專利名稱：纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法以及糖化分解裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及以生物物質(zhì)，特別是以纖維素系生物物質(zhì)為原料高效率制造糖類用的 分解方法以及裝置。
背景技術(shù)：
作為利用生物物質(zhì)的能量的一環(huán)，有使作為植物的主成分的纖維素或半纖維素分 解，得到乙醇(生物乙醇)的嘗試。在這里打算將得到的乙醇主要作為燃料使用，在 汽車燃料中混入一部分，或作為汽油的替代燃料使用。
植物的主要成分是纖維素(作為6個碳構(gòu)成的C6單糖的葡萄糖的聚合物)、半 纖維素(5個碳構(gòu)成的C5單糖與C6單糖的聚合物)、木質(zhì)素、淀粉等，而乙醇是以 C5單糖、C6單糖、作為他們的復(fù)合體的寡糖等糖類為原料，利用酵母菌等的發(fā)酵作 用產(chǎn)生的。
為了使纖維素和半纖維素等纖維素系生物物質(zhì)分別為糖類，工業(yè)上采用3種方法， 即1)利用硫酸等強酸的氧化力加水分解的方法，2)利用酵素分解的方法，3)利用 超臨界水或亞臨界水等的氧化力的方法。但是，1)的酸分解方法所添加的酸會對酵母 菌等的發(fā)酵形成妨礙，因此將纖維素、半纖維素分別為糖類之后，必須進行中和處理 以中和使糖類乙醇發(fā)酵之前添加的酸，由于該處理的費用問題，該方法實用化有經(jīng)濟 上的困難。
又，2)的酵素分解方法是能夠以常溫恒壓處理的，但是目前還沒有找到有效的酵 素，即使是找到了估計酵素的生成成本也高，以工業(yè)規(guī)模實現(xiàn)還沒有條件。
在這里，3)的利用超臨界水或亞臨界水將纖維素等加水分解作為糖類的方法，有 專利文獻l公開的，使纖維素粉末與240 34(TC的加壓熱水接觸，加水分解為特征的 非水溶性多糖類的制造方法。又，對形成碎片的生物物質(zhì)加以加壓到104'C 23(TC的 飽和水蒸氣壓以上的熱水使其在規(guī)定的時間內(nèi)加水分解，提取半纖維素，然后用加熱 到纖維素加水分解溫度以上的加壓熱水使其分解，這種分解提取纖維素的方法公開于 專利文獻2。又在專利文獻3公開了具有如下所述特征的葡萄糖及/或水溶性纖維寡糖 的制造方法，其使平均聚合度100以上的纖維素與溫度為25(TC以上45(rC以下，壓力 各15MPa以上450MPa以下的超臨界水或亞臨界水接觸0.01秒以上5秒以下，然后冷 卻使其與溫度為25(TC以上350。C以下，壓力為15MPa以上450MPa以下的亞臨界水接
觸1秒以上10分鐘以下，使其加水分解的方法。
另一方面，專利文獻4公開了如下所述方法，即將含有以低分子量醇為主成分的 溶劑和生物物質(zhì)類廢棄物收容于密閉容器中，將密閉容器內(nèi)加熱加壓到低分子量醇的 超臨界狀態(tài)進行處理的生物物質(zhì)類廢棄物處理方法。又在專利文獻5公開了用C1 C8 的脂肪族醇中加入5 20體積％的水的混合溶劑，在醇的超臨界條件或亞臨界條件下 對纖維素系生物物質(zhì)等進行處理的生物物質(zhì)分解、液化方法。
專利文獻1日本特開2000—186102號公報
專利文獻2 日本特開2002—59118號公報
專利文獻3 日本特開2003 — 212888號公報
專利文獻4 日本特開2001 — 170601號公報
專利文獻5 日本特開2005 — 296906號公報

發(fā)明內(nèi)容
用高溫高壓的超臨界水或亞臨界水將生物物質(zhì)的主要構(gòu)成成分纖維素和半纖維素 糖化分解的方法，與用強酸的加水分解方法相比，由于不需要酸的中和處理，是成本 低，環(huán)保的處理方法。而且用超臨界水或亞臨界水時由于其強有力的氧化力，用數(shù)秒 鐘到數(shù)分鐘就能夠完成纖維素和半纖維素的分解，因此分解完后如果不立即冷卻，好 不容易生成的糖類就有可能過分分解成有機酸等，這是這個方法的缺點。
在實驗室水平的小規(guī)模分解裝置中，也考慮可以使加熱容器內(nèi)的超臨界水或亞臨 界水急劇冷卻，防止過分分解，但是在工業(yè)規(guī)模的分解裝置中，短時間使大量的超臨 界水或亞臨界水急冷非常困難。因此使用高溫高壓的超臨界水或亞臨界水的纖維素系 生物物質(zhì)的分解方法在工廠生產(chǎn)規(guī)模中糖類的收率低，這是妨礙實用化的主要原因。
又，由于使用大量的超臨界水或亞臨界水，漿液的加熱需要大量的能量，這也成 為處理成本上升的原因。在利用醇等為溶劑的漿液在超臨界或亞臨界狀態(tài)下進行的纖 維素系生物物質(zhì)的分解方法中，蒸汽壓非常高，因此需要更大的能量，使用的裝置也 要求耐壓。
本發(fā)明的目的在于，提供利用亞臨界狀態(tài)下的高溫高壓水將纖維素系生物物質(zhì)中 的纖維素和/或半纖維素分解為單糖類和寡糖(以下稱為糖類)的方法和裝置，而且是 熱效率和糖類的收率優(yōu)異的方法和裝置。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在利用亞臨界狀態(tài)的高溫高壓水將纖維素或半纖維素分解為糖類 時，如果使處于高溫高壓狀態(tài)下的壓力容器內(nèi)的漿液快速蒸發(fā)，使蒸汽通往充填纖維 素系生物物質(zhì)的漿液的正在加熱中的壓力容器內(nèi)，能夠?qū)⒋罅康臐{液急冷到纖維素的 分解溫度，防止糖類過分分解為有機酸等，而且通過回收熱能謀求節(jié)省能量，因而提出了本發(fā)明。
具體地說，本發(fā)明是一種使用多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法， 其特征在于，
在各壓力容器中依序執(zhí)行充填工序、升溫工序、分解工序、降溫工序、以及排出 工序，充填工序是將纖維素系生物物質(zhì)粉碎與水混合，將混合的漿液(以下稱為"漿 液")充填于壓力容器中的工序，升溫工序是將壓力容器封閉后升溫的工序，分解工 序是利用高溫高壓水的氧化力將纖維素系生物物質(zhì)中的纖維素和/或半纖維素分解為 糖類的工序，降溫工序是使壓力容器內(nèi)的高溫高壓漿液快速(flash)蒸發(fā)以降溫的工 序，排出工序是將壓力容器內(nèi)的漿液取出到壓力容器外的工序，在多個壓力容器中， 在任一壓力容器中實施充填工序時，在任一其他壓力容器實施排出工序，正在實施充 填工序的壓力容器中充填的漿液與正在實施排出工序的壓力容器排出的漿液之間進行 熱交換，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施升溫工序時，在任一其他壓力容 器實施降溫工序，將正在實施降溫工序的壓力容器排出的閃蒸蒸汽提供給正在實施升 溫工序的壓力容器以進行熱量的回收(權(quán)項l)。
而且，本發(fā)明是一種具備多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解裝置，其 特征在于，在各壓力容器中依序執(zhí)行將纖維素系生物物質(zhì)粉碎與水混合，將混合的 槳液充填于壓力容器中的充填工序、將壓力容器封閉后升溫的升溫工序、利用高溫高 壓水的氧化力將纖維素系生物物質(zhì)中的纖維素和/或半纖維素分解為糖類的分解工序、 使壓力容器內(nèi)的高溫高壓漿液快速蒸發(fā)以降溫的降溫工序、取出壓力容器內(nèi)的漿液的 排出工序，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施充填工序時，在任一其他壓力 容器實施排出工序，正在實施充填工序的壓力容器中充填的漿液與正在實施排出工序 的壓力容器排出的漿液之間進行熱交換，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施 升溫工序時，在任一其他壓力容器實施降溫工序，將正在實施降溫工序的壓力容器排 出的閃蒸蒸汽提供給正在實施升溫工序的壓力容器以進行熱量的回收(權(quán)項23)。
在本發(fā)明的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法和糖化分解裝置中，在多個壓力容 器內(nèi)依序執(zhí)行5個工序。而且通過將處于降溫工序的壓力容器與處于升溫工序的別的
壓力容器連接，能夠利用快速蒸發(fā)對處于降溫工序中的壓力容器內(nèi)的漿液進行急冷。 同時能夠利用高溫的閃蒸蒸汽對進行升溫工序的壓力容器內(nèi)的漿液進行加熱，能夠節(jié) 約漿液加熱所需要的能量。
又由于從高壓容器的氣相部分減壓，漿液中的溶解的成分或固形物質(zhì)不移動，閃 蒸蒸汽通過用的噴嘴和配管沒有被堵塞的危險。也不需要特別的溫度控制裝置。還有， 將提供給被預(yù)熱的一方(處于升溫工序的壓力容器)的閃蒸蒸汽提供至漿液中，效果 更好。
又，在本發(fā)明的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法和糖化分解裝置中，處于排出 工序的壓力容器排出的漿液與處于充填工序的別的壓力容器中充填的漿液進行熱交 換，因此能夠進一步節(jié)省加熱所需要的能量。
而且，本發(fā)明是一種使用多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其 特征在于，在各壓力容器中依序執(zhí)行充填工序、升溫工序、分解工序、降溫工序、以 及排出工序，充填工序是將纖維素系生物物質(zhì)充填于通水性容器之后，將該通水性容 器和水封入壓力容器的工序，升溫工序是將壓力容器封閉后升溫的工序，分解工序是 利用高溫高壓水的氧化力將纖維素生物物質(zhì)中的纖維素和/或半纖維素分解為糖類的 工序，降溫工序是使壓力容器內(nèi)的高溫高壓水快速蒸發(fā)以降溫的工序，排出工序是取 出通水性容器內(nèi)的纖維素系生物物質(zhì)殘渣的工序，在多個壓力容器中，在任一壓力容 器中實施充填工序時，在任一其他壓力容器實施排出工序，正在實施充填工序的壓力 容器中充填的水與正在實施排出工序的壓力容器排出的高溫水之間進行熱交換，在多 個壓力容器中，在任一壓力容器中實施升溫工序時，在任一其他壓力容器實施降溫工 序，將正在實施降溫工序的壓力容器排出的閃蒸蒸汽提供給正在實施升溫工序的壓力 容器以進行熱量的回收(權(quán)項2)。
而且，本發(fā)明是一種具備多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解裝置，其 特征在于，在各壓力容器中依序執(zhí)行將充填纖維素系生物物質(zhì)的通水性容器以及水 封入壓力容器的充填工序、將壓力容器封閉后升溫的升溫工序、利用高溫高壓水的氧 化力將纖維素生物物質(zhì)中的纖維素和/或半纖維素分解為糖類的分解工序、使壓力容器 內(nèi)的高溫高壓水快速蒸發(fā)以降溫的降溫工序、以及取出壓力容器內(nèi)的纖維素系生物物 質(zhì)殘渣的排出工序，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施充填工序時，在任一 其他壓力容器實施排出工序，正在實施充填工序的壓力容器中充填的水與正在實施排 出工序的壓力容器排出的高溫水之間進行熱交換，在多個壓力容器中，在任一壓力容 器中實施升溫工序時，在任一其他壓力容器實施降溫工序，將正在實施降溫工序的壓 力容器排出的閃蒸蒸汽提供給正在實施升溫工序的壓力容器以進行熱量的回收(權(quán)項24)。
在利用亞臨界狀態(tài)的高溫高壓水將纖維素或半纖維素分解成糖類時，如果在具有 開孔部或間隙等，水能夠在容器內(nèi)外移動的通水性容器中充填纖維素系生物物質(zhì)，將 該通水性容器和水封入壓力容器(壓緊封入)，則與將纖維素系生物物質(zhì)做成漿液進 行高溫高壓處理的情況相比，能夠防止細微的漿液殘留物對配管或容器造成污染。
在所述5個工序都需要相同的時間的情況下，最好是使用的壓力容器的數(shù)目為5 的倍數(shù)(權(quán)項3、25)。因為能夠在進行兩次熱回收的同時順利地實施一連串的處理工序。
所述分解工序以外的4個工序所需要的時間都相同，而且所述分解工序所需要的時間為分解工序以外的4個工序所需要的時間的n倍(n為自然數(shù))，所使用的壓力容 器臺數(shù)為(4+n)的倍數(shù)。(權(quán)項4、 26)分解工序比其他工序都長n倍的情況下，如 果進行分解工序的壓力容器的臺數(shù)采用進行其他工序的壓力容器的n倍，則能夠在進 行兩次熱回收的同時順利地進行一連串的處理工序。
如果所述分解工序的溫度為140。C以上180。C以下的溫度，則能夠?qū)肜w維素分解 為糖類(主要是C5單糖)(權(quán)項5、 6)。在半纖維素含量多的生物物質(zhì)的情況下， 在高溫處理時，由于C5單糖等會過分解為有機酸等，所以最好是用比較溫和的條件進 行分解處理。
其后，對所述排出工序產(chǎn)生的漿液進行固液分離，將半纖維素分解，溶解于溶劑 一側(cè)之后的固體成分被分離，重新作為原料漿液再度提供給所述充填工序，同時如果 所述分解工序的溫度為240℃以上280℃以下的溫度，則將半纖維素分解為糖類(主要 是C6單糖)(權(quán)項7)。
同樣，將所述排出工序后的通水性容器再度提供給所述充填工序，同時使所述分 解工序的溫度為240℃以上280℃以下，這樣可以將纖維素分解為糖類(權(quán)項8)。
首先，在140'C以上180℃以下的溫度范圍將生物物質(zhì)中的半纖維素分解為糖類之 后，如果進行固液分離，可以將纖維素作為固體分離。將該纖維素作為漿液提供給充 填工序，如果在240℃以上280℃以下的溫度范圍進行分解工序，可以將纖維素分解為 糖類。纖維素和半纖維素的含量具有相同程度的生物物質(zhì)的效果。
如果所述分解工序的溫度為240℃以上280℃以下，將纖維素分解為糖類(主要是 C6單糖)(權(quán)項9)。在纖維素含量多個的生物物質(zhì)的情況下，不太需要考慮半纖維 素的過分分解，因此在比較高的溫度只將纖維素分解為糖類比較有效。
最好是在所述充填工序置中，在原料漿液或封入壓力容器中的水中添加2mol%以 上10mol%以下的乙醇(權(quán)項10、 11)。通過在原料漿液中添加少量的乙醇，利用亞 臨界水將纖維素和/或半纖維素分解為糖類的分解反應(yīng)速度變慢。借助于此，調(diào)整分解 工序中纖維素和/或半纖維素的分解時間，容易防止其過分分解為有機酸，因此能夠提 高收率。
而且本發(fā)明是使用多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在 于，在各壓力容器中依序執(zhí)行排出充填工序、升溫工序、分解工序、以及降溫工序， 排出充填工序是在降溫工序?qū)嵤┖髮毫θ萜鲀?nèi)的漿液取出，在相同的壓力容器中充 填將纖維素系生物物質(zhì)粉碎后與水混合的漿液的工序，升溫工序是將壓力容器封閉后 升溫的工序，分解工序是利用高溫高壓水的氧化力將纖維素系生物物質(zhì)中的纖維素和/ 或半纖維素分解為糖類的工序，降溫工序是使壓力容器內(nèi)的高溫高壓漿液快速蒸發(fā)以
降溫的工序，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施升溫工序時，在任一其他壓
力容器實施降溫工序，從正在實施降溫工序的壓力容器排出的閃蒸蒸汽被提供給正在 實施升溫工序的壓力容器以回收熱量(權(quán)項12)。
而且本發(fā)明是具備多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解裝置，在各壓力 容器中依序執(zhí)行在降溫工序?qū)嵤┖髲膲毫θ萜鲀?nèi)取出高溫漿液，在相同的壓力容器 中充填將纖維素系生物物質(zhì)粉碎后與水混合的漿液的排出充填工序、將壓力容器封閉 后升溫的升溫工序、利用高溫高壓水的氧化力將纖維素系生物物質(zhì)中的纖維素和/或半 纖維素分解為糖類的分解工序、以及使壓力容器內(nèi)的高溫高壓漿液快速蒸發(fā)以降溫的 降溫工序，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施升溫工序時，在任一其他壓力 容器實施降溫工序，從正在實施降溫工序的壓力容器排出的閃蒸蒸汽被提供給正在實 施升溫工序的壓力容器以回收熱量(權(quán)項27)。
而且本發(fā)明是一種使用多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特 征在于，在各壓力容器中依序執(zhí)行排出充填工序、升溫工序、分解工序、以及降溫工 序，排出充填工序是在降溫工序?qū)嵤┖髮毫θ萜鲀?nèi)的纖維素系生物物質(zhì)的殘渣取出， 在相同的壓力容器中封入充填纖維素系生物物質(zhì)的通水性容器以及水的工序，升溫工 序是將壓力容器封閉后升溫的工序，分解工序是利用高溫高壓水的氧化力將纖維素系 生物物質(zhì)中的纖維素和/或半纖維素分解為糖類的工序，降溫工序是使壓力容器內(nèi)的高 溫高壓水快速蒸發(fā)以降溫的工序，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施升溫工 序時，在任一其他壓力容器實施降溫工序，從正在實施降溫工序的壓力容器排出的閃 蒸蒸汽被提供給正在實施升溫工序的壓力容器以回收熱量(權(quán)項13)。
而且本發(fā)明是一種具備多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解裝置，其特 征在于，在各壓力容器中依序執(zhí)行在降溫工序?qū)嵤┖髲膲毫θ萜魅〕隼w維素系生物 物質(zhì)的殘渣，在相同的壓力容器中封入充填纖維素系生物物質(zhì)的通水性容器以及水的 充填排出工序、將壓力容器封閉后升溫的升溫工序、利用高溫高壓水的氧化力將纖維 素系生物物質(zhì)中的纖維素和/或半纖維素分解為糖類的分解工序、以及使壓力容器內(nèi)的 高溫高壓水快速蒸發(fā)以降溫的降溫工序，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施 升溫工序時，在任一其他壓力容器實施降溫工序，從正在實施降溫工序的壓力容器排 出的閃蒸蒸汽被提供給正在實施升溫工序的壓力容器以回收熱量(權(quán)項28)。
這樣，用1臺壓力容器實施排出工序和充填工序，變成總共4個工序，構(gòu)成的壓 力容器也用4臺(或4的倍數(shù))就夠了，時間也縮短了，因此有提高生成能力的優(yōu)點。 還有，在總工序數(shù)目為4個的本發(fā)明的糖化分解方法和糖化分解裝置中，在排出充填 工序，排出的高溫漿液與相同的壓力容器中充填的漿液(原料漿液)之間也能夠進行 熱交換。
同樣，在總工序數(shù)目為4個的本發(fā)明的糖化分解方法和糖化分解裝置中，在排出
充填工序，排出的高溫水與相同的壓力容器中充填的水之間也能夠進行熱交換。
最好是所述4個工序都需要相同的時間，使用的壓力容器的數(shù)目為4的倍數(shù)(權(quán) 項14、 29)。因為進行兩次熱回收同時順利進行一連串的處理工序。
最好是所述分解工序以外的3個工序所需要的時間都相同，而且所述分解工序所 需要的時間為分解工序以外的3個工序所需要的時間的n倍(n為自然數(shù))的情況下， 所使用的壓力容器臺數(shù)為(3+n)的倍數(shù)(權(quán)項15、 30)。分解工序比其他工序長n 倍的情況下，如果使實施分解工序的壓力容器的數(shù)目為進行其他工序的壓力容器的n 倍，這樣能夠進行兩次熱回收，同時順利地進行一連串處理。
在總共4個工序的糖化分解方法中，如果所述分解工序的溫度為140℃ 以上180℃ 以下的溫度，則能夠?qū)肜w維素分解為糖類(主要是C5單糖)(權(quán)項16、 17)。
又將在所述排出充填工序產(chǎn)生的漿液固液分離，將半纖維素分解溶解于溶劑一側(cè) 后的固體部分分離，重新作為原料漿液，作為所述排出充填工序再度提供給同樣的壓 力容器，同時如果使所述分解工序的溫度為240'C以上28(rC以下，則能夠?qū)⒗w維素分 解為糖類(主要是C6單糖)(權(quán)項18)。
同樣，將所述排出工序后的通水性容器再度提供給所述充填工序，同時使所述分 解工序的溫度為24℃ 以上280℃ 以下，能夠?qū)⒗w維素分解為糖類(權(quán)項19)。
而且，如果所述分解工序的溫度為24℃ 以上28℃ 以下，則能夠?qū)⒗w維素分解為 糖類(主要是C6單糖)(權(quán)項20)。
又，最好是在所述排出充填工序中，在原料漿液或封入壓力容器中的水中添加 2mol％以上10mol％以下的乙醇(權(quán)項21、 22)。這些溫度條件和乙醇的添加是理想 的，其理由如同對總共5個工序的糖化分解方法的充填工序的說明那樣。
在這里，添加于原料漿液中的乙醇在降溫工序中大部分轉(zhuǎn)移到閃蒸蒸汽中，被回 收到處于升溫工序的別的壓力容器內(nèi)的漿液中。在排出工序中被取出的包含糖類的水 溶液被提供給乙醇發(fā)酵，變換為生物乙醇，但是在乙醇發(fā)酵的當初如果有乙醇殘留， 則會阻礙酵母進行的發(fā)酵。權(quán)項IO、 11、 21的發(fā)明中， 一邊維持分解工序中的乙醇濃 度一邊在排出工序后的包含纖維素和/或半纖維素的漿液中減少乙醇，因此具有乙醇發(fā) 酵不容易受到妨礙的特征。
還有，如專利文獻4或?qū)＠墨I5所述，以醇等為主成分的介質(zhì)形成亞臨界狀態(tài) 時，例如在280℃ ，壓力容器內(nèi)形成12MPa以上的高壓。但是權(quán)項7的發(fā)明中，在相 同的280。C壓力只有7.5 9.7MPa左右，能夠使加壓的能量得到節(jié)約同時減小壓力容器 的耐壓要求，在經(jīng)濟上是理想的。
本發(fā)明的上述目的、其他目的、特征以及優(yōu)點從參照附圖作出的如下所述的具體 實施形態(tài)的詳細說明中能夠得到更清除的了解。
如果采用本發(fā)明，可以使用多臺壓力容器，以低成本而且高收率將纖維素系生物 物質(zhì)中的纖維素和/或半纖維素分解為糖類。又，如果采用本發(fā)明，預(yù)熱到糖化分解反 應(yīng)適合的溫度，容易回收其他工序中的壓力容器的廢熱，因此能夠節(jié)約需要的熱量的 大約60%，在經(jīng)濟上是非常有利的。
而且將纖維素系生物物質(zhì)充填到通水性容器中與水一起封入壓力容器中，這樣也 能夠防止配管的污染，能夠進一步提高工作效率


圖1表示實施形態(tài)1的糖化分解裝置的操作步驟。
圖2表示將實施形態(tài)1的糖化分解裝置作為連續(xù)分批系統(tǒng)運行的情況下的時間表。
圖3表示將實施形態(tài)2的糖化分解裝置作為連續(xù)分批系統(tǒng)運行的情況下的時間表。
圖4是表示生物物質(zhì)的糖化分解反應(yīng)的反應(yīng)時間與糖類的收率(％)的關(guān)系曲線。
圖5表示將實施形態(tài)3的糖化分解裝置作為連續(xù)分批系統(tǒng)運行的情況下的時間表。
圖6表示在實施形態(tài)4中，將干燥甘蔗渣壓緊充填的一個例子。
具體實施例方式
下面參照適合的附圖對本發(fā)明的實施形態(tài)進行說明。還有，本發(fā)明不限于以下所述。
實施形態(tài)1
下面參照圖1對作為本發(fā)明的實施形態(tài)1，全部工序有5個，使用5臺壓力容器 的糖化分解裝置的操作步驟進行說明。
首先將纖維素系生物物質(zhì)(例如甘蔗渣或甜菜殘葉、稻秸、麥秸等草木系生物物 質(zhì))粉碎到數(shù)毫米以下，用水或乙醇水溶液(2 10mol%)使其形成固形物濃度30% 左右的漿液。然后如圖1 (a)所示，將該漿液(原料衆(zhòng)液)充填于No.l的壓力容器內(nèi) (充填工序)。在使糖化分解裝置啟動時，由于沒有從其他壓力容器排出的熱能，因 此原料漿液不能利用熱交換預(yù)熱。
No.l No.5的壓力容器依序反復(fù)進行充填工序—升溫工序—分解工序—降溫工序 —排出工序，No.2 No.5的4臺壓力容器各工序之間分別保持時間差運行。也就是說， 圖1 (a) 圖1 (e)中，No.l為充填工序時，No.2為排出工序，No.3為降溫工序， No.4為分解工序，No.5為升溫工序。
還有，圖1 (a) 圖1 (e)中，「預(yù)熱充填」代表充填工序，「預(yù)熱升溫」代表 升溫工序，「加熱升溫」代表分解工序，「閃蒸(flash)」表示降溫工序，「排水」 表示排水工序。
己經(jīng)使糖化分解裝置動作，No.l的壓力容器中進行第2次以后的充填工序的情況 下，處于排出工序中的No.2的壓力容器排出的漿液(包含糖類)與No.l的壓力容器 中充填的原料漿液之間進行熱交換，對原料漿液進行預(yù)熱。
接著，將No.l的壓力容器密閉(升溫工序)。這時，如圖1 (b)所示，No.4的 壓力容器變成降溫工序，因此No.4的壓力容器上部的高溫氣體被當作閃蒸蒸汽提供給 No.l的壓力容器，進行熱回收(最好是如上所述閃蒸蒸汽提供給壓力容器內(nèi)的水溶液)。 其結(jié)果是，No.l的壓力容器內(nèi)的漿液的溫度進一步上升，節(jié)約了使?jié){液達到亞臨界狀 態(tài)用的能量。
接著，如圖1 (c)所示，用高溫蒸汽等熱源對No.l的壓力容器內(nèi)部進行加熱， 使?jié){液處于亞臨界狀態(tài)(分解工序)。這時，如果在原料漿液中，在2mol^以上lOmol %以下的濃度范圍內(nèi)添加乙醇，能夠使分解反應(yīng)速度降低，因此使得纖維素或半纖維 素的分解反應(yīng)容易控制。
在這里，本申請所述的分解工序不僅是漿液處于亞臨界狀態(tài)的時間，也包括將升 溫工序中溫度上升的漿液加熱到亞臨界狀態(tài)所需要的時間。
還有， 一旦對原料槳液添加乙醇到超過10molX的濃度，則分解時間會延長到所 需要的時間以上，同時容器的耐壓程度也提高。而且在排出工序中排出的漿液中也存 在高濃度的乙醇，因此實用價值收到損害。
接著如圖1 (d)所示，將經(jīng)過適當?shù)姆纸鈺r間的No.l的壓力容器與處于預(yù)熱工 序中的No.3的壓力容器連接，將No.l的壓力容器下部的高溫漿液作為閃蒸蒸汽提供 給No.3的壓力容器。借助于此，能夠使No.l的壓力容器內(nèi)部急冷到糖化分解溫度以 下，使糖過度分解反應(yīng)為有機酸等的反應(yīng)停止。同時，No.3的壓力容器內(nèi)的漿液的溫 度上升。
在這里，在分解工序中使生物物質(zhì)中的半纖維素糖化分解的情況下，不升溫到纖 維素糖化分解的溫度范圍(240 280'C)，而調(diào)整到只有半纖維素糖化分解的140 180 'C的溫度范圍。
另一方面，在使生物物質(zhì)中的纖維素糖化分解的情況下，升溫到纖維素糖化分解 的溫度范圍(240~280°C)。
接著，如圖1 (e)所示，溫度下降，通常壓力下降到常壓或接近常壓的No.l的 壓力容器打開，排出包含糖類的漿液(排出工序)。在分解工程的溫度為240 28(TC 的情況下，這時漿液為110 15(TC左右，因此與處于充填工序的No.5的壓力容器中充 填的漿液之間進行熱交換。借助于此，使No.5的漿液得到預(yù)熱，同時能夠冷卻從No.l 取出的漿液。
在圖1 (a) 圖1 (e)中，主要對No.l的壓力容器的操作進行了說明，但是對
No.2 No.5的壓力容器也進行與No.l—樣的操作。又，在圖1 (a) 圖1 (e)中， 對No.l以外的壓力容器利用閃蒸蒸汽和高溫漿液進行的排熱回收(熱交換)部分省略， 但是當然，對于這些熱交換，也與進行No.l的壓力容器一樣的排熱回收(熱交換)。
在排出工序排出并且利用熱交換冷卻的漿液中，糖類與殘存固形物質(zhì)共存。在分 解工序為140 180的溫度范圍的情況下，殘存固形物質(zhì)主要是纖維素和木質(zhì)素。
該漿液在利用固液分離方法去除殘存固形物質(zhì)后，被提供給乙醇發(fā)酵，利用酵母 的發(fā)酵作用等制造生物乙醇。這樣的乙醇發(fā)酵技術(shù)是眾所周知的技術(shù)，因此在這里省 略其說明。利用本發(fā)明得到的糖類，借助于酵母以外的公知的發(fā)酵處理也能夠變換為 生物乙醇。
下面參照圖2對將使用圖1 (a) 圖1 (e)所示的5臺壓力容器的分解裝置作為 連續(xù)分批系統(tǒng)運行的情況下的時間表進行說明。還有，在圖2中工序所需要的時間為5 分鐘。
首先，從No.l的壓力容器開始進行充填工序，逐個保持5分鐘的時間差用No.2 No.5的壓力容器進行充填工序，各壓力容器依序反復(fù)進行「C」一「PH」一「GL」一 「FJ — 「DC」這5個工序，因此纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解處理為5分鐘X5個工 序=25分鐘一個周期。然后No.l No.5的壓力容器以逐個保持5分鐘的時間差連續(xù)進 行這一循環(huán)。
處于降溫工序的No.l的壓力容器的閃蒸蒸汽被提供給處于升溫工序的No.2的壓 力容器，以回收熱量。同樣，處于降溫工序的No.2、 No.3、 No.4、以及No.5的壓力容 器的閃蒸蒸汽被分別提供給處于升溫工序的No.3、 No.4、 No.5的壓力容器以進行熱回 收。
又，處于排出工序的No.l的壓力容器排出的漿液與處于充填工序的No.5的壓力 容器中充填的槳液進行熱交換。同樣，處于排出工序的No.2、 No.3、 No.4、以及No.5 的壓力容器的高溫漿液分別與處于充填工序的No.l、 No.2、 No.3以及No.4的壓力容 器中充填的漿液進行熱交換。借助于這樣的連續(xù)分批系統(tǒng)，可以短時間而且省能地連 續(xù)使纖維素系生物物質(zhì)糖化分解。
實施形態(tài)2
下面參照圖3對全部工序數(shù)目為4個，使用通常運行時將排出工序和充填工序作 為排出充填工序平行進行的4臺壓力容器的分解裝置被作為連續(xù)分批系統(tǒng)運行的情況 下的時間表進行說明。還有，在圖3中，各工序所需要的時間采用5分鐘。
首先，對No.l的壓力容器進行最初的充填工序Q)，逐個相差5分鐘在No.2 No4 的壓力容器進行最初的充填工序Q)。在運行開始時，進行與圖l所示的糖化分解裝置 的充填工序相同的工序，因此在圖3中，將最初進行的排出充填工序表示為最初的充填工序Q)。在通常運行時，各壓力容器依序反復(fù)進行「C」一「PH」一「GL」一「FJ 這4個工序，因此纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解處理為5分鐘X4個工序=20分鐘一 個周期。然后No.l No.4的壓力容器以逐個保持5分鐘的時間差連續(xù)進行這一循環(huán)。
處于降溫工序的No.l的壓力容器的閃蒸蒸汽被提供給處于升溫工序的No.2的壓 力容器，謀求熱回收，處于降溫工序的No.2、 No.3、 No.4的壓力容器的閃蒸蒸汽分別 被提供給處于升溫工序的No.3、 No.4和No.5的壓力容器，進行熱回收。
在這里，在實施降溫工序后從處于排出充填工序的No.l的壓力容器去除漿液，然 后將原料漿液充填于相同的壓力容器中。也就是說，在降溫工序結(jié)束后的No.l的壓力 容器中，排出工序與充填工序作為排出充填工序平行實施。這時，如果所排出的漿液 溫度十分高，這也可以在與充填的原料漿液之間進行熱交換。
運行結(jié)束的情況下，實施最后的降溫工序的No.l的壓力容器進行最后的排出工序 Cx，逐個保持5分鐘的時間差在No.2 No.4的壓力容器進行最后的排出工序Cx。運 行結(jié)束后進行與圖1所示的糖化分解裝置的排出工序相同的工序，因此在圖3中將最 后進行的排出充填工序表示為最后的排出工序Cx。
如果采用這種連續(xù)分批系統(tǒng)，則能用比圖l和圖2所示的糖化分解裝置少的壓力 容器以更短的時間實施連續(xù)糖化處理。
分解工序中添加乙醇的影響
在這里，對作為纖維素系生物物質(zhì)在亞臨界狀態(tài)使試劑纖維素糖化分解的情況下 的乙醇的添加影響進行研究。對上述纖維素，分別用純水和5重量％ (2mol%)的乙 醇水溶液以相同的28(TC進行通水試驗，結(jié)果示于圖4。
圖4表示反應(yīng)時間與糖類的收率(％)的關(guān)系。糖類的最高收率本身幾乎看不出 有添加乙醇的影響。但是在糖類的生成速度和分解速度上，顯然添加乙醇的情況要低 一些，例如達到最高收率的時間，由于添加乙醇而增加到大約三倍(0.7分鐘一2.0分 鐘)。
在亞臨界狀態(tài)下的反應(yīng)時間在工業(yè)規(guī)模上以秒為單位進行控制是困難的，因此在 原料漿液中添加乙醇提高糖類的收率被認為是有效的。
實施形態(tài)3
下面參照圖5說明在亞臨界狀態(tài)下纖維素系生物物質(zhì)不容易糖化分解，不得不使 分解工序比其他4個工序時間長的情況，而且將使用8臺壓力容器的全部工序數(shù)為5 的分解裝置作為連續(xù)分批系統(tǒng)的情況下的時間表進行說明。還有，在圖5中分解工序 所需要的時間為20分鐘，其他工序所需要的時間為5分鐘。
首先從No.l的壓力容器開始進行充填工序，逐個保持5分鐘的時間差用No.2 No.78的壓力容器進行充填工序。各壓力容器依序反復(fù)進行「C」一「PH」一「GLJ→「F」→「DC」這5個工序，在這里，纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解處理為20分鐘， 因此(5分X4個工序)+ (20分X1個工序)=40分鐘一個周期。然后No.l No.8 的壓力容器以逐個保持5分鐘的時間差連續(xù)進行這一循環(huán)。
在這里，圖5所示的連續(xù)分批系統(tǒng)中，分解工序是其他工序的4倍長。因此采用 與工序數(shù)相同的5臺壓力容器的情況下，如果分解工序以外的工序也不采用20分鐘， 則不能夠回收閃蒸蒸汽和高溫漿液的熱能，因此處理時間變得非常長。所以在本實施 形態(tài)的糖化分解裝置中，使用8臺壓力容器，即使是分解工序采用20分鐘，其他工序 也保持5分鐘，能夠有效地進行熱回收。
也就是說，No.l的壓力容器處于降溫工序時，對處于升溫工序的No.6的壓力容 器提供閃蒸蒸汽。同樣，處于降溫工序的No.2、 No.3、 No.4、 No.5、 No.6、 No.7以及 No.8的壓力容器分別向處于升溫工序的No.7、 No.8、 No.l、 No.2、 No.3、 No.4以及 No.5的壓力容器提供閃蒸蒸汽以謀求回收熱量。
又，處于排出工序的No.l的壓力容器排出的高溫漿液與處于充填工序的No.8的 壓力容器中充填的漿液進行熱交換。同樣，處于排出工序的No.2、 No.3、 No.4、 No.5、 No.6、 No.7以及No.8的壓力容器的高溫漿液分別與處于充填工序的No.l 、 No.2、 No.3、 No.4、 No.5、 No.6以及No.7的壓力容器中充填的漿液進行熱交換。
分解工序以外的4個工序都要求相同的時間，并且分解工序所需要的時間為其他 4個工序所需要時間的n倍(n為自然數(shù)，在這里為4。)的情況下，如果使用的壓力 容器的數(shù)目為(4+n)的倍數(shù)臺(在這里是8臺)，這與實施形態(tài)l相同，作為連續(xù) 分批系統(tǒng)，可以用短時間而且省能的方式使纖維素系生物物質(zhì)連續(xù)糖化分解。
在實施形態(tài)3中，壓力容器采用8臺，但是如果將一連串的成批系統(tǒng)作為兩個系 統(tǒng)，則總共使用16臺的壓力容器即可。又，對于全部工序數(shù)為4的糖化分解裝置，也 可以進行相同的操作。
實施形態(tài)4
下面對上述實施形態(tài)1 3中，作為充填工序或排出充填工序，將纖維素系生物物 質(zhì)加以粉碎，與水混合作為漿液后，充填于壓力容器的情況進行說明。但是本發(fā)明的 充填工序或排出充填工序不一定要將纖維素系生物物質(zhì)做成漿液，也可以將甘蔗渣等 纖維素系生物物質(zhì)充填于具有開孔部或間隙等，水能夠在容器內(nèi)外移動的通水性容器 中充填纖維素系生物物質(zhì)，將該通水性容器和水封入壓入容器(壓緊封入)，這樣也 能夠使纖維素系生物物質(zhì)糖化分解。
通水性容器只要是能夠耐受壓力容器內(nèi)的高溫，不管是什么材料都可以，但是最 好是耐用的不銹鋼等。又，對于形狀沒有特別限制，可以適當選擇長方體、圓筒等， 但是采用與壓力容器形狀相同的形狀(圓筒)能夠提高容積效率，在這點上比較理想。又，作為確保通水性的手段，可以將通水性容器的一部分或全部做成網(wǎng)狀，也可以設(shè) 置縫隙或圓形的開孔，也可以將上面打開，只要是水能夠在容器內(nèi)外移動，沒有特別 限制。
圖6表示在通水性容器中充填干燥的甘蔗渣作為纖維素系生物物質(zhì)的一個例子。 在該圖中，將甘蔗渣充填于底面和側(cè)面有許多開孔部的圓筒狀的通水性容器(上面打 開)。這時，干燥的甘蔗渣不必粉碎，保持原來的長度也可以，也可以切斷為適當?shù)?長度。
最好是充填后用壓機等從上面進行壓縮，將干燥的甘蔗渣在通水性容器內(nèi)壓縮(壓 緊充填)，也可以將預(yù)先壓縮的干燥的甘蔗渣充填于通水性容器中。干燥甘蔗渣壓縮 前的松裝比重為5 10kg/m3左右，但是通過壓縮能夠使比重達到50kg/m3以上的松裝 比重。如果在該壓縮狀態(tài)下封入容器內(nèi)并注滿水，則壓力容器內(nèi)的固形物濃度為百分 之幾的程度，與漿液有相同水平的固形分濃度，能夠得到將干燥甘蔗渣做成漿液相同 程度的容積效率。
如圖6所示，在通水性容器內(nèi)將干燥甘蔗渣壓縮的情況下，最好是反復(fù)進行將干 燥甘蔗渣投入通水容器內(nèi)并進行壓縮的處理，在通水性容器內(nèi)壓緊充填盡可能多的干 燥甘蔗渣，但是如果能夠壓緊充填充分數(shù)量的干燥甘蔗渣，則釆用一次加壓處理也可 以。
還有，干燥甘蔗渣等纖維素系生物物質(zhì)在封入壓入容器之前，將松裝比重調(diào)整到 50kg/m3以上300kg/m3以下為宜，更理想的是調(diào)整到100kg/m3以上，200kg/r^以下。 因為松裝比重低則與漿液化的情況相比，固形和濃度變低，因此容積效率變低。另一 方面，如果松裝比重調(diào)整得過大，則水不容易滲入纖維素系生物物質(zhì)內(nèi)部，分解反應(yīng) 不容易進行。
為了使干燥的甘蔗渣等纖維素系生物物質(zhì)漿液化，每lkg原料需要0.5 2kW左
右的粉碎用的能量，但是在本實施形態(tài)中，不需要進行粉碎作業(yè)，即使是進行粉碎的
情況下，也不需要粉碎成微小的尺寸，因此纖維素系生物物質(zhì)的前處理所需要的工作
量為十分之一到二分之一。
在將纖維素系生物物質(zhì)做成漿液充填到壓力容器中的情況下，為了防止配管堵塞
有必要降低固形物濃度或進行粉碎。纖維素系生物物質(zhì)含水量多，槳液的固形分濃度 如果也包含纖維素系生物物質(zhì)內(nèi)的水分，則即使是10%左右流動性也低。但是，如果 在通水性容器中充填纖維素系生物物質(zhì)，與水一起封入壓力容器，則壓力容器內(nèi)的固 形分濃度如上所述可以做得與漿液相同。
又，在將纖維素系生物物質(zhì)漿液化的情況下，有時候在配管和壓力容器的內(nèi)壁附 著固形物，作為殘存固形物殘留于其上。這種殘存固形物不僅降低了配管和壓力容器的容積效率，而且反應(yīng)后的微小粉末混入未反應(yīng)的漿液中，因此使清洗頻度增加。但 是，如果在通水容器中充填纖維素系生物物質(zhì)，將其與水一起封入壓入容器內(nèi)進行加 熱，則纖維素系生物物質(zhì)被靜置于通水容器內(nèi)不動，通過配管移送的只是水，因此不 發(fā)生這樣的問題。
還有，將纖維素系生物物質(zhì)在14(TC以上180'C以下進行加熱，使半纖維素分解為 糖類后，將殘留的固形分在24(TC以上28(TC以下進行加熱使纖維素分解為糖類的情況 下，充填工序或排出充填工序中充填漿液化的纖維素系生物物質(zhì)的情況下，有必要對 半纖維素分解后的固形物進行固液分離，新添加水形成漿液，但是如果在通水性容器 中充填纖維素系生物物質(zhì)，將其與水一起封入壓力容器內(nèi)進行加熱，則只要從壓力容 器排出包含糖類的水就可以了，通水性容器具有還能夠起固液分離的作用的優(yōu)點。還 有，在通水性容器內(nèi)與生物殘渣一起殘留的包含糖類的水如果也通過對生物物質(zhì)殘渣 的洗滌操作進行回收，則能夠更加有效地回收糖類。
在充填工序或排出工序中，如果在通水性容器中充填纖維素系生物物質(zhì)，將其與 水一起封入壓力容器內(nèi)，則在排出工序或排出充填工序中，從壓力容器排出包含糖類 的高溫水，從壓力容器內(nèi)取出通水性容器，從通水性容器取出固形殘渣(纖維素系生 物物質(zhì)中包含的纖維素和/或半纖維素被分解為糖類后殘留的固形分，主要是木質(zhì)素和 灰分)加以廢棄。
還有，這種殘渣可以使用于對壓力容器內(nèi)進行加熱時作為燃料，因此在能夠使壓 力容器內(nèi)的固形分濃度提高的本實施形態(tài)中，從壓力容器中取出的殘渣也多，可以抑 制石油等燃料的使用。
在降溫工序中，使壓力容器內(nèi)的高溫水閃蒸蒸發(fā)，與正在實施充填工序的壓力容 器中充填的水之間進行熱交換。除此以外，與在充填工序或排出充填工序中充填漿液 化的纖維素系生物物質(zhì)的情況相同。
例如在充填工序中，將纖維素系生物物質(zhì)充填于通水容器中，將其與水一起封入 壓力容器內(nèi)的情況下，在表示實施形態(tài)1的糖化分解裝置的操作步驟的圖1中，(原 料漿液)變成(充填纖維素系生物物質(zhì)的通水性容器和水)。
根據(jù)上面所述，對于本行業(yè)的普通技術(shù)人員來說，本發(fā)明的許多改良和其他實施 形態(tài)是顯然的。從而上述說明只應(yīng)該作為例示解釋，是以對本發(fā)明的普通人員示教執(zhí) 行本發(fā)明的最佳實施形態(tài)為目的而提供的。在不超出本發(fā)明的精神的情況下，其結(jié)構(gòu) 和/或功能的細節(jié)可以有實質(zhì)上的變更。
工業(yè)應(yīng)用性
本發(fā)明作為使纖維素系生物物質(zhì)分解，以制造糖類的方法和裝置在生物、能源等 領(lǐng)域是有用的。
權(quán)利要求
1.一種使用多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，在各壓力容器中依序執(zhí)行充填工序、升溫工序、分解工序、降溫工序、以及排出工序，充填工序是將纖維素系生物物質(zhì)粉碎與水混合，將混合的漿液充填于壓力容器中的工序，升溫工序是將壓力容器封閉后升溫的工序，分解工序是利用高溫高壓水的氧化力將纖維素系生物物質(zhì)中的纖維素和/或半纖維素分解為糖類的工序，降溫工序是使壓力容器內(nèi)的高溫高壓漿液快速蒸發(fā)以降溫的工序，排出工序是取出壓力容器內(nèi)的漿液的工序，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施充填工序時，在任一其他壓力容器實施排出工序，正在實施充填工序的壓力容器中充填的漿液與正在實施排出工序的壓力容器排出的漿液之間進行熱交換，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施升溫工序時，在任一其他壓力容器實施降溫工序，將正在實施降溫工序的壓力容器排出的閃蒸蒸汽提供給正在實施升溫工序的壓力容器以進行熱量的回收。
2. —種使用多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，在各壓力容器中依序執(zhí)行充填工序、升溫工序、分解工序、降溫工序、以及排出 工序，充填工序是將纖維素系生物物質(zhì)充填于通水性容器之后，將該通水性容器和水封 入壓力容器的工序，升溫工序是將壓力容器封閉后升溫的工序，分解工序是利用高溫高壓水的氧化力將纖維素生物物質(zhì)中的纖維素和/或半纖維素分解為糖類的工序，降溫工序是使壓力容器內(nèi)的高溫高壓水快速蒸發(fā)以降溫的工序， 排出工序是取出通水性容器內(nèi)的纖維素系生物物質(zhì)殘渣的工序， 在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施充填工序時，在任一其他壓力容器實施排出工序，正在實施充填工序的壓力容器中充填的水與正在實施排出工序的壓力容器排出的高溫水之間進行熱交換，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施升溫工序時，在任一其他壓力容器實施降溫工序，將正在實施降溫工序的壓力容器排出的閃蒸蒸汽提供給正在實施升溫工序的壓力容器以進行熱量的回收。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于， 所述5個工序都需要相同的時間，使用的壓力容器的數(shù)目為5的倍數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于， 所述分解工序以外的4個工序所需要的時間相同，而且所述分解工序所需要的時間為分解工序以外的4個工序所需要的時間的n倍，所使用的壓力容器臺數(shù)為(4+n) 的倍數(shù)，其中n為自然數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，所述 分解工序的溫度為140℃以上180℃以下的溫度，將半纖維素分解為糖類。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，所述 分解工序的溫度為140℃以上180℃以下的溫度，將半纖維素分解為糖類。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，將在 所述排出工序產(chǎn)生的漿液固液分離，將半纖維素分解溶解于水后的固體部分作為漿液， 將固液分離后的漿液再度提供給所述充填工序，同時使所述分解工序的溫度為240℃以 上280℃以下，以將纖維素分解為糖類。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，將所 述排出工序后的通水性容器再度提供給所述充填工序，同時使所述分解工序的溫度為240℃以上280℃以下，以將纖維素分解為糖類。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于， 所述分解工序的溫度為240℃以上280℃以下，將纖維素分解為糖類。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，在所述充填工序中，在原料漿液中添加2mol%以上10mol%以下的乙醇。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，在所述充填工序中，在封入壓力容器的水中添加2mol%以上10mol%以下的乙醇。
12. —種使用多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于， 在各壓力容器中依序執(zhí)行排出充填工序、升溫工序、分解工序、以及降溫工序， 排出充填工序是在降溫工序?qū)嵤┖髮毫θ萜鲀?nèi)的漿液取出，在相同的壓力容器中充填將纖維素系生物物質(zhì)粉碎后與水混合的漿液的工序， 升溫工序是將壓力容器封閉后升溫的工序，分解工序是利用高溫高壓水的氧化力將纖維素系生物物質(zhì)中的纖維素和/或半纖維素分解為糖類的工序，降溫工序是使壓力容器內(nèi)的高溫高壓漿液快速蒸發(fā)以降溫的工序， 在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施升溫工序時，在任一其他壓力容器實施降溫工序，從正在實施降溫工序的壓力容器排出的閃蒸蒸汽被提供給正在實施升溫工序的壓力容器以回收熱量。
13. —種使用多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于， 在各壓力容器中依序執(zhí)行排出充填工序、升溫工序、分解工序、以及降溫工序， 排出充填工序是在降溫工序?qū)嵤┖髮毫θ萜鲀?nèi)的纖維素系生物物質(zhì)的殘渣取出，在相同的壓力容器中封入充填纖維素系生物物質(zhì)的通水性容器以及水的工序， 升溫工序是將壓力容器封閉后升溫的工序，分解工序是利用高溫高壓水的氧化力將纖維素系生物物質(zhì)中的纖維素和/或半纖 維素分解為糖類的工序，降溫工序是使壓力容器內(nèi)的高溫高壓水快速蒸發(fā)以降溫的工序，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施升溫工序時，在任一其他壓力容器實 施降溫工序，從正在實施降溫工序的壓力容器排出的閃蒸蒸汽被提供給正在實施升溫 工序的壓力容器以回收熱量。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，所述4個工序都需要相同的時間，使用的壓力容器的數(shù)目為4的倍數(shù)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，所述分解工序以外的3個工序所需要的時間都相同，而且所述分解工序所需要的 時間為分解工序以外的3個工序所需要的時間的n倍，所使用的壓力容器臺數(shù)為(3 +n)的倍數(shù)，其中n為自然數(shù)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，所 述分解工序的溫度為14(TC以上180'C以下的溫度，將半纖維素分解為糖類。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，所 述分解工序的溫度為14(TC以上18(TC以下的溫度，將半纖維素分解為糖類。
18. 根據(jù)權(quán)利要求'16所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，將 在所述排出充填工序產(chǎn)生的漿液固液分離，將半纖維素分解溶解于水后的固體部分作 為漿液，將固液分離后的漿液再度提供給所述排出充填工序，同時使所述分解工序的 溫度為24(TC以上28(TC以下，以將纖維素分解為糖類。
19. 根據(jù)權(quán)利要求'17所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，將 所述排出工序后的通水性容器再度提供給所述充填工序，同時使所述分解工序的溫度 為24(TC以上280'C以下，以將纖維素分解為糖類。
20. 根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在 于，所述分解工序的溫度為240'C以上280'C以下，將纖維素分解為糖類。
21. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，在 所述排出充填工序中，在原料漿液中添加2mol^以上10mol^以下的乙醇。
22. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解方法，其特征在于，在 所述排出充填工序中，在封入壓力容器的水中添加2mol^以上10mol^以下的乙醇。
23. —種具備多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解裝置，其特征在于， 在各壓力容器中依序執(zhí)行將纖維素系生物物質(zhì)粉碎與水混合，將混合的漿液充填于壓力容器中的充填工序、 將壓力容器封閉后升溫的升溫工序、利用高溫高壓水的氧化力將纖維素系生物物質(zhì)中的纖維素和/或半纖維素分解為 糖類的分解工序、使壓力容器內(nèi)的高溫高壓漿液快速蒸發(fā)以降溫的降溫工序、取出壓力容器內(nèi)的漿液的排出工序，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施充填工序時，在任一其他壓力容器實 施排出工序，正在實施充填工序的壓力容器中充填的漿液與正在實施排出工序的壓力 容器排出的漿液之間進行熱交換，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施升溫工序時，在任一其他壓力容器實 施降溫工序，將正在實施降溫工序的壓力容器排出的閃蒸蒸汽提供給正在實施升溫工 序的壓力容器以進行熱量的回收。
24. —種具備多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解裝置，其特征在于， 在各壓力容器中依序執(zhí)行將充填纖維素系生物物質(zhì)的通水性容器以及水封入壓力容器的充填工序、 將壓力容器封閉后升溫的升溫工序、利用高溫高壓水的氧化力將纖維素生物物質(zhì)中的纖維素和/或半纖維素分解為糖 類的分解工序、使壓力容器內(nèi)的高溫高壓水快速蒸發(fā)以降溫的降溫工序、以及 取出壓力容器內(nèi)的纖維素系生物物質(zhì)殘渣的排出工序，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施充填工序時，在任一其他壓力容器實 施排出工序，正在實施充填工序的壓力容器中充填的水與正在實施排出工序的壓力容 器排出的高溫水之間進行熱交換，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施升溫工序時，在任一其他壓力容器實 施降溫工序，將正在實施降溫工序的壓力容器排出的閃蒸蒸汽提供給正在實施升溫工 序的壓力容器以進行熱量的回收。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解裝置，其特征在于，所述5個工序都需要相同的時間，使用的壓力容器的數(shù)目為5的倍數(shù)。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23或24所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解裝置，其特征在于，所述分解工序以外的4個工序所需要的時間都相同，而且所述分解工序所需要的 時間為分解工序以外的4個工序所需要的時間的n倍，所使用的壓力容器臺數(shù)為(4 + n)的倍數(shù)，其中n為自然數(shù)。
27. —種具備多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解裝置，其特征在于， 在各壓力容器中依序執(zhí)行在降溫工序?qū)嵤┖髲膲毫θ萜鲀?nèi)取出漿液，在相同的壓力容器中充填將纖維素系 生物物質(zhì)粉碎后與水混合的漿液的排出充填工序、 將壓力容器封閉后升溫的升溫工序、利用高溫高壓水的氧化力將纖維素系生物物質(zhì)中的纖維素和/或半纖維素分解為 糖類的分解工序、以及使壓力容器內(nèi)的高溫高壓漿液快速蒸發(fā)以降溫的降溫工序，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施升溫工序時，在任一其他壓力容器實 施降溫工序，從正在實施降溫工序的壓力容器排出的閃蒸蒸汽被提供給正在實施升溫 工序的壓力容器以回收熱量。
28. —種具備多個壓力容器的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解裝置，其特征在于， 在各壓力容器中依序執(zhí)行在降溫工序?qū)嵤┖髲膲毫θ萜魅〕隼w維素系生物物質(zhì)的殘渣，在相同的壓力容器 中封入充填纖維素系生物物質(zhì)的通水性容器以及水的充填排出工序、 將壓力容器封閉后升溫的升溫工序、利用高溫高壓水的氧化力將纖維素系生物物質(zhì)中的纖維素和/或半纖維素分解為 糖類的分解工序、以及使壓力容器內(nèi)的高溫高壓水快速蒸發(fā)以降溫的降溫工序，在多個壓力容器中，在任一壓力容器中實施升溫工序時，在任一其他壓力容器實 施降溫工序，從正在實施降溫工序的壓力容器排出的閃蒸蒸汽被提供給正在實施升溫 工序的壓力容器以回收熱量。
29. 根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解裝置，其特征在于，所述4個工序都需要相同的時間，使用的壓力容器的數(shù)目為4的倍數(shù)。
30. 根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的纖維素系生物物質(zhì)的糖化分解裝置，其特征在于，所述分解工序以外的3個工序所需要的時間都相同，而且所述分解工序所需要的 時間為分解工序以外的3個工序所需要的時間的n倍，所使用的壓力容器臺數(shù)為(3 + n)的倍數(shù)，其中n為自然數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供利用亞臨界狀態(tài)的高溫高壓水將纖維素系生物物質(zhì)中的纖維素和/或半纖維素分解為單糖或寡糖用的，熱效率和糖類的收得率高的方法和裝置。在利用亞臨界狀態(tài)的高溫高壓水將纖維素或半纖維素分解為糖類時，使處于高溫高壓狀態(tài)下的壓力容器內(nèi)的漿液快速蒸發(fā)，使蒸汽通往充填纖維素系生物物質(zhì)的漿液的正在加熱中的壓力容器內(nèi)，以將大量的漿液急冷到亞臨界狀態(tài)以下，防止糖類過分分解為有機酸等，而且通過回收熱能謀求節(jié)省能量。又可以將纖維素系生物物質(zhì)充填于通水性容器中，將該通水性容器與水一起封入壓力容器中。
文檔編號C08J11/14GK101346476SQ20078000097
公開日2009年1月14日 申請日期2007年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日
發(fā)明者和泉憲明, 長浜武司 申請人:川崎成套設(shè)備股份有限公司