糖化液制造裝置以及連續(xù)式反應(yīng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及適合將利用于將糖類(lèi)通過(guò)酒精發(fā)酵或乳酸發(fā)酵等發(fā)酵手段進(jìn)行的如乙醇(生物乙醇)或聚乳酸等的生化物質(zhì)(b1chemical)的制造中的纖維素系生物質(zhì)，在超臨界狀態(tài)或亞臨界狀態(tài)下進(jìn)行水解而制造糖化液的方法的糖化液制造裝置。本實(shí)用新型還涉及適用于這樣的糖化液的裝置中的連續(xù)式反應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]作為生物質(zhì)能源利用的一個(gè)環(huán)節(jié)，嘗試著分解作為植物主成分的纖維素或半纖維素而制造糖化液，并且通過(guò)使糖酒精發(fā)酵而得到乙醇。其中，規(guī)劃著將得到的乙醇作為燃料用主要向汽車(chē)燃料中混入一部分，或者作為汽油的代替燃料進(jìn)行利用。
[0003]此外，今年來(lái)，在工業(yè)中還實(shí)現(xiàn)了將分解纖維素或半纖維素而得到的糖化液提供至乳酸發(fā)酵中而制造L-乳酸，并且將其聚合而制造作為生物基聚合物的一種的聚乳酸。聚乳酸作為生物降解性塑料受到關(guān)注。
[0004]植物的主成分中包含纖維素(作為由六個(gè)碳構(gòu)成的C6單糖的葡萄糖的聚合物)、半纖維素(由五個(gè)碳構(gòu)成的C5單糖和C6單糖的聚合物)、木質(zhì)素、淀粉，而乙醇是將C5單糖、C6單糖、作為它們的復(fù)合體的寡糖等的糖類(lèi)作為原料通過(guò)如酵母菌等的微生物的發(fā)酵作用而生成。
[0005]為了將纖維素或半纖維素等的纖維素系生物質(zhì)分解為糖類(lèi)，工業(yè)上利用I)通過(guò)硫酸等強(qiáng)酸的氧化力進(jìn)行水解的方法、2)通過(guò)酶進(jìn)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(duì)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(xì)菌的阻礙物質(zhì)，因此在將纖維素或半纖維素分解為糖類(lèi)后、使糖類(lèi)發(fā)酵之前必須進(jìn)行所添加的酸的中和處理，因其處理費(fèi)用的問(wèn)題而經(jīng)濟(jì)性方面難以實(shí)用化。對(duì)于2)的酶分解法，盡管可以進(jìn)行常溫常壓處理，但是沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有效的酶，即使被發(fā)現(xiàn)也預(yù)計(jì)酶的生產(chǎn)成本較高，因經(jīng)濟(jì)性的原因而在工業(yè)規(guī)模上仍沒(méi)有實(shí)現(xiàn)的可能。
[0006]作為通過(guò)3)的超臨界水或亞臨界水水解纖維素系生物質(zhì)而形成糖類(lèi)的方法，專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了以將纖維素粉末與240?340°C的加壓熱水接觸而水解為特征的非水溶性多糖類(lèi)的制造方法。專(zhuān)利文獻(xiàn)2公開(kāi)了將切成細(xì)片的生物質(zhì)在140?230°C且加壓至飽和水蒸汽壓以上的熱水中水解規(guī)定時(shí)間而分解提取半纖維素，之后在加熱至纖維素的分解溫度以上的加壓熱水中水解而分解提取纖維素的方法。專(zhuān)利文獻(xiàn)3公開(kāi)了以使平均聚合度100以上的纖維素與溫度250°C以上450°C以下、壓力15MPa以上450MPa以下的超臨界水或亞臨界水接觸反應(yīng)0.01秒以上5秒以下，之后冷卻而與溫度250°C以上350°C以下、壓力15MPa以上450MPa以下的亞臨界水接觸I秒以上10分鐘以下而進(jìn)行水解為特征的葡萄糖和/或水溶性纖維寡糖的制造方法。
[0007]專(zhuān)利文獻(xiàn)4公開(kāi)了除了從木質(zhì)生物質(zhì)以高收率、高效率得到糖類(lèi)以外，還能夠?qū)珻5糖類(lèi)和C6糖類(lèi)的糖類(lèi)與包含C6糖類(lèi)的糖類(lèi)分離回收的糖類(lèi)的制造方法。專(zhuān)利文獻(xiàn)4的糖類(lèi)的制造方法的特征是包括:將在木質(zhì)生物質(zhì)中加入高溫高壓水而形成的漿液進(jìn)行加熱處理的第一漿液加熱工序(SI);將經(jīng)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(jìn)行加熱處理的第二漿液加熱工序(S3 );將經(jīng)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(lèi)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(lèi)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(lèi)。
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)5公開(kāi)了 L-乳酸生產(chǎn)方法，其包括在含有作為基質(zhì)的、從來(lái)自于纖維素和/或半纖維素的纖維二糖、纖維寡糖類(lèi)、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖組成的群中選擇的任意一個(gè)的環(huán)境(培養(yǎng)基)中，培養(yǎng)可生產(chǎn)L-乳酸的乳酸菌(但是蒙氏腸球菌NITE BP-965除外)，得到L-乳酸的工序。
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)6公開(kāi)了含液體固形物的處理設(shè)備，其是將經(jīng)過(guò)處理裝置的處理路徑排出的含液體固形物通過(guò)管輸送至固液分離裝置，并且進(jìn)行固液分離的處理設(shè)備，其特征是形成為將通過(guò)所述固液分離生成的液體的一部分供給至所述處理裝置的處理路徑內(nèi)的結(jié)構(gòu)。在將生物質(zhì)在高溫高壓下水解而連續(xù)得到糖化液的情況下，通常使用內(nèi)部具備如螺旋供料器那樣的搬運(yùn)單元的連續(xù)式反應(yīng)器，在專(zhuān)利文獻(xiàn)6中使用這樣的連續(xù)式反應(yīng)器。
[0010]專(zhuān)利文獻(xiàn)7公開(kāi)了與專(zhuān)利文獻(xiàn)6的處理設(shè)備相同的生物質(zhì)處理裝置。專(zhuān)利文獻(xiàn)7的生物質(zhì)處理裝置通過(guò)向反應(yīng)器內(nèi)噴射水或糖化液，以此減少原料的碳化以及由碳化物引起的堵塞。
[0011]專(zhuān)利文獻(xiàn)8公開(kāi)了為了防止糖化液的過(guò)分解，而使從壓力容器取出的高溫高壓漿液閃蒸的纖維素系生物質(zhì)的糖化分解方法以及糖化分解裝置。
[0012]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn):
[0013]專(zhuān)利文獻(xiàn):
[0014]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2000-186102號(hào)公報(bào)；
[0015]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2002-59118號(hào)公報(bào)；
[0016]專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2003-212888號(hào)公報(bào)；
[0017]專(zhuān)利文獻(xiàn)4:日本特開(kāi)2010-81855號(hào)公報(bào)；
[0018]專(zhuān)利文獻(xiàn)5:日本特開(kāi)2013-165719號(hào)公報(bào)；
[0019]專(zhuān)利文獻(xiàn)6:日本特開(kāi)2006-68606號(hào)公報(bào)；
[0020]專(zhuān)利文獻(xiàn)7:日本特開(kāi)2012-22號(hào)公報(bào)；
[0021]專(zhuān)利文獻(xiàn)8:國(guó)際公布第2008/050740號(hào)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0022]實(shí)用新型要解決的問(wèn)題:
[0023]在通過(guò)超臨界水或亞臨界水水解生物質(zhì)而形成糖類(lèi)的情況下，在熱水處理的纖維素系生物質(zhì)漿液中的生物質(zhì)濃度(固形物濃度)較高時(shí)，通過(guò)相同能量可加熱的生物質(zhì)量增加，因此能量效率提高。又，在生物質(zhì)濃度較高時(shí)，得到更高濃度的糖化液，因此在濃縮供給至發(fā)酵工序的糖化液時(shí)的濃縮負(fù)荷也減少。通常情況下，生物質(zhì)漿液的固形物濃度調(diào)節(jié)為
5?10質(zhì)量％。
[0024]然而，在為了改善能量效率而提高纖維素系生物質(zhì)漿液的固形物濃度時(shí)，漿液的流動(dòng)性降低，難以使用配管輸送漿液。這將對(duì)于使用連續(xù)式反應(yīng)器連續(xù)水解生物質(zhì)漿液造成很大障礙。又，在提高纖維素系生物質(zhì)漿液的生物質(zhì)濃度時(shí)，還發(fā)生間接熱交換器中熱傳導(dǎo)率降低的問(wèn)題。
[0025]在使用連續(xù)式反應(yīng)器連續(xù)熱水處理生物質(zhì)漿液時(shí)，為了與高溫蒸汽充分?jǐn)嚢瓒浞旨訜嵘镔|(zhì)漿液，并且使熱水處理時(shí)間維持一定，需要使加熱的漿液在反應(yīng)器內(nèi)部形成活塞流并移動(dòng)。在生物質(zhì)漿液形成為高濃度時(shí)，不得不與以往相比提高攪拌強(qiáng)度，但是僅僅提高攪拌強(qiáng)度會(huì)破壞活塞流，未反應(yīng)的生物質(zhì)漿液或糖類(lèi)的過(guò)分解產(chǎn)物排出至連續(xù)式反應(yīng)器的出口。其結(jié)果是，糖化率降低。
[0026]專(zhuān)利文獻(xiàn)6公開(kāi)的處理設(shè)備向反應(yīng)器出口的漿液混合糖化液，因此可以防止反應(yīng)器出口的堵塞，但是不具備用于使高濃度的生物質(zhì)漿液在反應(yīng)器內(nèi)形成活塞流的結(jié)構(gòu)。專(zhuān)利文獻(xiàn)7公開(kāi)的處理裝置也不具備用于使高濃度的生物質(zhì)漿液在反應(yīng)器內(nèi)形成活塞流的結(jié)構(gòu)。
[0027]在這里，如果不將從反應(yīng)器取出的高溫高壓的生物質(zhì)漿液立刻冷卻至亞臨界狀態(tài)以下的溫度，則糖類(lèi)會(huì)過(guò)分解為有機(jī)酸，導(dǎo)致糖類(lèi)的收率降低。專(zhuān)利文獻(xiàn)8的糖化分解方法以及糖化分解裝置是分批式，而本發(fā)明人等證實(shí)了在提高纖維素系生物質(zhì)漿液的