以纖維素系生物質為原料的糖化液制造方法以及糖化液制造裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于將纖維素系生物質在超臨界狀態(tài)或亞臨界狀態(tài)下進行水解而制造糖類的方法以及使用于這樣的方法中的裝置。
【背景技術】
[0002]作為利用生物質能源的一個環(huán)節(jié)，嘗試著將植物主成分的纖維素或半纖維素進行分解而得到乙醇。其中，規(guī)劃著將得到的乙醇作為燃料用主要向汽車燃料中混入一部分，或者作為汽油的代替燃料進行利用。
[0003]植物的主成分中包含纖維素(作為由六個碳構成的C6單糖的葡萄糖的聚合物)、半纖維素(由五個碳構成的C5單糖和C6單糖的聚合物)、木質素、淀粉，而乙醇是將C5單糖、C6單糖、作為它們的復合體的寡糖等的糖類作為原料通過如酵母菌等的微生物的發(fā)酵作用而生成。
[0004]為了將纖維素或半纖維素等的纖維素系生物質分解為糖類，工業(yè)上利用I)通過硫酸等強酸的氧化力進行水解的方法、2)通過酶進行分解的方法、3)利用超臨界水或亞臨界水的氧化力的方法的三種方法。然而，對于I)的酸分解法，所添加的酸成為酵母菌或乳酸菌等的發(fā)酵用細菌的抑制物質，因此在將纖維素或半纖維素分解為糖類后、使糖類乙醇發(fā)酵之前必須進行所添加的酸的中和處理，因其處理費用的問題而經濟性方面難以實用化。對于2)的酶分解法，盡管可以進行常溫常壓處理，但是沒有發(fā)現有效的酶，即使被發(fā)現也預計酶的生產成本較高，因經濟性的原因而在工業(yè)規(guī)模上仍沒有實現的可能。
[0005]作為通過3)的超臨界水或亞臨界水水解纖維素系生物質而形成糖類的方法，專利文獻I中公開了除了從木質生物質以高收率、高效率得到糖類以外，還能夠將包含C5糖類和C6糖類的糖類與包含C6糖類的糖類分離回收的糖類的制造方法。專利文獻I的糖類的制造方法包括:將在木質生物質中加入高溫高壓水而形成的漿液進行加熱處理的第一漿液加熱工序(SI);將經加熱處理的漿液分離為液體成分與固體成分的第一分離工序(S2);在分離的固體成分中加入水而形成漿液，將該漿液進行加熱處理的第二漿液加熱工序(S3 );將經加熱處理的漿液分離為液體成分與固體成分的第二分離工序(S4);和從分離的液體成分中去除水而得到糖類的有用成分得到工序(S5);除了在有用成分得到工序(S5)中得到糖類以外，還從在第一分離工序(S2)中分離的液體成分中去除水而得到糖類。
[0006]專利文獻2公開了在使用加壓熱水對生物質進行水解的生物質的水解方法中，包括在生物質中主要水解半纖維素的第一工序、和在由第一工序得到的殘渣中主要水解纖維素的第二工序，并且在第一工序中使用的液體包括在所述第二工序結束后通過固液分離而得到的濾液的生物質的水解方法。專利文獻2還公開了作為使用于所述第一工序的水解中的液體，在將所述第一工序結束后進行固液分離得到的殘渣用水清洗后，使回收的水的一部分與所述第二工序結束后進行固液分離得到的濾液一起使用于第一工序，并且使剩余的殘渣使用于第二工序。
[0007]另一方面，已知有使用多個濃縮機對懸浮液中的固形物進行連續(xù)分離并清洗的方法。專利文獻3公開了作為串聯(lián)配設多個清洗濃縮機而清洗赤泥的多級濃縮清洗法，且將至少一臺清洗濃縮機的溢流水的一部分添加至向該濃縮機供給的泥漿中的赤泥清洗方法。同樣如此，專利文獻4公開了從由拜耳法所產生的赤泥漿液中通過在常壓和/或加壓下操作的沉淀分離工序進行沉淀分離赤泥時，將赤泥沉淀助劑預先添加至上述沉淀分離工序的循環(huán)澄清液和/或清洗水中而進行稀釋后導入至被處理赤泥漿液的赤泥沉淀分離中的赤泥沉淀助劑的添加方法。專利文獻4還公開了使用多個濃縮機清洗赤泥的方法(圖4)。
[0008]現有技術文獻:
專利文獻:
專利文獻1:日本特開2010-81855號公報；
專利文獻2:日本特開2010-253348號公報；
專利文獻3:日本特開昭57-61624號公報；
專利文獻4:日本特開平5-229816號公報。

【發(fā)明內容】

[0009]發(fā)明要解決的問題:
在將纖維素系生物質的漿液進行熱水處理后，C5糖類或C6糖類溶解于水中，因此在通過脫水處理得到的殘渣(脫水餅)中殘留有通過熱水處理所生成的C5糖類或C6糖類的I?5成左右的量。又，在為了改善水解效率而提高纖維素系生物質漿液中的生物質濃度時，殘留于熱水處理后的殘渣中的C5糖類量或C6糖類量會增加，有時達到生成量的一半以上，因此理想的是從脫水餅回收C5糖類或C6糖類。
[0010]如果清洗脫水餅，則可以從清洗水中回收C5糖類或C6糖類。在通常的水解方法中，將生物質中的半纖維素進行熱水處理(第一次熱水處理)而水解為C5糖類，并且將殘渣進行脫水處理后使脫水餅(固形殘渣)再次形成為漿液，并且在更嚴格的條件下進行熱水處理(第二次熱水處理)而將生物質中的纖維素分解為C6糖類，因此優(yōu)選的是減少因清洗造成的脫水餅的損失。又，對于脫水餅的清洗，從作業(yè)效率的觀點考慮優(yōu)選的是如專利文獻3或專利文獻4中公開的使用多個濃縮機的方法那樣連續(xù)地進行。
[0011]另外，在清洗水較多時，糖類的回收率上升，但是糖化液量也增加，其結果是糖濃度降低，導致在后續(xù)的濃縮工序中的濃縮負荷增大。
[0012]在脫水餅的含水率較低時，溶解于水分的糖類的量較少，可以減少糖類的損失。然而，在糖化后的生物質的粒徑過大時，纖維成分保持水分而難以進行脫水。其結果是，脫水餅的含水率上升，殘留在脫水餅中的糖類的量增多。
[0013]另一方面，在將纖維素系生物質的漿液通過熱水處理進行水解而制造糖類時，可以通過閃蒸停止水解反應，但是為了改善能量效率，還重要的是回收閃蒸的熱能。在這里，漿液中含有的纖維素系生物質越細小，水解效率越高，但是引起難以通過濃縮機進行固液分離的問題。相反地，在使?jié){液中含有的纖維素系生物質變得粗大時，前處理的粉碎工序中的粉碎機的動力較小也能滿足，但是導致閃蒸閥被生物質堵塞的問題。
[0014]此外，與專利文獻3或專利文獻4公開的赤泥的清洗方法不同地，在以纖維素系生物質為原料的糖化液制造方法中，如果在濃縮機上清液中含有懸浮物質，則在通過如反滲透膜裝置(RO膜裝置)、蒸餾裝置或電滲析裝置的濃縮裝置濃縮糖化液時導致產生結垢。
[0015]本發(fā)明的目的是提供從脫水餅的糖回收率較高、且在糖化液濃縮時不容易發(fā)生濃縮裝置的結垢的糖化液制造方法、以及使用于這樣的糖化液制造方法中的糖化液制造裝置。
[0016]解決問題的手段:
本發(fā)明人等為了解決上述問題而深刻研宄后發(fā)現通過使用以糖化分解工序后的漿液中的固形物(沉淀物)的移動方向與溢流水的移動方向相反的形式串聯(lián)配置的多級清洗用濃縮機，由清洗水連續(xù)地清洗漿液中的固形物，并且從進一步回收的清洗水中使用獨立于清洗用濃縮機的靜置用濃縮機去除固形殘渣，以此能夠解決上述問題，從而完成本發(fā)明。
[0017]具體而言，本發(fā)明涉及以纖維素系生物質為原料的糖化液制造方法，具有:通過將纖維素系生物質的漿液在超臨界狀態(tài)或亞臨界狀