理槽５ａは、密閉状態で前記加熱処理によりアンモニアガスが気化しているため、内部圧力が高くなっている。そのため、第１処理槽５ａと、第２処理槽５ｂとの内部圧力差により、放散されたアンモニアガスは、第１アンモニアガス移送導管３５ａを介して第２処理槽５ｂ内に移送される。移送されたアンモニアガスは、第２処理槽５ｂ内の水に溶解されてアンモニア水となる。このとき、移送されるアンモニアガスが第２処理槽５ｂ内の水に溶解することを促進するために、混合手段８ｂを駆動していることが好ましい。
【００４６】
アンモニアガスは、水に溶解する際に、溶解熱を発生する。この結果、第２処理槽５ｂ内の温度が上昇すると、アンモニアガスの水への溶解度が低下すると共に、第２処理槽５ｂの内部圧力が上昇する。そして、第２処理槽５ｂの内部圧力が第１処理槽５ａの内部圧力と同程度になってしまうと、アンモニアガスの移送が困難になる。そこで、第２ジャケット１８ｂに、例えば、１５℃の冷水を供給し、第２処理槽５ｂの熱を回収することにより、アンモニアガスの移送を効率的に行うことができる。
【００４７】
第１処理槽５ａから第２処理槽５ｂへのアンモニアガスの移送を十分に行った後、第１３の弁を閉弁することにより、アンモニアの分離を終了する。このとき、第２処理槽５ｂには、移送されたアンモニアガスが水に溶解されてなるアンモニア水と、バイオマスとが収容されている。
【００４８】
一方で、アンモニアの分離が終了した第１処理槽５ａには、糖化前処理物が収容されている。この糖化前処理物には、分離しきれていないアンモニアが水分中に約０．１〜０．２質量％残留している。従って、この損失分のアンモニアを補充するように、アンモニア水供給手段６により第２処理槽５ｂ内にアンモニア水を供給する。この結果、第２処理槽５bに収容されているアンモニア水の量が、糖化前処理をする前の第１処理槽５ａ内に収容されているアンモニア水の量と同じになる。
【００４９】
第１処理槽５ａ内の糖化前処理物は、その後、排出手段９ａにより第１処理槽５ａから排出され、後工程へ移送される。糖化前処理物の後工程への移送は、糖化前処理物を収容する第１処理槽５ａ内のｐＨを調整し、糖化酵素を添加して所定の時間、初期糖化を行った後で行うことができる。このようにすることにより、糖化前処理物が移送に適した粘度に調整される。
【００５０】
次に、第１処理槽５ａは、内部が洗浄された後、新たなバイオマスと、水供給手段７により前記糖化前処理物に含有されている水分量と略同量の水が供給される。
【００５１】
この結果、第１処理槽５ａと、第２処理槽５ｂとは、収容されている内容物が互いに入れ替わっていることを除き、糖化前処理する前の状態に復帰する。従って、第１の処理装置２ａと、第２の処理装置２ｂとは、上述した工程を交互に繰り返すことができる。
【００５２】
本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、処理槽５ａ，５ｂを洗浄した後、処理槽５ａ，５ｂに新たなバイオマスと共に供給される水は、この時点においては一部のみを供給し、その後、他方の処理槽からアンモニアガスが移送されてきた際に、追加して供給してもよい。このようにすることにより、処理槽５ａ，５ｂに移送されたアンモニアガスを、効率的に水に溶解させることができる。
【００５３】
なお、本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、処理槽５ａ，５ｂにバイオマスを投入した後に、図示しない真空ポンプにより、処理槽５ａ，５ｂ内を真空引きしておくことが好ましい。
【００５４】
アンモニアガス移送手段４ａ，４ｂによるアンモニアガスの移送は、アンモニア水の気化による体積膨張と、その後、水への吸収や凝集による体積減少とをその駆動原理としている。従って、処理槽５ａ，５ｂ中から、水への吸収や凝集が生じづらい気体を予め排除しておくことにより、アンモニアガス移送手段４ａ，４ｂによるアンモニアガスの移送の停滞を回避することができる。
【００５５】
次に、ヒートポンプ１９の作動について説明する。
【００５６】
ヒートポンプ１９は、第５の弁２９ａ〜第１２の弁３３ｂの開閉を切り替えることにより、第１ジャケット１８ａと第２ジャケット１８ｂとのいずれか一方において熱を回収し、該回収した熱を熱源として他方のジャケットを加熱する。
【００５７】
先ず、第２処理槽５ｂから熱を回収し、該回収した熱を熱源として第１処理槽５ａを加熱する場合には、第６の弁２９ｂ、第８の弁３０ｂ、第９の弁３２ａ、第１１の弁３３ａを開弁すると共に、第５の弁２９ａ、第７の弁３０ａ、第１０の弁３２ｂ、第１２の弁３３ｂを閉弁する。この結果、冷水が第２熱媒体分岐管２０ｂ、第２ジャケット１８ｂ、第４熱媒体分岐管２１ｂを循環し、熱水が、第１熱媒体導管２２ａ、第１ジャケット１８ａ、第３熱媒体導管２３ａを循環する。
【００５８】
このとき、ヒートポンプ１９は、循環導管２４を循環する熱媒体を、まず膨張弁２５で膨張させて第１熱交換器２６に供給する。この結果、前記熱媒体は、第１熱媒体導管２１を循環し、アンモニアガスの溶解熱を吸収して温められた冷水から、第１熱交換器２６において熱を吸収する。
【００５９】
次に、第１熱交換器２６を通過した前記熱媒体は、次に、圧縮機２７に供給されることにより、圧縮されて高温となる。その後、高温の前記熱媒体が、循環導管２４に流通されることにより、第４熱媒体導管２３から第２熱交換器２８に供給された熱水を加熱する。そして、前記熱媒体は、再び膨張弁２５に循環される。
【００６０】
第１処理槽５ａから熱を回収し、該回収した熱を熱源として第２処理槽５ｂを加熱する場合には、第５の弁２９ａ、第７の弁３０ａ、第１０の弁３２ｂ、第１２の弁３３ｂを開弁すると共に、第６の弁２９ｂ、第８の弁３０ｂ、第９の弁３２ａ、第１１の弁３３ａを閉弁する。この結果、第１熱媒体である冷水が、第１熱媒体分岐管２０ｂａ、第１ジャケット１８ａ、第３熱媒体分岐管２１ａを循環し、第２熱媒体である熱水が、第２熱媒体導管２２ｂ、第２ジャケット１８ｂ、第４熱媒体導管２３ｂを循環することを除いて、第２処理槽５ｂから熱を回収し、該回収した熱を熱源として第１処理槽５ａを加熱する場合と全く同一にして行われる。
【００６１】
本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、ヒートポンプを１つのみ用いたが、異なる性質を有する熱媒体を用い、低温回路側ヒートポンプと、高温型ヒートポンプを組み合わせてなるカスケード型ヒートポンプを用いてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１…リグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置、２ａ…第１処理装置、２ｂ…第２処理装置、４ａ，４ｂ…アンモニア分離手段（アンモニアガス移送手段）、５ａ，５ｂ…処理槽、６…アンモニア水供給手段、７…水供給手段、８ａ，８ｂ…混合手段、９ａ，９ｂ…排出手段、…、１８ａ，１８ｂ…加熱手段（溶解熱回収手段）、１９…ヒートポンプ手段。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リグノセルロース系バイオマスの糖化前処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基質として、稲藁等のリグノセルロース系バイオマスを、微生物が産生する糖化酵素によって糖化し、得られた糖を発酵させることによりエタノールを製造することが知られている。ここで、前記リグノセルロース系バイオマスは、セルロース又はヘミセルロースにリグニンが強固に結合した構成を備えているため、そのままでは該セルロースに対する酵素糖化を行うことが難しい。従って、前記糖化には、前記リグノセルロース系バイオマスを前処理し、該リグノセルロース系バイオマスに含まれるリグニンを解離し、又は該リグノセルロース系バイオマスを膨潤させた糖化前処理物が用いられている。
【０００３】
本願では、「解離」との用語は、セルロース若しくはヘミセルロースとリグニンとの結合の少なくとも一部を切断することを意味する。また、「膨潤」との用語は、液体の浸入によって結晶性セルロースを構成するセルロース若しくはヘミセルロースに空隙を生じ、又はセルロース繊維の内部に空隙を生じて、該結晶性セルロースが膨張することを意味する。
【０００４】
前記従来のエタノール製造方法を実施するための装置として、前記リグノセルロース系バイオマスとアンモニア水とを混合して得られた混合物を加熱する単一の処理槽を備え、該処理槽によりバッチ式に糖化前処理する処理装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
特許文献１記載の装置によれば、前記リグノセルロース系バイオマスを０．８〜１５重量％の濃度のアンモニア水に分散し、加熱することにより、該リグノセルロース系バイオマスからリグニンを解離し、又は該リグノセルロース系バイオマスを膨潤させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００８−５３５５２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、リグノセルロース系バイオマスからリグニンを解離する糖化前処理がバッチ方式になるため、連続して糖化前処理することができないという不都合がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、糖化前処理によりリグニンが解離されたバイオマスを連続して効率よく得ることができるリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、基質としてのリグノセルロース系バイオマスを収容する処理槽と、前記処理槽にアンモニア水を供給するアンモニア水供給手段と、前記基質に、前記アンモニア水を添加し、混合することにより基質混合物とする混合手段と、前記基質混合物を加熱して、前記基質からリグニンを解離し、又は該基質を膨潤させて糖化前処理物とする加熱手段と、前記糖化前処理物から放散されるアンモニアガスを分離して糖化前処理物とするアンモニア分離手段と、前記処理槽から糖化前処理物を排出する排出手段とをそれぞれ備える第１の処理装置及び第２の処理装置と、前記アンモニア分離手段により分離されたアンモニアガスを水に溶解させてアンモニア水として回収するアンモニア回収手段とを備えるリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置であって、前記第１の処理装置と前記第２の処理装置とは、交互にリグノセルロース系バイオマス糖化前処理を行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、各処理装置の処理槽内には、基質としてのリグノセルロース系バイオマスが収容されており、さらにアンモニア水供給手段によりアンモニア水が供給される。次に、各処理装置の処理槽では、前記基質は、前記アンモニア水が混合手段により添加され、混合されることにより基質混合物となる。次に、基質混合物は、加熱手段により、アンモニアを大気中に放散させずに加熱処理されて糖化前処理物となる。この結果、前記糖化前処理物は、アンモニア水によりリグニンが解離し、又は該基質が膨潤され、後工程において糖化酵素分子がセルロース又はヘミセルロースに接触しやすくなり、セルロース又はヘミセルロースを容易に糖化することが可能になる。
【００１１】
その後、糖化前処理物は、アンモニア分離手段により、加熱されて放散されたアンモニアガスが分離される。そして、糖化前処理物は、排出手段により処理槽から排出されて、後工程に移送される。
【００１２】
本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置によれば、第１の処理装置及び第２の処理装置を備えており、各処理装置は、交互にバイオマスの糖化前処理を行う。従って、バイオマスからリグニンを解離させた糖化前処理物を交互に得ることができ、該糖化前処理物を連続的に後工程に供給することにより、効率よく処理することができる。
【００１３】
ところで、前記従来のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、糖化前処理を行った糖化前処理物からアンモニア水を分離するアンモニア分離手段を備えている。このアンモニア分離手段は、前記糖化前処理物からアンモニアを放散させた後、得られたアンモニアガスを吸収塔により水に吸収させてアンモニア水とすることにより、アンモニアを回収し、再利用する。
【００１４】
しかしながら、このような構成を本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置に適用すると、各処理槽で分離したアンモニアガスを吸収塔において吸収してアンモニア水とした後、再び各処理槽にアンモニア水を分配する必要があり、さらに効率をよくすることが望まれる。
【００１５】
本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、前記アンモニア分離手段は、前記加熱手段により加熱することによって前記糖化前処理物から放散されるアンモニアガスを他方の前記処理装置の処理槽に移送するアンモニアガス移送手段が設けられており、前記アンモニア回収手段は、前記第１の処理装置及び第２の処理装置の処理槽に水を供給する水供給手段が設けられており、前記アンモニアガス移送手段により前記第１の処理装置又は前記第２の処理装置の処理槽に移送されたアンモニアガスを、前記水供給手段により供給された水に溶解して、アンモニア水とすることができる。
【００１６】
本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、第１の処理装置において、上述したように基質混合物が加熱手段により加熱処理されることにより、前記基質からリグニンが解離され、又は該基質が膨潤する。このとき、第２の処理装置の処理槽には、リグノセルロース系バイオマスが収容され、さらに水供給手段により水が供給される。
【００１７】
第１の処理装置では、前記加熱処理により、アンモニアガスを大気中に放散させずに前記加熱処理を所定の時間行った後、該加熱を維持することにより、アンモニアを気化して前記糖化前処理物から分離する。そして、分離されたアンモニアをアンモニアガス移送手段により、第２の処理装置の処理槽に移送する。第２の処理装置の処理槽には、水が供給されているため、移送されたアンモニアガスは、該水に溶解される。
【００１８】
このとき、第１の処理装置では加熱処理によりアンモニアガス及び水蒸気が放散され、第２の処理装置では該アンモニアガスが水に溶解すると共に、該水蒸気が冷却されることにより凝縮する。従って、アンモニアガス移送手段によれば、アンモニアガス及び水蒸気がヒートパイプの作動液と同様の原理により移動するため、ポンプやコンプレッサーなどの動力機器を用いなくてもよい。
【００１９】
アンモニアガス移送手段により、糖化前処理物からアンモニアが十分に分離されると、加熱手段とアンモニアガス移送手段が停止される。そして、第１の処理装置から、リグニンが解離されたバイオマスが排出手段により排出され、後工程に移送される。
【００２０】
次に、第１の処理装置では、バイオマスが後工程に移送された処理槽に、新たなリグノセルロース系バイオマスが収容されると共に、水供給手段により水が供給される。また、第２の処理装置では、アンモニア水供給手段により処理槽にアンモニア水が供給されて、第1の処理装置における糖化前処理する前のアンモニア水濃度となるように調整される。
【００２１】
このようにすることにより、第１の処理装置と、第２の処理装置とは、それぞれ処理槽に収容されている内容物が互いに入れ替わっていることを除き、糖化前処理する前の状態に復帰する。従って、第１の処理装置と、第２の処理装置とは、上述した工程を交互に繰り返すことができる。
【００２２】
本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置によれば、糖化前処理後、糖化前処理物から放散されたアンモニアガスを、他方の処理装置の処理槽に充填されている水に直接溶解させることができる。従って、糖化前処理に用いたアンモニアを効率的に再利用することができる。
【００２３】
また、本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、前記第１の処理装置及び第２の処理装置は、それぞれ他方の処理装置からアンモニアガス移送手段により移送されたアンモニアガスが該処理装置の前記処理槽に供給されている水に溶解されるときの溶解熱を回収する溶解熱回収手段と、前記溶解熱回収手段により回収された前記溶解熱を熱源として前記加熱手段に供給される熱を生成するヒートポンプ手段とを備えることが好ましい。
【００２４】
本発明のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置によれば、溶解熱回収手段によりアンモニアガスが水に溶解される際の溶解熱を回収する。従って、処理槽内の温度の上昇を防止し、前記アンモニアガスを容易に回収することができる。また、ヒートポンプ手段は、余剰の熱である前記溶解熱を熱源として、前記加熱手段に供給する熱を生成することができるため、エネルギー効率を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置を示す説明的断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本実施形態のリグノセルロース系バイオマスの糖化前処理装置１は、リグノセルロース系バイオマス（以下、バイオマスと略記する）を糖化前処理する第１の処理装置２ａ及び第２の処理装置２ｂと、熱交換手段３と、第１のアンモニアガス移送手段４ａ及び第２のアンモニアガス移送手段４ｂとを備えている。
【００２７】
第１の処理装置２ａ及び第２の処理装置２ｂは、それぞれバイオマスを収容する第１処理槽５ａ及び第２処理槽５ｂと、第１処理槽５ａ及び第２処理槽５ｂにアンモニア水を供給するアンモニア水供給手段６と、第１処理槽５ａ及び第２処理槽５ｂに水を供給する水供給手段７と、バイオマスにアンモニア水又は水を添加する混合手段８ａ，８ｂと、糖化前処理後のバイオマスを排出する排出手段９ａ，９ｂとからなる。
【００２８】
第１の処理槽５ａ及び第２の処理槽５ｂは、上部に、図示しないバイオマスが投入される投入口を備える圧力容器である。
【００２９】
アンモニア水供給手段６は、アンモニア水タンク１０と、アンモニア水供給導管１１とを備えている。アンモニア水タンク１０は、所定の濃度のアンモニア水を収容しており、下部にアンモニア水供給導管１１が接続されている。また、アンモニア水供給導管１１は、途中で分岐して、第１アンモニア水供給分岐管１１ａと第２アンモニア水供給分岐管１１ｂとを形成している。アンモニア水供給導管１１は、アンモニア水タンク１０と前記分岐点との間にアンモニア水用ポンプ１２が設けられている。
【００３０】
第１アンモニア水供給分岐管１１ａは、第1処理槽５ａの上部に接続されており、途中に第１の弁１３ａが設けられている。第２アンモニア水供給分岐管１１ｂは、第２処理槽５ｂの上部に接続されており、途中に第２の弁１３ｂが設けられている。
【００３１】
水供給手段７は、水タンク１４と、水供給導管１５とを備えている。水タンク１４は、水を収容しており、下部に水供給導管１５が接続されている。また、水供給導管１５は、途中で分岐して第１水供給分岐管１５ａ及び第２水供給分岐管１５ｂを形成している。水供給導管１５は、水タンク１４と前記分岐点との間に水用ポンプ１６が設けられている。第１水供給分岐管１５ａは、第1処理槽５ａの上部に接続されており、途中に第３の弁１７ａが設けられている。第２アンモニア水供給分岐管１１ｂは、第２処理槽５ｂの上部に接続されており、途中に第４の弁１７ｂが設けられている。
【００３２】
熱交換手段３は、第１ジャケット１８ａと、第２ジャケット１８ｂと、ヒートポンプ１９と、第１熱媒体導管２０と、第２熱媒体導管２１と、第３熱媒体導管２２と、第４熱媒体導管２３とを備えている。第1ジャケット１８ａは、第１処理槽５ａに設けられており、第２ジャケット１８ｂは、第２処理槽５ｂに設けられている。
【００３３】
ヒートポンプ１９は、熱媒体が循環する循環導管２４を備え、循環導管２４の途中に、膨張弁２５、第１熱交換器２６、圧縮機２７、第２熱交換器２８を備えている。
【００３４】
第１熱媒体導管２０は、一端が第１熱交換器２６の二次側に接続されており、他端側は途中で分岐し、一方は第１熱媒体分岐管２０ａとして第１ジャケット１８ａの一次側に接続され、他方は第２熱媒体分岐管２０ｂとして第２ジャケット１８ｂの一次側に接続されている。第１熱媒体分岐管２０ａは、途中に第５の弁２９ａが設けられており、第２熱媒体分岐管２０ｂは、途中に第６の弁２９ｂが設けられている。
【００３５】
第２熱媒体導管２１は、一端が第１熱交換器２６の一次側に接続されており、他端側は途中で分岐し、一方は第３熱媒体分岐管２１ａとして第１ジャケット１８ａの二次側に接続され、他方は第４熱媒体分岐管２１ｂとして第２ジャケット１８ｂの二次側に接続されている。第３熱媒体分岐管２１ａは、途中に第７の弁３０ａが設けられており、第４熱媒体分岐管２１ｂは、途中に第８の弁３０ｂが設けられている。また、第２熱媒体導管２１は、第１熱交換器２６と分岐点との間に、第１循環ポンプ３１が設けられている。第１熱媒体導管２０、第２熱媒体導管２１には、例えば、冷水が流通される。
【００３６】
第３熱媒体導管２２は、一端が第２熱交換器２８の二次側に接続されており、他端側は途中で分岐し、一方は第５熱媒体分岐管２２ａとして第１ジャケット１８ａの一次側に接続され、他方は第６熱媒体分岐管２２ｂとして第２ジャケット１８ｂの一次側に接続されている。第５熱媒体分岐管２２ａは、途中に第９の弁３２ａが設けられており、第６熱媒体分岐管２２ｂは、途中に第１０の弁３２ｂが設けられている。
【００３７】
第４熱媒体導管２３は、一端が第２熱交換器２８の一次側に接続されており、他端側は途中で分岐しており、一方は第７熱媒体分岐管２３ａとして第１ジャケット１８ａの二次側に接続され、他方は第８熱媒体分岐管２３ｂとして第２ジャケット１８ｂの二次側に接続されている。第７熱媒体分岐管２３ａは、途中に第１１の弁３３ａが設けられており、第８熱媒体分岐管２３ｂは、途中に第１２の弁３３ｂが設けられている。また、第３熱媒体導管２２は、第２熱交換器２８と分岐点との間に、第２循環ポンプ３４が設けられている。第３熱媒体導管２２、第４熱媒体導管２３には、例えば、熱水が流通される。
【００３８】
第１のアンモニアガス移送手段４ａは、第１アンモニアガス移送導管３５ａと、第１アンモニアガス移送導管３５ａの途中に設けられた第１３の弁３６ａとからなり、第１アンモニアガス移送導管３５ａは、一端が第１処理槽５ａの上部に接続され、他端が第２処理槽５ｂの下部に接続されている。
【００３９】
第２のアンモニアガス移送手段４ｂは、一端が第２処理槽５ｂの上部に接続され、他端が第1処理槽５ａの下部に接続されている第２アンモニアガス移送導管３５ｂと、第２アンモニアガス移送導管３５ｂの途中に設けられた第１４の弁３６ｂとからなる。
【００４０】
次に、図１を参照して、本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置１の作動について説明する。
【００４１】
本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置１では、先ず、図示しない投入口から第１処理槽５ａにバイオマスが投入される。前記バイオマスは、図示しないカッターミルにより、例えば、約１ｍｍの長さに粉砕されている。
【００４２】
次に、第１の弁１３ａを開弁し、第２の弁１３ｂを閉弁すると共に、アンモニア水用ポンプ１２を駆動することにより、アンモニア水タンク１０内のアンモニア水が第１処理槽５ａ内に所定量供給される。
【００４３】
次に、第１処理槽５ａに投入されたバイオマスは、混合手段８ａにより前記アンモニア水に添加されて基質混合物が形成される。形成された基質混合物は、第１ジャケット１８ａに熱媒体として、例えば、９５℃の温水が供給されることにより加熱され、８０℃の温度で、例えば約８時間の間保持される。この結果、前記基質混合物は、糖化前処理物となる。
【００４４】
このとき、第２処理槽５ｂでは、図示しない投入口からバイオマスが投入される。さらに、第３の弁１７ａを閉弁し、第４の弁１７ｂを開弁すると共に、水用ポンプ１６を駆動することにより、水タンク１４内の水が第２処理槽５ｂ内に所定量供給される。
【００４５】
第１処理槽５ａにおいて、糖化前処理として、加熱処理が行われた後、第１３の弁３６ａを徐々に開弁する。第１処理槽５ａは、密閉状態で前記加熱処理によりアンモニアガスが気化しているため、内部圧力が高くなっている。そのため、第１処理槽５ａと、第２処理槽５ｂとの内部圧力差により、放散されたアンモニアガスは、第１アンモニアガス移送導管３５ａを介して第２処理槽５ｂ内に移送される。移送されたアンモニアガスは、第２処理槽５ｂ内の水に溶解されてアンモニア水となる。このとき、移送されるアンモニアガスが第２処理槽５ｂ内の水に溶解することを促進するために、混合手段８ｂを駆動していることが好ましい。
【００４６】
アンモニアガスは、水に溶解する際に、溶解熱を発生する。この結果、第２処理槽５ｂ内の温度が上昇すると、アンモニアガスの水への溶解度が低下すると共に、第２処理槽５ｂの内部圧力が上昇する。そして、第２処理槽５ｂの内部圧力が第１処理槽５ａの内部圧力と同程度になってしまうと、アンモニアガスの移送が困難になる。そこで、第２ジャケット１８ｂに、例えば、１５℃の冷水を供給し、第２処理槽５ｂの熱を回収することにより、アンモニアガスの移送を効率的に行うことができる。
【００４７】
第１処理槽５ａから第２処理槽５ｂへのアンモニアガスの移送を十分に行った後、第１３の弁を閉弁することにより、アンモニアの分離を終了する。このとき、第２処理槽５ｂには、移送されたアンモニアガスが水に溶解されてなるアンモニア水と、バイオマスとが収容されている。
【００４８】
一方で、アンモニアの分離が終了した第１処理槽５ａには、糖化前処理物が収容されている。この糖化前処理物には、分離しきれていないアンモニアが水分中に約０．１〜０．２質量％残留している。従って、この損失分のアンモニアを補充するように、アンモニア水供給手段６により第２処理槽５ｂ内にアンモニア水を供給する。この結果、第２処理槽５bに収容されているアンモニア水の量が、糖化前処理をする前の第１処理槽５ａ内に収容されているアンモニア水の量と同じになる。
【００４９】
第１処理槽５ａ内の糖化前処理物は、その後、排出手段９ａにより第１処理槽５ａから排出され、後工程へ移送される。糖化前処理物の後工程への移送は、糖化前処理物を収容する第１処理槽５ａ内のｐＨを調整し、糖化酵素を添加して所定の時間、初期糖化を行った後で行うことができる。このようにすることにより、糖化前処理物が移送に適した粘度に調整される。
【００５０】
次に、第１処理槽５ａは、内部が洗浄された後、新たなバイオマスと、水供給手段７により前記糖化前処理物に含有されている水分量と略同量の水が供給される。
【００５１】
この結果、第１処理槽５ａと、第２処理槽５ｂとは、収容されている内容物が互いに入れ替わっていることを除き、糖化前処理する前の状態に復帰する。従って、第１の処理装置２ａと、第２の処理装置２ｂとは、上述した工程を交互に繰り返すことができる。
【００５２】
本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、処理槽５ａ，５ｂを洗浄した後、処理槽５ａ，５ｂに新たなバイオマスと共に供給される水は、この時点においては一部のみを供給し、その後、他方の処理槽からアンモニアガスが移送されてきた際に、追加して供給してもよい。このようにすることにより、処理槽５ａ，５ｂに移送されたアンモニアガスを、効率的に水に溶解させることができる。
【００５３】
なお、本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、処理槽５ａ，５ｂにバイオマスを投入した後に、図示しない真空ポンプにより、処理槽５ａ，５ｂ内を真空引きしておくことが好ましい。
【００５４】
アンモニアガス移送手段４ａ，４ｂによるアンモニアガスの移送は、アンモニア水の気化による体積膨張と、その後、水への吸収や凝集による体積減少とをその駆動原理としている。従って、処理槽５ａ，５ｂ中から、水への吸収や凝集が生じづらい気体を予め排除しておくことにより、アンモニアガス移送手段４ａ，４ｂによるアンモニアガスの移送の停滞を回避することができる。
【００５５】
次に、ヒートポンプ１９の作動について説明する。
【００５６】
ヒートポンプ１９は、第５の弁２９ａ〜第１２の弁３３ｂの開閉を切り替えることにより、第１ジャケット１８ａと第２ジャケット１８ｂとのいずれか一方において熱を回収し、該回収した熱を熱源として他方のジャケットを加熱する。
【００５７】
先ず、第２処理槽５ｂから熱を回収し、該回収した熱を熱源として第１処理槽５ａを加熱する場合には、第６の弁２９ｂ、第８の弁３０ｂ、第９の弁３２ａ、第１１の弁３３ａを開弁すると共に、第５の弁２９ａ、第７の弁３０ａ、第１０の弁３２ｂ、第１２の弁３３ｂを閉弁する。この結果、冷水が第２熱媒体分岐管２０ｂ、第２ジャケット１８ｂ、第４熱媒体分岐管２１ｂを循環し、熱水が、第１熱媒体導管２２ａ、第１ジャケット１８ａ、第３熱媒体導管２３ａを循環する。
【００５８】
このとき、ヒートポンプ１９は、循環導管２４を循環する熱媒体を、まず膨張弁２５で膨張させて第１熱交換器２６に供給する。この結果、前記熱媒体は、第１熱媒体導管２１を循環し、アンモニアガスの溶解熱を吸収して温められた冷水から、第１熱交換器２６において熱を吸収する。
【００５９】
次に、第１熱交換器２６を通過した前記熱媒体は、次に、圧縮機２７に供給されることにより、圧縮されて高温となる。その後、高温の前記熱媒体が、循環導管２４に流通されることにより、第４熱媒体導管２３から第２熱交換器２８に供給された熱水を加熱する。そして、前記熱媒体は、再び膨張弁２５に循環される。
【００６０】
第１処理槽５ａから熱を回収し、該回収した熱を熱源として第２処理槽５ｂを加熱する場合には、第５の弁２９ａ、第７の弁３０ａ、第１０の弁３２ｂ、第１２の弁３３ｂを開弁すると共に、第６の弁２９ｂ、第８の弁３０ｂ、第９の弁３２ａ、第１１の弁３３ａを閉弁する。この結果、第１熱媒体である冷水が、第１熱媒体分岐管２０ｂａ、第１ジャケット１８ａ、第３熱媒体分岐管２１ａを循環し、第２熱媒体である熱水が、第２熱媒体導管２２ｂ、第２ジャケット１８ｂ、第４熱媒体導管２３ｂを循環することを除いて、第２処理槽５ｂから熱を回収し、該回収した熱を熱源として第１処理槽５ａを加熱する場合と全く同一にして行われる。
【００６１】
本実施形態のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置では、ヒートポンプを１つのみ用いたが、異なる性質を有する熱媒体を用い、低温回路側ヒートポンプと、高温型ヒートポンプを組み合わせてなるカスケード型ヒートポンプを用いてもよい。
【符号の説明】
【００６２】
１…リグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置、２ａ…第１処理装置、２ｂ…第２処理装置、４ａ，４ｂ…アンモニア分離手段（アンモニアガス移送手段）、５ａ，５ｂ…処理槽、６…アンモニア水供給手段、７…水供給手段、８ａ，８ｂ…混合手段、９ａ，９ｂ…排出手段、…、１８ａ，１８ｂ…加熱手段（溶解熱回収手段）、１９…ヒートポンプ手段。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基質としてのリグノセルロース系バイオマスを収容する処理槽と、
前記処理槽にアンモニア水を供給するアンモニア水供給手段と、
前記基質に、前記アンモニア水を添加し、混合することにより基質混合物とする混合手段と、
前記基質混合物を加熱して、前記基質からリグニンを解離し、又は該基質を膨潤させて糖化前処理物とする加熱手段と、
前記糖化前処理物から放散されるアンモニアガスを分離するアンモニア分離手段と、
前記処理槽からアンモニアを分離した前記糖化前処理物を排出する排出手段とをそれぞれ備える第１の処理装置及び第２の処理装置と、
前記アンモニア分離手段により分離されたアンモニアガスを水に溶解させてアンモニア水として回収するアンモニア回収手段とを備えるリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置であって、
前記第１の処理装置と前記第２の処理装置とは、交互にリグノセルロース系バイオマス糖化前処理を行うことを特徴とするリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置において、
前記アンモニア分離手段は、前記加熱手段により加熱することによって前記糖化前処理物から放散されるアンモニアガスを他方の前記処理装置の処理槽に移送するアンモニアガス移送手段を備え、
前記アンモニア回収手段は、前記第１の処理装置及び第２の処理装置の処理槽に水を供給する水供給手段を備え、
前記アンモニアガス移送手段により前記第１の処理装置又は前記第２の処理装置の処理槽に移送されたアンモニアガスを、前記水供給手段により供給された水に溶解して、アンモニア水とすることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置において、
前記アンモニア回収手段によりアンモニアを水に溶解させるときに生成される溶解熱を回収する溶解熱回収手段と、
前記溶解熱回収手段により回収された前記溶解熱を熱源として前記加熱手段に供給される熱を生成するヒートポンプ手段とを備えることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
【請求項１】
基質としてのリグノセルロース系バイオマスを収容する処理槽と、
前記処理槽にアンモニア水を供給するアンモニア水供給手段と、
前記基質に、前記アンモニア水を添加し、混合することにより基質混合物とする混合手段と、
前記基質混合物を加熱して、前記基質からリグニンを解離し、又は該基質を膨潤させて糖化前処理物とする加熱手段と、
前記糖化前処理物から放散されるアンモニアガスを分離するアンモニア分離手段と、
前記処理槽からアンモニアを分離した前記糖化前処理物を排出する排出手段とをそれぞれ備える第１の処理装置及び第２の処理装置と、
前記アンモニア分離手段により分離されたアンモニアガスを水に溶解させてアンモニア水として回収するアンモニア回収手段とを備えるリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置であって、
前記第１の処理装置と前記第２の処理装置とは、交互にリグノセルロース系バイオマス糖化前処理を行うことを特徴とするリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
【請求項２】
請求項１記載のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置において、
前記アンモニア分離手段は、前記加熱手段により加熱することによって前記糖化前処理物から放散されるアンモニアガスを他方の前記処理装置の処理槽に移送するアンモニアガス移送手段を備え、
前記アンモニア回収手段は、前記第１の処理装置及び第２の処理装置の処理槽に水を供給する水供給手段を備え、
前記アンモニアガス移送手段により前記第１の処理装置又は前記第２の処理装置の処理槽に移送されたアンモニアガスを、前記水供給手段により供給された水に溶解して、アンモニア水とすることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置において、
前記アンモニア回収手段によりアンモニアを水に溶解させるときに生成される溶解熱を回収する溶解熱回収手段と、
前記溶解熱回収手段により回収された前記溶解熱を熱源として前記加熱手段に供給される熱を生成するヒートポンプ手段とを備えることを特徴とするリグノセルロース系バイオマス糖化前処理装置。
【図１】
【公開番号】特開２０１１−２３４６９１（Ｐ２０１１−２３４６９１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１０６７９（Ｐ２０１０−１１０６７９）
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１２日（２０１０．５．１２）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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