以纖維素系生物質(zhì)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(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于將纖維素系生物質(zhì)在超臨界狀態(tài)或亞臨界狀態(tài)下進(jìn)行水解而制造糖類的方法以及使用于這樣的方法中的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]作為利用生物質(zhì)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(jìn)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(jìn)行利用。
[0003]植物的主成分中包含纖維素(作為由六個碳構(gòu)成的C6單糖的葡萄糖的聚合物)、半纖維素(由五個碳構(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(zhì)分解為糖類，工業(yè)上利用I)通過硫酸等強(qiáng)酸的氧化力進(jìn)行水解的方法、2)通過酶進(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)菌的抑制物質(zhì)，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(jìn)行所添加的酸的中和處理，因其處理費(fèi)用的問題而經(jīng)濟(jì)性方面難以實(shí)用化。對于2)的酶分解法，盡管可以進(jìn)行常溫常壓處理，但是沒有發(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)模上仍沒有實(shí)現(xiàn)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(zhì)而形成糖類的方法，專利文獻(xiàn)I中公開了除了從木質(zhì)生物質(zhì)以高收率、高效率得到糖類以外，還能夠?qū)珻5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(xiàn)I的糖類的制造方法包括: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(xiàn)2公開了在使用加壓熱水對生物質(zhì)進(jìn)行水解的生物質(zhì)的水解方法中，包括在生物質(zhì)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?jiān)兄饕饫w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(jié)束后通過固液分離而得到的濾液的生物質(zhì)的水解方法。專利文獻(xiàn)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(jié)束后進(jìn)行固液分離得到的殘?jiān)盟逑春?，使回收的水的一部分與所述第二工序結(jié)束后進(jìn)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?jiān)褂糜诘诙ば颉?br>[0007]另一方面，已知有使用多個濃縮機(jī)對懸浮液中的固形物進(jìn)行連續(xù)分離并清洗的方法。專利文獻(xiàn)3公開了作為串聯(lián)配設(shè)多個清洗濃縮機(jī)而清洗赤泥的多級濃縮清洗法，且將至少一臺清洗濃縮機(jī)的溢流水的一部分添加至向該濃縮機(jī)供給的泥漿中的赤泥清洗方法。同樣如此，專利文獻(xiàn)4公開了從由拜耳法所產(chǎn)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(jìn)行沉淀分離赤泥時，將赤泥沉淀助劑預(yù)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(jìn)行稀釋后導(dǎo)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(xiàn)4還公開了使用多個濃縮機(jī)清洗赤泥的方法(圖4)。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn):
專利文獻(xiàn):
專利文獻(xiàn)1:日本特開2010-81855號公報(bào)；
專利文獻(xiàn)2:日本特開2010-253348號公報(bào)；
專利文獻(xiàn)3:日本特開昭57-61624號公報(bào)；
專利文獻(xiàn)4:日本特開平5-229816號公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]發(fā)明要解決的問題:
在將纖維素系生物質(zhì)的漿液進(jìn)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?jiān)?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(zhì)漿液中的生物質(zhì)濃度時，殘留于熱水處理后的殘?jiān)械腃5糖類量或C6糖類量會增加，有時達(dá)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(zhì)中的半纖維素進(jìn)行熱水處理(第一次熱水處理)而水解為C5糖類，并且將殘?jiān)M(jìn)行脫水處理后使脫水餅(固形殘?jiān)?再次形成為漿液，并且在更嚴(yán)格的條件下進(jìn)行熱水處理(第二次熱水處理)而將生物質(zhì)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(diǎn)考慮優(yōu)選的是如專利文獻(xiàn)3或?qū)＠墨I(xiàn)4中公開的使用多個濃縮機(jī)的方法那樣連續(xù)地進(jìn)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(jié)果是糖濃度降低，導(dǎo)致在后續(xù)的濃縮工序中的濃縮負(fù)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(zhì)的粒徑過大時，纖維成分保持水分而難以進(jìn)行脫水。其結(jié)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(zhì)的漿液通過熱水處理進(jìn)行水解而制造糖類時，可以通過閃蒸停止水解反應(yīng)，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(zhì)越細(xì)小，水解效率越高，但是引起難以通過濃縮機(jī)進(jìn)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(zhì)變得粗大時，前處理的粉碎工序中的粉碎機(jī)的動力較小也能滿足，但是導(dǎo)致閃蒸閥被生物質(zhì)堵塞的問題。
[0014]此外，與專利文獻(xiàn)3或?qū)＠墨I(xiàn)4公開的赤泥的清洗方法不同地，在以纖維素系生物質(zhì)為原料的糖化液制造方法中，如果在濃縮機(jī)上清液中含有懸浮物質(zhì)，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(dǎo)致產(chǎn)生結(jié)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(jié)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(xiàn)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(jī)，由清洗水連續(xù)地清洗漿液中的固形物，并且從進(jìn)一步回收的清洗水中使用獨(dú)立于清洗用濃縮機(jī)的靜置用濃縮機(jī)去除固形殘?jiān)?，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(zhì)為原料的糖化液制造方法，具有:通過將纖維素系生物質(zhì)的漿液在超臨界狀態(tài)或亞臨界狀