糖化液制造装置以及连续式反应器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及适合将利用于将糖类通过酒精发酵或乳酸发酵等发酵手段进行的如乙醇(生物乙醇)或聚乳酸等的生化物质(b1chemical)的制造中的纤维素系生物质，在超临界状态或亚临界状态下进行水解而制造糖化液的方法的糖化液制造装置。本实用新型还涉及适用于这样的糖化液的装置中的连续式反应器。
【背景技术】
[0002]作为生物质能源利用的一个环节，尝试着分解作为植物主成分的纤维素或半纤维素而制造糖化液，并且通过使糖酒精发酵而得到乙醇。其中，规划着将得到的乙醇作为燃料用主要向汽车燃料中混入一部分，或者作为汽油的代替燃料进行利用。
[0003]此外，今年来，在工业中还实现了将分解纤维素或半纤维素而得到的糖化液提供至乳酸发酵中而制造L-乳酸，并且将其聚合而制造作为生物基聚合物的一种的聚乳酸。聚乳酸作为生物降解性塑料受到关注。
[0004]植物的主成分中包含纤维素(作为由六个碳构成的C6单糖的葡萄糖的聚合物)、半纤维素(由五个碳构成的C5单糖和C6单糖的聚合物)、木质素、淀粉，而乙醇是将C5单糖、C6单糖、作为它们的复合体的寡糖等的糖类作为原料通过如酵母菌等的微生物的发酵作用而生成。
[0005]为了将纤维素或半纤维素等的纤维素系生物质分解为糖类，工业上利用I)通过硫酸等强酸的氧化力进行水解的方法、2)通过酶进行分解的方法、3)利用超临界水或亚临界水的氧化力的方法的三种方法。然而，对于I)的酸分解法，所添加的酸成为酵母菌或乳酸菌等的发酵用细菌的阻碍物质，因此在将纤维素或半纤维素分解为糖类后、使糖类发酵之前必须进行所添加的酸的中和处理，因其处理费用的问题而经济性方面难以实用化。对于2)的酶分解法，尽管可以进行常温常压处理，但是没有发现有效的酶，即使被发现也预计酶的生产成本较高，因经济性的原因而在工业规模上仍没有实现的可能。
[0006]作为通过3)的超临界水或亚临界水水解纤维素系生物质而形成糖类的方法，专利文献I中公开了以将纤维素粉末与240?340°C的加压热水接触而水解为特征的非水溶性多糖类的制造方法。专利文献2公开了将切成细片的生物质在140?230°C且加压至饱和水蒸汽压以上的热水中水解规定时间而分解提取半纤维素，之后在加热至纤维素的分解温度以上的加压热水中水解而分解提取纤维素的方法。专利文献3公开了以使平均聚合度100以上的纤维素与温度250°C以上450°C以下、压力15MPa以上450MPa以下的超临界水或亚临界水接触反应0.01秒以上5秒以下，之后冷却而与温度250°C以上350°C以下、压力15MPa以上450MPa以下的亚临界水接触I秒以上10分钟以下而进行水解为特征的葡萄糖和/或水溶性纤维寡糖的制造方法。
[0007]专利文献4公开了除了从木质生物质以高收率、高效率得到糖类以外，还能够将包含C5糖类和C6糖类的糖类与包含C6糖类的糖类分离回收的糖类的制造方法。专利文献4的糖类的制造方法的特征是包括:将在木质生物质中加入高温高压水而形成的浆液进行加热处理的第一浆液加热工序(SI);将经加热处理的浆液分离为液体成分与固体成分的第一分离工序(S2);在分离的固体成分中加入水而形成浆液，将该浆液进行加热处理的第二浆液加热工序(S3 );将经加热处理的浆液分离为液体成分与固体成分的第二分离工序
(S4);和从分离的液体成分中去除水而得到糖类的有用成分得到工序(S5);除了在有用成分得到工序(S5)中得到糖类以外，还从在第一分离工序(S2)中分离的液体成分中去除水而得到糖类。
[0008]专利文献5公开了 L-乳酸生产方法，其包括在含有作为基质的、从来自于纤维素和/或半纤维素的纤维二糖、纤维寡糖类、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖组成的群中选择的任意一个的环境(培养基)中，培养可生产L-乳酸的乳酸菌(但是蒙氏肠球菌NITE BP-965除外)，得到L-乳酸的工序。
[0009]专利文献6公开了含液体固形物的处理设备，其是将经过处理装置的处理路径排出的含液体固形物通过管输送至固液分离装置，并且进行固液分离的处理设备，其特征是形成为将通过所述固液分离生成的液体的一部分供给至所述处理装置的处理路径内的结构。在将生物质在高温高压下水解而连续得到糖化液的情况下，通常使用内部具备如螺旋供料器那样的搬运单元的连续式反应器，在专利文献6中使用这样的连续式反应器。
[0010]专利文献7公开了与专利文献6的处理设备相同的生物质处理装置。专利文献7的生物质处理装置通过向反应器内喷射水或糖化液，以此减少原料的碳化以及由碳化物引起的堵塞。
[0011]专利文献8公开了为了防止糖化液的过分解，而使从压力容器取出的高温高压浆液闪蒸的纤维素系生物质的糖化分解方法以及糖化分解装置。
[0012]现有技术文献:
[0013]专利文献:
[0014]专利文献1:日本特开2000-186102号公报；
[0015]专利文献2:日本特开2002-59118号公报；
[0016]专利文献3:日本特开2003-212888号公报；
[0017]专利文献4:日本特开2010-81855号公报；
[0018]专利文献5:日本特开2013-165719号公报；
[0019]专利文献6:日本特开2006-68606号公报；
[0020]专利文献7:日本特开2012-22号公报；
[0021]专利文献8:国际公布第2008/050740号。
【实用新型内容】
[0022]实用新型要解决的问题:
[0023]在通过超临界水或亚临界水水解生物质而形成糖类的情况下，在热水处理的纤维素系生物质浆液中的生物质浓度(固形物浓度)较高时，通过相同能量可加热的生物质量增加，因此能量效率提高。又，在生物质浓度较高时，得到更高浓度的糖化液，因此在浓缩供给至发酵工序的糖化液时的浓缩负荷也减少。通常情况下，生物质浆液的固形物浓度调节为
5?10质量％。
[0024]然而，在为了改善能量效率而提高纤维素系生物质浆液的固形物浓度时，浆液的流动性降低，难以使用配管输送浆液。这将对于使用连续式反应器连续水解生物质浆液造成很大障碍。又，在提高纤维素系生物质浆液的生物质浓度时，还发生间接热交换器中热传导率降低的问题。
[0025]在使用连续式反应器连续热水处理生物质浆液时，为了与高温蒸汽充分搅拌而充分加热生物质浆液，并且使热水处理时间维持一定，需要使加热的浆液在反应器内部形成活塞流并移动。在生物质浆液形成为高浓度时，不得不与以往相比提高搅拌强度，但是仅仅提高搅拌强度会破坏活塞流，未反应的生物质浆液或糖类的过分解产物排出至连续式反应器的出口。其结果是，糖化率降低。
[0026]专利文献6公开的处理设备向反应器出口的浆液混合糖化液，因此可以防止反应器出口的堵塞，但是不具备用于使高浓度的生物质浆液在反应器内形成活塞流的结构。专利文献7公开的处理装置也不具备用于使高浓度的生物质浆液在反应器内形成活塞流的结构。
[0027]在这里，如果不将从反应器取出的高温高压的生物质浆液立刻冷却至亚临界状态以下的温度，则糖类会过分解为有机酸，导致糖类的收率降低。专利文献8的糖化分解方法以及糖化分解装置是分批式，而本发明人等证实了在提高纤维素系生物质浆液的