JP5503282B2 - Continuous pressurized hot water treatment method for biomass materials - Google Patents
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Description
本発明は、セルロース、ヘミセルロース、リグニンを含有するバイオマス材料の糖化処理効率を向上させるためのバイオマス材料の連続加圧熱水処理方法に関するものである。 The present invention relates to a continuous pressurized hot water treatment method for a biomass material for improving the saccharification treatment efficiency of a biomass material containing cellulose, hemicellulose, and lignin.
近年、有限の資源である石油に代替する植物を原料とした燃料が注目を集め、特に食糧問題を引き起こさない、木や草本類などの非可食植物を利用した燃料に注目が集まっている。該植物を燃料として利用するためには、植物中に含まれるセルロースおよびヘミセルロースを糖化処理して、糖を得た後、アルコール発酵を行い、エタノール等の燃料を得る必要がある。しかし、セルロールおよびヘミセルロースは植物中に含まれるリグニンに包埋されているため、そのまま糖化処理しても糖化されない。そこで、何らかの前処理によって糖化処理の効率を上げる必要がある。 In recent years, fuels made from plants that replace petroleum, which is a limited resource, have attracted attention, and in particular, fuels that use non-edible plants such as trees and herbs that do not cause food problems have attracted attention. In order to use the plant as a fuel, it is necessary to saccharify cellulose and hemicellulose contained in the plant to obtain sugar, and then perform alcoholic fermentation to obtain a fuel such as ethanol. However, since cellulose and hemicellulose are embedded in lignin contained in plants, they are not saccharified even if they are saccharified as they are. Therefore, it is necessary to increase the efficiency of the saccharification treatment by some pretreatment.
非特許文献1には、オリゴ糖を生産する方法として使われている蒸煮・爆砕法により糖化率を上げる方法が記述されている。該方法では原料チップを圧力釜に入れ、高温高圧で短時間蒸煮した後、急激にその圧力を開放する。200〜240℃のような高温の条件に短時間さらすことで、酸が形成されてpHが約3まで低下する。そして、その酸により加水分解を起こさせるという方法である。また、急激に減圧したことにより、細胞膜が破壊され、一部リグニンも破壊される。しかしながら、この方法はバッチ式であり、かつ圧力釜の昇温に時間を要することから生産性の点で不利であり、かつ滞留時間を短くすることが難しいため過分解が避けられないという課題がある。 Non-Patent Document 1 describes a method of increasing the saccharification rate by a steaming / explosion method used as a method for producing oligosaccharides. In this method, a raw material chip is placed in a pressure cooker, cooked for a short time at high temperature and high pressure, and then the pressure is suddenly released. Exposure to high temperature conditions such as 200-240 ° C. for a short time will form acid and lower the pH to about 3. And it is the method of causing hydrolysis by the acid. In addition, the rapid decompression destroys the cell membrane and partially destroys lignin. However, this method is batch-type and takes time to raise the pressure kettle, which is disadvantageous in terms of productivity, and it is difficult to shorten the residence time, so that overdecomposition is inevitable. is there.
また、非特許文献1には二軸スクリュ押出機を用いた爆砕と同時に化学的処理を行うセルロースの連続式糖化システムについても説明されている。すなわち、セルロース廃棄物をプラスチック加工用二軸スクリュ押出機で細分し、余分の水分を除去し、スラリーを243℃に熱し、500psiの圧力をかけ、押し出される直前に0.5%硫酸を注入して瞬間的に加水分解し、押出機先端に設けた除圧バルブを開いて20秒後に排出急冷するプロセスである。しかしながら、この方法も連続式と称しているというものの、実質的にはバッチ式であり、生産性の点で不利であり、かつ滞留時間が一定とならないために均質な材料を得られないという課題がある。 Non-Patent Document 1 also describes a continuous saccharification system of cellulose that performs chemical treatment simultaneously with explosion using a twin screw extruder. That is, cellulosic waste is subdivided with a twin screw extruder for plastic processing, excess water is removed, the slurry is heated to 243 ° C., a pressure of 500 psi is applied, and 0.5% sulfuric acid is injected just before being extruded. This is a process of hydrolyzing instantaneously, opening a pressure-removing valve provided at the tip of the extruder, and quickly discharging and cooling 20 seconds later. However, although this method is also referred to as a continuous method, it is substantially a batch method, which is disadvantageous in terms of productivity, and the residence time is not constant, so that a homogeneous material cannot be obtained. There is.
また、特許文献1には、水分を10質量%以上含有するリグニンを含む被処理物を高圧下で処理する高圧反応器に対して、高圧反応器からの高圧雰囲気の逆流を抑えると共に連続的に被処理物を供給するために、スクリュフィーダが配設されている。スクリュフィーダは、一端側に被処理物供給部が設けられており、他端側に排出口が設けられている。スクリュフィーダの排出口に接続され、2MPa以上の圧力に加圧される高圧雰囲気を形成する高圧反応器に対して、スクリュフィーダの他端側にて圧縮された堆積物による密閉作用により、高圧雰囲気とスクリュフィーダの一端側との間の気密が維持されるように、先端に隙間を調整できる機械式のバルブを設置して被処理物を供給する構成とする発明が開示されている。しかしながら、この方法では一台の押出機で加圧処理後に材料を粉砕したり、含水量を調整したり、温度調整を行うなどの加工ができないという課題がある。 Patent Document 1 discloses that a high-pressure reactor that treats an object to be processed containing lignin containing 10% by mass or more of water under high pressure suppresses the backflow of the high-pressure atmosphere from the high-pressure reactor continuously. A screw feeder is provided to supply an object to be processed. The screw feeder is provided with a workpiece supply unit on one end side and a discharge port on the other end side. A high-pressure atmosphere connected to the discharge port of the screw feeder and forming a high-pressure atmosphere pressurized to a pressure of 2 MPa or more, by a sealing action by deposits compressed at the other end of the screw feeder An invention is disclosed in which a mechanical valve capable of adjusting a gap is installed at the tip to supply an object to be processed so that airtightness between the screw and one end of the screw feeder is maintained. However, in this method, there is a problem that processing such as pulverization of the material after pressure treatment by one extruder, adjustment of water content, and adjustment of temperature cannot be performed.
一般的に溶融樹脂を処理する押出機のシリンダ内圧を高める方法として、シリンダ内に抵抗体を設け、その抵抗体に粘度の高い流体を通過させることで圧力を上昇させる方法が採用される。例えば、特許文献2には、熱硬化性樹脂系塗膜と熱可塑性樹脂を主要成分とする樹脂廃材をシリンダに供給し、溶融しつつ送給手段により上流側から下流側に送給すると共に、シリンダの加水分解領域において樹脂材料と水や水蒸気とを接触させて樹脂材料を加水分解する。その際に、抵抗体として機能するシールリングを通路に配置し、加水分解領域における樹脂材料の下流側への送給を抑制して高充填領域を形成し、水や水蒸気の早期抜けを防止する。これと共に、圧力980〜9800kPa、樹脂温度180〜280℃の高温とし、シリンダにおける樹脂材料と加水分解剤との接触効率を向上させ、熱硬化性樹脂の加水分解による低分子量化を効果的に行い、再生処理時間の短縮化、再生樹脂組成物の高品位化に貢献できる樹脂廃材の再生方法及び装置に係る発明が開示されている。しかしながら、この方法は樹脂を有する材料にのみ有効な方法であり、バイオマス材料に適用した場合に圧力を一定に保つことが不可能であるという課題がある。
In general, as a method of increasing the cylinder internal pressure of an extruder for processing a molten resin, a method of increasing the pressure by providing a resistor in the cylinder and allowing a fluid having high viscosity to pass through the resistor is employed. For example, in
本発明は、リグニン含有のバイオマス材料を、連続で100℃以上の加圧熱水処理する方法において、スクリュ押出機の加圧熱水処理部の圧力を加圧熱水を維持する圧力以上に保圧することのできるバイオマス材料の連続加圧熱水処理方法を提供することを目的とするものである。 In the method of continuously treating a lignin-containing biomass material with a pressurized hot water treatment at 100 ° C. or higher, the pressure of the pressurized hot water treatment section of the screw extruder is maintained above the pressure at which the pressurized hot water is maintained. An object of the present invention is to provide a continuous pressurized hot water treatment method for a biomass material that can be pressurized.
上記の目的を達成するために、本発明のバイオマス材料の連続加圧熱水処理方法は、加圧熱水処理部を有するスクリュ押出機により、リグニンを含有するバイオマス材料を連続で100℃以上の加圧熱水処理をする連続加圧熱水処理方法において、前記加圧熱水処理部には上流側に上流シール部を設けるとともに下流側に下流シール部を設け、前記下流シール部の上流部に、前記バイオマス材料を冷却するための液体成分を供給する液添ノズルを配置し、該液添ノズルから前記バイオマス材料に液体成分を添加して、前記下流シール部における前記バイオマス材料の温度を系内に含まれる液体成分の沸点未満に冷却することにより、前記下流シール部における前記バイオマス材料に含まれる液体成分を液体の状態で存在させて、前記下流シール部の保圧能力を高めることを特徴とする。 In order to achieve the above-mentioned object, the continuous pressurized hot water treatment method for biomass material of the present invention is such that a biomass material containing lignin is continuously heated to 100 ° C. or higher by a screw extruder having a pressurized hot water treatment section. In the continuous pressurized hot water treatment method for performing pressurized hot water treatment, the pressurized hot water treatment part is provided with an upstream seal part on the upstream side and a downstream seal part on the downstream side, and an upstream part of the downstream seal part A liquid addition nozzle for supplying a liquid component for cooling the biomass material, adding the liquid component from the liquid addition nozzle to the biomass material, and determining the temperature of the biomass material in the downstream seal portion by cooling to below the boiling point of the liquid component contained within the liquid component contained in the biomass material in the downstream sealing portion be present in a liquid state, said downstream Sea Characterized in that to increase the coercive pressure capability parts.
また、前記加圧熱水処理部は、圧力が0.27MPa(130℃での水の飽和蒸気圧)以上、前記バイオマス材料の温度130℃以上で加圧熱水処理することを特徴とする。 The pressurized hot water treatment unit is characterized in that the pressurized hot water treatment is performed at a pressure of 0.27 MPa (saturated vapor pressure of water at 130 ° C.) or higher and a temperature of the biomass material of 130 ° C. or higher.
また、前記下流シール部における前記バイオマス材料は、前記下流シール部の上流部における前記バイオマス材料へ液体状態の水を添加することによって、冷却することを特徴とする。 The biomass material in the downstream seal portion is cooled by adding liquid water to the biomass material in the upstream portion of the downstream seal portion.
また、前記下流シール部における前記バイオマス材料は、前記スクリュ押出機における前記下流シール部の近傍を冷却手段により冷却することによって、冷却することを特徴とする。 Further, the biomass material in the downstream seal portion is cooled by cooling the vicinity of the downstream seal portion in the screw extruder by a cooling means.
リグニンを含有するバイオマス材料を加圧熱水処理する加工方法において、加圧熱水処理部の圧力を加圧熱水を維持する圧力以上に保圧するために、加圧熱水処理部の下流に設置した下流シール部のバイオマス材料の温度を系内に含まれる水分などの液体成分の沸点未満に冷却することによって、バイオマス材料中に含まれる水などの液体成分が液体として存在するようにして、シール部の保圧能力を高める。その結果、リグニンを含有するバイオマス材料を連続して、圧力および温度一定で加圧熱水処理することが可能となる。 In the processing method of pressurized hot water treatment of biomass material containing lignin, in order to keep the pressure of the pressurized hot water treatment unit higher than the pressure to maintain the pressurized hot water, downstream of the pressurized hot water treatment unit By cooling the temperature of the biomass material of the installed downstream seal part below the boiling point of the liquid component such as moisture contained in the system, the liquid component such as water contained in the biomass material is present as a liquid, Increase the pressure holding capacity of the seal part. As a result, the biomass material containing lignin can be continuously subjected to pressurized hot water treatment at a constant pressure and temperature.
図1に示すように、スクリュ押出機Eは、一端側に供給部であるロングホッパーシリンダ2が組み込まれたシリンダ1と、シリンダ1内に回転自在に配備されたスクリュ(不図示)と、前記スクリュを回転させるための回転駆動手段を構成するモータ14および減速機15を備えている。
As shown in FIG. 1, the screw extruder E includes a cylinder 1 in which a
ロングホッパーシリンダ2の下流側には、水分や粒径、温度などを調整する機能を有する調整部5が配備されており、その下流側にはバイオマス材料を加圧熱水処理するための上流シール部6と下流シール部9に挟まれた加圧熱水処理部7が配備されている。
On the downstream side of the
本発明において、加圧熱水処理とは、水に限らず,水に薬品(例えば、硫酸や水酸化ナトリウムなど)を添加したものを含む液体成分によるものをいう。また,使用するスクリュ押出機は、単軸スクリュ押出機または二軸スクリュ押出機のいずれでもよいが、より強いせん断をバイオマス材料に加えることができる二軸スクリュ押出機が好ましい。そして、下流シール部9の近傍には、シリンダ1を冷却するための冷却部8があり、その下流には粒径、温度およびまたは水分などを調整する調整部10がある。
In the present invention, the pressurized hot water treatment is not limited to water, but refers to a liquid component including water added with a chemical (for example, sulfuric acid or sodium hydroxide). Moreover, the screw extruder to be used may be either a single screw extruder or a twin screw extruder, but a twin screw extruder capable of applying stronger shear to the biomass material is preferable. In the vicinity of the downstream seal portion 9, there is a cooling portion 8 for cooling the cylinder 1, and there is an
ロングホッパーシリンダ2の真上には、かさ高い材料を安定的にスクリュ押出機Eに投入できるように、スクリュ(不図示)で原料を圧入できるコンパクタ4が設置されている。さらにその上流には、一定の割合で原料を供給するため、重量を計測しながら送り量を調整できる重量式フィーダ3が設置されている。
A compactor 4 capable of press-fitting raw material with a screw (not shown) is installed directly above the
上流シール部6の下流側には加圧熱水を注入するため、第1の液添ノズル11aと水などの液体成分を供給するための第1の液体供給ポンプ12aが設置されている。さらに、冷却部8の付近には、バイオマス材料を直接冷却するために水などの液体成分を供給するための第2の液添ノズル11bと、第二の液添ノズル11bに水などの液体成分を供給するための第2の液体供給ポンプ12bが設置されている。 A first liquid supply nozzle 11a and a first liquid supply pump 12a for supplying a liquid component such as water are installed on the downstream side of the upstream seal portion 6 to inject pressurized hot water. Further, in the vicinity of the cooling unit 8, a second liquid addition nozzle 11b for supplying a liquid component such as water to directly cool the biomass material, and a liquid component such as water to the second liquid addition nozzle 11b. The second liquid supply pump 12b for supplying the liquid is installed.
次にこのスクリュ押出機を用いたバイオマス材料の連続加圧熱水処理方法について説明する。スクリュ押出機に投入するリグニン含有のバイオマス材料としては、木材や草本類などのバイオマス材料が好ましい。また、穀物の非可食部なども好適に用いることが可能である。 Next, a continuous pressurized hot water treatment method for biomass material using this screw extruder will be described. As the lignin-containing biomass material to be introduced into the screw extruder, biomass materials such as wood and herbs are preferable. In addition, non-edible parts of grains can also be suitably used.
これらのバイオマス材料をスクリュ押出機に定量的に供給する装置は、スクリュを一定の回転速度で回転させることで、原料を定量的に送り出すことができるスクリュ式定容フィーダや、重量の変化を把握しながら原料を排出し、その重量減少量を原料の排出速度にフィードバックして供給量を調整する重量式フィーダなど、様々なフィーダが存在する。バイオマス材料は一般的にかさ高く、場合によっては形状やサイズも不均一であるため、それをスクリュ押出機に定量的に供給する装置は重量で排出量を制御する重量式フィーダが好ましい。また、特にかさ高かったり、形状や粒径が不安定である材料については、円板式やベルト式の切り出し装置と重量式フィーダを組み合わせて使用することが好ましい。 The device that quantitatively supplies these biomass materials to the screw extruder is a screw-type constant-volume feeder that can feed the raw material quantitatively by rotating the screw at a constant rotational speed, and grasps the change in weight. There are various feeders such as a weight type feeder that discharges the raw material and feeds back the weight reduction amount to the raw material discharge speed to adjust the supply amount. Biomass materials are generally bulky and, in some cases, non-uniform in shape and size, a weight feeder that controls the discharge amount by weight is preferable as a device that quantitatively supplies it to a screw extruder. For materials that are particularly bulky or unstable in shape or particle size, it is preferable to use a disc-type or belt-type cutting device in combination with a weight-type feeder.
重量式フィーダ3から排出されたバイオマス材料は、スクリュ押出機E内へと送り込まれる。しかしながら先にも述べたように、バイオマス材料は一般的にかさ高いため、シリンダ1とスクリュとの間のような狭い空間にバイオマス材料を送り込むと、スクリュによって輸送される材料量よりも重量式フィーダ3から供給されるバイオマス材料量が少なくなるフィードネック現象を起こし、バイオマス材料を供給することができなくなる。そのため、重量式フィーダ3とスクリュ押出機Eの間にはスクリュやピストンを使って強制的に押出機内に原料を圧入して材料のかさ密度を高めることができるコンパクタ4を配置することが望ましい。また、供給側のシリンダとしては開口部の広いロングホッパーシリンダ2を設置することが好ましい。
The biomass material discharged from the weight type feeder 3 is fed into the screw extruder E. However, as described above, since the biomass material is generally bulky, when the biomass material is fed into a narrow space such as between the cylinder 1 and the screw, the weight type feeder is larger than the amount of material transported by the screw. This causes a feed neck phenomenon in which the amount of biomass material supplied from 3 is reduced, making it impossible to supply biomass material. Therefore, it is desirable to dispose the compactor 4 between the heavy-weight feeder 3 and the screw extruder E that can increase the bulk density of the material by forcibly pressing the raw material into the extruder using a screw or a piston. Further, it is preferable to install a
スクリュ押出機Eに供給されたバイオマス材料は、シリンダ1内をスクリュの推進効果により調整部5に運ばれる。調整部5はバイオマス材料の温度や水分量などの液体成分量を調整したり、スクリュで剪断を作用させて原料の形状や粒径を均一化したりして、下流側の工程に適した状態に調整する。バイオマス材料の液体成分が多い場合には、脱水シリンダを設置して液体成分を系外に排出したり、逆に液体成分が少ない場合には液添ポンプを用いて水分を添加したりする。 The biomass material supplied to the screw extruder E is carried to the adjusting unit 5 in the cylinder 1 by the propulsion effect of the screw. The adjustment unit 5 adjusts the amount of liquid components such as the temperature and moisture content of the biomass material, or applies shearing with a screw to make the shape and particle size of the raw material uniform, making it suitable for downstream processes. adjust. When the liquid component of the biomass material is large, a dehydrating cylinder is installed to discharge the liquid component out of the system. Conversely, when the liquid component is small, moisture is added using a liquid pump.
調整部のすぐ下流には上流シール部6が配置され、ここでは加圧熱水処理部7で発生した水蒸気が上流側に抜け出さないよう、バイオマス材料が圧密されてシールを形成するようなスクリュが配置されている。スクリュ形状については材料が圧密されるものであれば特に限定はしないが、シールリングや逆フライトスクリュなどを例として挙げることができる。
An upstream seal portion 6 is disposed immediately downstream of the adjustment portion, and here, there is a screw that forms a seal by consolidating the biomass material so that water vapor generated in the pressurized hot
上流シール部6および下流シール部9で挟まれた部分には加圧熱水処理部7が配置されている。ここではバイオマス材料を滞留させつつ表面更新を行い、加圧熱水に一定時間曝露させることにより、セルロースを包埋しているリグニン組織を部分的に破壊させる。この加圧熱水処理部7の最上流には、第1の液体ポンプ12aに接続された第1の液添ノズル11aが設置され、必要に応じてリグニン組織の破壊に必要な水などの反応助剤をスクリュ押出機E内に供給できる。加圧熱水処理部7のスクリュ形状は、水などの反応助剤を材料と均一に混練しかつ滞留させて圧力を均一化でき、さらには表面更新を行うことが可能な形状であれば特に制限はされない。
A pressurized hot
加圧熱水処理部7の温度は、使用しているバイオマス材料に応じて最適値が異なるが、ユーカリを用いた場合は200℃以上が望ましいが、あまり高すぎると後段の発酵を阻害する物質が発生するため好ましくない。また、加圧熱水処理部7の圧力は加圧熱水処理部7の温度における水蒸気の飽和蒸気圧よりも高く維持することが望ましい。圧力が水蒸気の飽和蒸気圧を下回ると、材料中の全液体成分が気化することになり、材料の急激な体積膨張でスクリュの回転による材料輸送が制御困難になるとともに、気化熱により温度が低下して所望の温度で加圧熱水処理ができなくなるため好ましくない。そのため、加圧熱水処理部は、圧力が0.27MPa(130℃での水の飽和蒸気圧)以上、前記バイオマス材料の温度130℃以上で加圧熱水処理する。
The temperature of the pressurized hot
下流シール部9は、加圧熱水処理部7で発生した水蒸気が急激に下流側に抜け出さないように、材料が圧密されてシール部を形成するようなスクリュが配置されている。スクリュ形状については上流シール部6と同様、材料が圧密されるものであれば特に限定はしないが、シールリングや逆フライトスクリュなどを例として挙げることができる。
The downstream seal portion 9 is provided with a screw that forms a seal portion by consolidating the material so that water vapor generated in the pressurized hot
下流シール部9の上流部または下流シール部9を含めた付近に配置された冷却部8は、材料を冷却し、下流シール部9付近の材料温度を下げることにより、加圧熱水条件に保たれている部位で生じた多量の高温水蒸気を液体に相転移させて材料の粘度を著しく高める特性を付与する。加えて、加圧熱水処理部7から下流側に漏洩しようとする水蒸気の量(容積)を低減する機能を持たせるため、例えばシリンダを水や油などの冷却媒体で強制的に冷却したり、冷却ファンなどを用いて空冷するなど、スクリュ押出機における下流シール部9の近傍を冷却手段によって冷却する。また、下流シール部9におけるバイオマス材料へ第二の液添ノズル11bを介して水を添加することによってバイオマス材料を直接冷却する。冷却するバイオマス材料の温度は、水蒸気とバイオマス材料が下流シール部9を一気に通り抜けて加圧熱水処理部7の温度と圧力が急激に低下する吹き抜け現象を生じさせないために、系内に含まれる水などの液体成分の沸点未満の温度に冷却することが好ましい。ただし、あまり温度を下げると、加圧熱水処理部7におけるバイオマス材料の材料温度が連れられて低下し、セルロースを包含している物質とセルロースとの分離が進まなくなるため好ましくない。また、水などの液体成分を添加しすぎると、下流側の工程に多量の水などの液体成分が運び込まれるため、スクリュ押出機の容量が大きくなったり、輸送時の取り扱いが困難になったりするため、好ましくない。
The cooling unit 8 arranged in the vicinity of the downstream seal unit 9 or in the vicinity including the downstream seal unit 9 cools the material and lowers the material temperature in the vicinity of the downstream seal unit 9 to maintain the pressurized hot water condition. A large amount of high-temperature water vapor generated at the sagging site is phase-transformed into a liquid, thereby imparting the property of significantly increasing the viscosity of the material. In addition, in order to provide a function of reducing the amount (volume) of water vapor that is about to leak downstream from the pressurized hot
加圧熱水処理が終了したバイオマス材料は、下流シール部9の下流側に配置されている調整部10に送られて、材料温度や水などの液体成分を後段の工程にて適した状態に調整される。調整部10はその目的に応じて、液添ノズルを設置しても良いし、水などの液体成分を除去するためにベント口を設置しても良い。また、下流シール部の圧力保持力を補助するために、材料が充満するスクリュを配置しても良い。
The biomass material that has been subjected to the pressurized hot water treatment is sent to the
重量式フィーダおよびコンパクタを介して含水率約40%の広葉樹または針葉樹の木材チップ(粒径1〜2mm)をスクリュ押出機に投入し、調整部において粒径および温度を調整した後、加圧熱水処理部で処理を行った。加圧熱水処理部のシリンダ温度は200〜220℃に設定した。冷却部の温度は表1に示すように、水の沸点である100℃よりも低い温度に設定した。加圧熱水処理部の材料温度や圧力は希望する値で安定していた。スクリュ押出機の先端から排出された材料は、濃い茶色に変色し、甘い香りを放っていた。 A hardwood or softwood wood chip (particle size of 1 to 2 mm) with a water content of about 40% is introduced into a screw extruder through a heavy-weight feeder and compactor, and after adjusting the particle size and temperature in the adjustment unit, the pressure heat It processed in the water treatment part. The cylinder temperature of the pressurized hot water treatment unit was set to 200 to 220 ° C. As shown in Table 1, the temperature of the cooling part was set to a temperature lower than 100 ° C. which is the boiling point of water. The material temperature and pressure in the pressurized hot water treatment section were stable at the desired values. The material discharged from the tip of the screw extruder turned dark brown and gave off a sweet scent.
スクリュ押出機として、L/D=52.5、スクリュ径47mmのかみ合い二軸スクリュ押出機(商品名:(株)日本製鋼所製TEX44αII)を用いた。 As the screw extruder, a meshing twin screw extruder (trade name: TEX44αII manufactured by Nippon Steel Works) with L / D = 52.5 and a screw diameter of 47 mm was used.
(比較例)
重量フィーダおよびコンパクタを介して含水率約40%の広葉樹または針葉樹の木材チップ(粒径1〜2mm)をスクリュ押出機に投入し、調整部において粒径および温度を調整した後、加圧熱水処理部で処理を行った。加圧熱水処理部のシリンダ温度は表1に示すように、100〜220℃に設定した。冷却部の温度は、水の沸点あるいはそれより高い100℃以上の温度に設定した。加圧熱水処理部の温度および圧力の上昇に伴い、スクリュ押出機の先端からは水蒸気を伴った材料が間欠的に噴出し、それに連動して加圧熱水処理部の圧力が周期的に上下し、加圧熱水処理部の温度を所望の温度に保てなかったり、加圧熱水処理の時間が不均一となった。
(Comparative example)
A hardwood or softwood wood chip (particle size of 1 to 2 mm) having a water content of about 40% is introduced into a screw extruder through a weight feeder and a compactor, and after adjusting the particle size and temperature in the adjustment unit, pressurized hot water Processing was performed in the processing unit. As shown in Table 1, the cylinder temperature of the pressurized hot water treatment unit was set to 100 to 220 ° C. The temperature of the cooling part was set to a temperature of 100 ° C. or higher, which is the boiling point of water or higher. As the temperature and pressure of the pressurized hot water treatment section rises, the material with water vapor is intermittently ejected from the tip of the screw extruder, and the pressure of the pressurized hot water treatment section is periodically cycled accordingly. The temperature of the pressurized hot water treatment part could not be kept at a desired temperature, or the time of the pressurized hot water treatment became non-uniform.
表1に、比較例1〜4および実施例1〜5の結果を示す。 Table 1 shows the results of Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 5.
E スクリュ押出機
1 シリンダ
2 ロングホッパーシリンダ
3 重量式フィーダ
4 コンパクタ
5、10 調整部
6 上流シール部
7 加圧熱水処理部
8 冷却部
9 下流シール部
11a、11b 液添ノズル
12a、12b 液体供給ポンプ
14 モータ
15 減速機
E Screw Extruder 1
Claims (4)
前記加圧熱水処理部には上流側に上流シール部を設けるとともに下流側に下流シール部を設け、
前記下流シール部の上流部に、前記バイオマス材料を冷却するための液体成分を供給する液添ノズルを配置し、
該液添ノズルから前記バイオマス材料に液体成分を添加して、前記下流シール部における前記バイオマス材料の温度を系内に含まれる液体成分の沸点未満に冷却することにより、
前記下流シール部における前記バイオマス材料に含まれる液体成分を液体の状態で存在させて、前記下流シール部の保圧能力を高めることを特徴とするバイオマス材料の連続加圧熱水処理方法。 In the continuous pressurized hot water treatment method in which a biomass material containing lignin is continuously subjected to pressurized hot water treatment at 100 ° C. or higher by a screw extruder having a pressurized hot water treatment unit.
The pressurized hot water treatment part is provided with an upstream seal part on the upstream side and a downstream seal part on the downstream side,
A liquid addition nozzle for supplying a liquid component for cooling the biomass material is disposed in an upstream part of the downstream seal part,
By adding a liquid component to the biomass material from the liquid addition nozzle, and cooling the temperature of the biomass material in the downstream seal portion to below the boiling point of the liquid component contained in the system,
A continuous pressurized hot water treatment method for a biomass material, wherein a liquid component contained in the biomass material in the downstream seal portion is present in a liquid state to increase the pressure holding capacity of the downstream seal portion.
Priority Applications (1)
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