JP7824376B2 - ethanol - Google Patents
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Description
本発明は、エタノールに関し、より詳細には、特定の微量成分の含有量を調節したエタノールに関する。さらに、本発明は、従来の石油資源由来やバイオマス資源由来によらない、一酸化炭素および水素を含むガスを基質とする資源循環型の新規なエタノールに関する。 The present invention relates to ethanol, and more specifically, to ethanol with an adjusted content of specific trace elements. Furthermore, the present invention relates to a new resource-recycling type of ethanol that uses a gas containing carbon monoxide and hydrogen as a substrate, rather than being derived from conventional petroleum resources or biomass resources.
我々の生活のさまざまなところに、石油化学製品が使われている。一方で、身近な製品であるが故、大量生産と大量消費により様々な環境問題を引き起こしていることが地球規模で大きな問題となっている。例えば、石油化学工業製品の代表であるポリエチレン、ポリ塩化ビニルは大量消費され、使い捨てられており、それら廃棄物が環境汚染の大きな一因となっている。加えて、石油化学工業製品を大量生産する上で、化石燃料資源の枯渇への危惧や、大気中の二酸化炭素増加という地球規模での環境問題も議論されている。 Petrochemical products are used in many aspects of our lives. However, because they are such familiar products, mass production and mass consumption are causing a variety of environmental problems, which has become a major global issue. For example, polyethylene and polyvinyl chloride, which are representative petrochemical industry products, are consumed in large quantities and thrown away, and this waste is a major cause of environmental pollution. In addition, the mass production of petrochemical industry products has raised concerns about the depletion of fossil fuel resources and the global environmental issues of increased carbon dioxide in the atmosphere, which are also being discussed.
そのような環境問題への地球規模での意識の高まりから、近年、石油化学工業製品の原料であるナフサ以外の原料で各種有機物質を製造する手法が検討されている。例えば、トウモロコシ等の可食原料から糖発酵法によってバイオエタノールを製造する方法が注目されている。しかし、このような可食原料を用いた糖発酵法は、限られた農地面積を食料以外の生産に用いることから、食料価格の高騰を招く等の問題が指摘されている。 With growing global awareness of such environmental issues, methods for producing various organic substances from raw materials other than naphtha, which is a raw material for petrochemical industry products, have been investigated in recent years. For example, a method of producing bioethanol from edible raw materials such as corn through sugar fermentation has attracted attention. However, such sugar fermentation methods using edible raw materials have been criticized for their potential problems, such as causing food prices to rise, as limited agricultural land is used for non-food production.
この問題点を解決するために、従来、廃棄されていたような非可食原料を用いることも検討されている。具体的には、非可食原料として廃材や古紙由来のセルロース等を使用して発酵法によりアルコール類を製造する方法や、上記のようなバイオマス原料をガス化し、合成ガスから触媒を用いてアルコール類を製造する方法等が提案されているが未だ実用化されていないのが現状である。また、これらの脱石化原料から種々の石油化学製品を製造できたとしても、最終的には自然には分解しない廃プラスチックとなるため、環境問題の抜本的な解決策としては有効ではないといえる。 To solve this problem, the use of non-edible raw materials that would traditionally have been discarded is also being considered. Specifically, methods have been proposed in which non-edible raw materials such as cellulose derived from waste wood or used paper are used to produce alcohols through fermentation, and methods have been proposed in which the above-mentioned biomass raw materials are gasified and the synthesis gas is used to produce alcohols using a catalyst, but these methods have not yet been put into practical use. Furthermore, even if various petrochemical products could be produced from these non-petroleum raw materials, they would ultimately end up as waste plastics that do not decompose naturally, so they cannot be said to be effective as a fundamental solution to environmental problems.
ところで、現在、日本国内で廃棄されている可燃性ごみは約6,000万トン/年にも及ぶ。そのエネルギー量は約200兆キロカロリーに相当し、日本国内のプラスチック原料用ナフサの持つエネルギー量を大きく上回っており、これらのゴミも重量な資源であるといえる。これらごみ資源を石油化学製品に転換できれば、石油資源に依らない究極の資源循環社会を実現することが可能となる。上記観点から、特許文献1および2等には、廃棄物から合成ガス(CO及びH2を主成分とするガス)を製造し、その合成ガスから発酵法によりエタノールを製造する技術が開示されている。 Currently, approximately 60 million tons of combustible waste are disposed of in Japan per year. The amount of energy is equivalent to approximately 200 trillion kilocalories, far exceeding the amount of energy contained in naphtha, a raw material for plastics in Japan. This waste is also a valuable resource. Converting these waste resources into petrochemical products would enable the realization of an ultimate resource-circulating society that is not dependent on petroleum resources. From this perspective, Patent Documents 1 and 2, etc., disclose technologies for producing synthetic gas (a gas primarily composed of CO and H2 ) from waste and then producing ethanol from the synthetic gas by fermentation.
しかしながら、特許文献3においても指摘されているように、廃棄物から製造した合成ガス中には、解明されていない多種多様な不純物が含まれており、そのなかには微生物にとって毒性をもつものも存在するため、合成ガスから微生物発酵によりアルコールを生産する上でその生産性が大きな課題となっていた。また、合成ガスを微生物発酵して得られたアルコールにも、合成ガス中の不純物に起因した種々の成分が含まれており、これらの成分は蒸留等の精製処理によっても完全には除去できない。そのため、合成ガスの微生物発酵により得られたアルコールからの誘導品開発が大きな技術課題であった。 However, as pointed out in Patent Document 3, synthesis gas produced from waste contains a wide variety of unidentified impurities, some of which are toxic to microorganisms, making productivity a major challenge when producing alcohol from synthesis gas through microbial fermentation. Furthermore, alcohol obtained by microbial fermentation of synthesis gas also contains various components resulting from the impurities in the synthesis gas, and these components cannot be completely removed even by purification processes such as distillation. Therefore, developing derivatives from alcohol obtained by microbial fermentation of synthesis gas has been a major technical challenge.
本発明者らの検討によれば、例えば、従来のエタノールに代表されるC2原料は、種々の化学製品の出発原料と知られているが、上述したように、石油資源やバイオマス資源によらない資源(循環型資源)から製造されるアルコールは、ナフサ由来の化学原料とは異なり、様々な微量の未知の物質が含有されていることが分かった。しかしながら、従来技術では物質の特性も不明であり、全ての物質を取り除けばよいのか、特定の物質のみを除去すればよいのか、従来は十分な検討がなされてこなかった。そのため、上記特許文献において循環型資源から製造されたアルコールが提案されていても、当該アルコールを実用化するにはまだまだ技術改良の余地が残されているのが現状であった。 According to the inventors' research, while C2 raw materials, such as conventional ethanol, are known to be starting materials for various chemical products, as described above, it has been found that alcohol produced from resources other than petroleum or biomass resources (recyclable resources) contains trace amounts of various unknown substances, unlike naphtha-derived chemical raw materials. However, with conventional technology, the properties of the substances are unknown, and there has been insufficient consideration to date as to whether it is necessary to remove all substances or only specific substances. Therefore, even though the above patent documents propose alcohol produced from recyclable resources, there is still room for technological improvement before such alcohol can be put to practical use.
一方、上記文献によれば一般的な発酵・蒸留方法や最適な合成ガスの組成等が開示されているものの、その工程等の詳細は記載されておらず、また得られたアルコール物質の特定すらもされていない。 On the other hand, while the above-mentioned documents disclose general fermentation and distillation methods and the optimal composition of synthetic gas, they do not provide detailed descriptions of the processes, nor do they even identify the alcoholic substance obtained.
そこで、本発明は、かかる背景技術に鑑みなされたものであり、その課題は、既存の石化原料よりも産業的価値のある実用的な新規なアルコール及びその誘導品を提供することにある。 The present invention was developed in light of this background technology, and its objective is to provide practical new alcohols and their derivatives that are more industrially valuable than existing petrochemical raw materials.
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、循環型資源から製造されるアルコールに含まれる多種多様な微量な物質を特定し、更に含有量を新規な製造方法により特定範囲に制御することが可能となり、加えてその種々の誘導品が、既存の石化由来アルコールに比べて優れた効果を発揮することがわかった。例えば、エタノールからブタジエンを合成する工程において、従来の石化由来エタノールを用いた場合よりもエタノール転化率が向上し、石化由来のアルコールと同等ないしそれ以上に実用的なレベルのアルコールが得られることを見出し、本発明に至った。 As a result of intensive research aimed at solving the above-mentioned problems, the inventors have identified the wide variety of trace substances contained in alcohol produced from recycled resources, and have further found that it is possible to control the content within a specific range using a new production method. Furthermore, they have discovered that various derivatives of this substance exhibit superior effects compared to existing petroleum-derived alcohol. For example, in the process of synthesizing butadiene from ethanol, they have found that the ethanol conversion rate is improved compared to when conventional petroleum-derived ethanol is used, and that alcohol of a practical level equal to or better than petroleum-derived alcohol can be obtained, leading to the present invention.
より具体的には、廃棄物を炭素原とする一酸化炭素および水素を含むガス基質からエタノールを製造した場合、当該エタノールからブタジエンを合成するとエタノールの転化率が向上する事実を見出し、この理由を詳細に調べたところ、一酸化炭素および水素を含むガスを基質とする循環型資源由来のエタノールには、微量な無機物質が存在することが判明した。本発明はかかる知見に基づくものである。 More specifically, when ethanol is produced from a gas substrate containing carbon monoxide and hydrogen using waste as a carbon source, the researchers discovered that synthesizing butadiene from the ethanol improves the ethanol conversion rate. After detailed investigation into the reason for this, they found that trace amounts of inorganic substances are present in ethanol derived from recycled resources using a gas containing carbon monoxide and hydrogen as a substrate. The present invention is based on this finding.
即ち、本発明は以下の要旨を含む。
[1] 無機成分を含み、ナトリウムの含有量が150mg/L以上1000mg/L以下である、エタノール。
[2] 一酸化炭素および水素を含むガスを基質とする、[1]に記載のエタノール。
[3] 微生物発酵由来である、[1]または[2]に記載のエタノール。
[4] 前記一酸化炭素および水素を含むガスが廃棄物由来である、[1]に記載のエタノール。
[5] 炭素源を一酸化炭素および水素を含む合成ガスに変換する工程と、
前記一酸化炭素および水素を含む合成ガスを微生物発酵槽に供給し、微生物発酵によりエタノール含有液を得る微生物発酵工程と、
前記エタノール含有液を、微生物を含む液体ないし固体成分とエタノールを含む気体成分とに分離する分離工程と、
前記気体成分を凝縮させて液化する液化工程と、
前記液化工程で得られた液体物からエタノールを精製する精製工程と、
を含み、
前記精製されたエタノール中のナトリウムの含有量が150mg/L以上1000mg/L以下である、エタノールの製造方法。
[6] 前記合成ガスを精製する工程を更に含む、[5]に記載の方法。
[7] 前記炭素源が廃棄物由来である、[5]または[6]に記載の方法。
[8] 化成品用である、[1]~[4]のいずれかに記載のエタノール。
[9] 燃料用である、[1]~[4]のいずれかに記載のエタノール。
[10] ポリマー原料用、[1]~[4]のいずれかに記載のエタノール。
[11] [1]~[4]のいずれかに記載のエタノールを原料とする化成品。
[12] [1]~[4]のいずれかに記載のエタノールおよび/または[1]~[4]のいずれかに記載のエタノールを原料とするエチル-t-ブチルエーテルを含む、燃料。
[13] [1]~[4]のいずれかに記載のエタノールを原料とするポリマー原料。
[14] エチレン、プロピレン、ブタジエン、酢酸エチル、イソブテン、(メタ)アクリル酸メチル、アクリル酸、アミノヘキサン酸、およびジエチルカーボネートからなる群から選択される、[13]に記載のポリマー原料。
[15] [13]または[14]に記載のポリマー原料を原料とするポリマー。
[16] [15]に記載のポリマーからなる成形品。
That is, the present invention includes the following gist.
[1] Ethanol containing inorganic components and having a sodium content of 150 mg/L or more and 1000 mg/L or less.
[2] The ethanol according to [1], wherein a gas containing carbon monoxide and hydrogen is used as a substrate.
[3] The ethanol according to [1] or [2], which is derived from microbial fermentation.
[4] The ethanol according to [1], wherein the gas containing carbon monoxide and hydrogen is derived from waste.
[5] converting a carbon source into a synthesis gas comprising carbon monoxide and hydrogen;
a microbial fermentation step of supplying the synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen to a microbial fermenter and obtaining an ethanol-containing liquid by microbial fermentation;
a separation step of separating the ethanol-containing liquid into a liquid or solid component containing microorganisms and a gas component containing ethanol;
a liquefaction step of condensing and liquefying the gas components;
a purification step of purifying ethanol from the liquid obtained in the liquefaction step;
Including,
A method for producing ethanol, wherein the purified ethanol has a sodium content of 150 mg/L or more and 1000 mg/L or less.
[6] The method according to [5], further comprising a step of purifying the synthesis gas.
[7] The method according to [5] or [6], wherein the carbon source is derived from waste.
[8] The ethanol according to any one of [1] to [4], which is for use in chemical products.
[9] The ethanol according to any one of [1] to [4], which is for use as fuel.
[10] The ethanol according to any one of [1] to [4], which is used as a polymer raw material.
[11] A chemical product made from the ethanol according to any one of [1] to [4].
[12] A fuel comprising the ethanol according to any one of [1] to [4] and/or ethyl t-butyl ether obtained from the ethanol according to any one of [1] to [4].
[13] A polymer raw material obtained by using ethanol as a raw material according to any one of [1] to [4].
[14] The polymer raw material according to [13], selected from the group consisting of ethylene, propylene, butadiene, ethyl acetate, isobutene, methyl (meth)acrylate, acrylic acid, aminohexanoic acid, and diethyl carbonate.
[15] A polymer made from the polymer raw material according to [13] or [14].
[16] A molded article made of the polymer according to [15].
本発明によれば、特定の微量な無機成分を含むエタノールとすることにより、市販の工業用エタノールに比べて種々の異質な効果を得ることができる。例えば、本発明によれば、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。加えて、既存のアルコールであっても、特定の無機成分を特定量含有させることでも同様の効果が得られることが期待される。 According to the present invention, by producing ethanol containing specific trace amounts of inorganic components, various unique effects can be achieved compared to commercially available industrial ethanol. For example, the present invention can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as fuel. In addition, it is expected that similar effects can be achieved even with existing alcohols by adding specific amounts of specific inorganic components.
また、本発明によるエタノールは、例えば、ブタジエン、エチレン、プロピレン、イソブテン、アセトアルデヒド、酢酸、酢酸エチル、(メタ)アクリル酸メチル、エチル-t-ブチルエーテルエチレングリコール、エステル組成物、ポリエステル、アクリル酸、アミノヘキサン酸、ジエチルカーボネート、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリイソブチレン、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンフラノエート(PEF)、ポリウレタン(PU)等の製造の原料として用いることができる。また、本発明によるエタノールは、化粧品、香水、燃料、不凍液、殺菌剤、消毒剤、清掃剤、カビ取り剤、洗剤、洗髪剤、石鹸、制汗剤、洗顔シート、溶剤、塗料、接着剤、希釈剤、食品添加物等の化成品の様々な用途に用いることができる。 The ethanol produced by the present invention can be used as a raw material for the production of, for example, butadiene, ethylene, propylene, isobutene, acetaldehyde, acetic acid, ethyl acetate, methyl (meth)acrylate, ethyl t-butyl ether ethylene glycol, ester compositions, polyesters, acrylic acid, aminohexanoic acid, diethyl carbonate, polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polyisobutylene, polymethyl methacrylate (PMMA), ethylene propylene diene rubber (EPDM), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene furanoate (PEF), polyurethane (PU), and the like. The ethanol produced by the present invention can also be used in a variety of applications, including cosmetics, perfumes, fuels, antifreeze, disinfectants, disinfectants, cleaning agents, mold removers, detergents, hair washes, soaps, antiperspirants, facial cleansing sheets, solvents, paints, adhesives, diluents, and food additives.
以下、本発明を実施する好ましい形態の一例について説明する。ただし、下記の実施形態は本発明を説明するための例示であり、本発明は下記の実施形態に何ら限定されるものではない。 The following describes one preferred embodiment of the present invention. However, the following embodiment is merely an example for explaining the present invention, and the present invention is not limited to the following embodiment in any way.
<定義>
本発明において「エタノール」とは、化合物として純粋なエタノール(化学式:CH3CH2OHで表されるエタノール)を意味するものではなく、合成ないし精製を経て製造されたエタノールに不可避的に含まれる不純物(夾雑物成分)を含む組成物を意味するものとする。
<Definition>
In the present invention, "ethanol" does not mean pure ethanol as a compound (ethanol represented by the chemical formula: CH3CH2OH ), but rather means a composition containing impurities ( contaminant components) that are inevitably contained in ethanol produced through synthesis or purification.
<エタノール>
本発明によるエタノールは、無機成分としてNa(ナトリウム)を150mg/L以上1000mg/L以下含有するものである。ナトリウムは、エタノール中ではナトリウムイオンとして含まれていてもよく、ナトリウム化合物として含まれていてもよい。
<Ethanol>
The ethanol according to the present invention contains 150 mg/L or more and 1000 mg/L or less of Na (sodium) as an inorganic component. Sodium may be contained in the ethanol as sodium ions or as a sodium compound.
エタノール中のナトリウムの含有量は、従来公知の方法により測定することができる。ナトリウムの含有量の測定方法としては、例えば、誘導結合プラズマ質量分析装置(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry:ICP-MS)を用いて分析する方法が挙げられる。ICP-MSを用いて分析する方法では、原子吸光用標準溶液を濃度調整後に分析して検量線を作成し、この検量線に基づき、被測定試料を分析することによってナトリウムの含有量を求めるものである。 The sodium content in ethanol can be measured using conventional methods. For example, one method for measuring sodium content is to use an inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) analyzer. In an ICP-MS analysis, a calibration curve is created by adjusting the concentration of a standard atomic absorption solution, and the sodium content is determined by analyzing the sample to be measured based on this calibration curve.
本発明によるエタノールは、一酸化炭素および水素を含むガスを基質とするエタノールや、微生物発酵由来のエタノールであることが好ましい。これらのエタノールであれば、上記濃度でナトリウムを含有させることが製造工程において簡便だからである。ここで、純度が100%、即ち不純物を全く含まないエタノールには、上記濃度でナトリウムは含まれない。また、市販されている化石燃料由来の工業用エタノールにも、上記濃度でナトリウムは含まれない。また、通常、市販されている化石燃料由来の工業用エタノールや、セルロース等のバイオマス原料を用いて発酵法により製造したエタノールには上記濃度でナトリウムは含まれないが、上記濃度となるようにナトリウムを添加してもよい。 The ethanol used in the present invention is preferably ethanol produced from a gas containing carbon monoxide and hydrogen as a substrate, or ethanol derived from microbial fermentation. This is because adding sodium to these ethanols at the above concentrations simplifies the production process. Here, ethanol that is 100% pure, i.e., contains absolutely no impurities, does not contain sodium at the above concentrations. Furthermore, commercially available industrial ethanol derived from fossil fuels does not contain sodium at the above concentrations. Furthermore, commercially available industrial ethanol derived from fossil fuels and ethanol produced by fermentation using biomass feedstocks such as cellulose typically do not contain sodium at the above concentrations, but sodium can be added to achieve the above concentrations.
理論に拘束されるわけではないが、一酸化炭素および水素を含むガスを基質とする微生物発酵由来のエタノールは、その製造工程において、使用される合成ガスが、一酸化炭素および水素以外にも種々の微量成分を含んでいると考えられる。そのため、蒸留等の精製工程を経て得られたアルコールであっても、無機物質等の不純物を全て除去することは困難であり、アルコール中には不可避的に無機物質が含まれているものと考えられる。本発明においては、これらの不可避的物質がエタノール中に含まれることにより、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができるものと考えられる。 Without being bound by theory, it is believed that the synthesis gas used in the production process of ethanol derived from microbial fermentation using a gas containing carbon monoxide and hydrogen as a substrate contains various trace components in addition to carbon monoxide and hydrogen. Therefore, even when alcohol is obtained through purification processes such as distillation, it is difficult to remove all impurities such as inorganic substances, and it is believed that inorganic substances are inevitably contained in the alcohol. In the present invention, the inclusion of these unavoidable substances in ethanol is believed to improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as a fuel.
エタノール中のNa(ナトリウム)の含有量は、エタノールに対して、好ましくは170mg/L以上であり、より好ましくは190mg/L以上であり、さらに好ましくは500mg/L以上であり、また、好ましくは400mg/L以下であり、より好ましくは300mg/L以下である。Naの含有量とは、Na化合物のNa元素換算量である。Naの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 The Na (sodium) content in ethanol is preferably 170 mg/L or more, more preferably 190 mg/L or more, even more preferably 500 mg/L or more, and preferably 400 mg/L or less, more preferably 300 mg/L or less. The Na content is the amount of Na compounds converted into elemental Na. Having a Na content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as fuel.
本発明によるエタノールには、Na以外の無機成分が含まれていてもよい。例えば、Si、K、Fe、Cr等の無機成分を含んでいてもよい。これらの元素を含む化合物は、無機化合物の場合もあるが有機金属化合物の場合もある。 The ethanol of the present invention may contain inorganic components other than Na. For example, it may contain inorganic components such as Si, K, Fe, and Cr. Compounds containing these elements may be inorganic compounds or organometallic compounds.
エタノール中にSiが含まれる場合、Siの含有量は、エタノールに対して、好ましくは10mg/L以上であり、より好ましくは20mg/L以上であり、さらに好ましくは30mg/L以上であり、また、好ましくは100mg/L以下であり、より好ましくは90mg/L以下であり、さらに好ましくは80mg/L以下である。Siの含有量とは、Si化合物のSi元素換算量である。Siの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When ethanol contains Si, the Si content is preferably 10 mg/L or more, more preferably 20 mg/L or more, even more preferably 30 mg/L or more, and preferably 100 mg/L or less, more preferably 90 mg/L or less, and even more preferably 80 mg/L or less, relative to the ethanol. The Si content is the amount of Si compounds converted into elemental Si. Having a Si content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as fuel.
エタノール中にKが含まれる場合、Kの含有量は、エタノールに対して、好ましくは1.0mg/L以上であり、より好ましくは1.5mg/L以上であり、さらに好ましくは2.0mg/L以上であり、さらにより好ましくは2.5mg/L以上であり、また、好ましくは10mg/L以下であり、より好ましくは7mg/L以下であり、さらに好ましくは5mg/L以下である。Kの含有量とは、K化合物のK元素換算量である。Kの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When K is contained in ethanol, the K content is preferably 1.0 mg/L or more, more preferably 1.5 mg/L or more, even more preferably 2.0 mg/L or more, even more preferably 2.5 mg/L or more, and preferably 10 mg/L or less, more preferably 7 mg/L or less, and even more preferably 5 mg/L or less, relative to the ethanol. The K content is the amount of K compounds converted into elemental K. Having a K content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as a fuel.
エタノール中にFeが含まれる場合、Feの含有量は、エタノールに対して、好ましく2.0mg/L以下であり、より好ましくは1.5mg/L以下であり、さらに好ましくは1.0mg/L以下であり、さらにより好ましくは0.5mg/L以下である。Feの含有量とは、Fe化合物のFe元素換算量である。Feの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When ethanol contains Fe, the Fe content is preferably 2.0 mg/L or less, more preferably 1.5 mg/L or less, even more preferably 1.0 mg/L or less, and even more preferably 0.5 mg/L or less, relative to the ethanol. The Fe content is the amount of Fe compounds converted to elemental Fe. Having an Fe content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as fuel.
エタノール中にCrが含まれる場合、Crの含有量は、エタノールに対して、好ましくは0.6mg/L以下であり、より好ましくは0.5mg/L以下である。Crの含有量とは、Cr化合物のCr元素換算量である。Crの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When ethanol contains Cr, the Cr content is preferably 0.6 mg/L or less, and more preferably 0.5 mg/L or less, relative to the ethanol. The Cr content is the amount of Cr compounds converted to elemental Cr. Having a Cr content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as fuel.
本発明のエタノールは、後記するように微生物発酵槽から得られたエタノール含有液を抽出し、更に精製して得られるものであるが、上記した不可避的物質以外に他の成分が含まれていてもよい。例えば、微量の芳香族化合物が含まれていてもよい。芳香族化合物としては、トルエン、エチルベンゼン、o-キシレン、m-キシレン、およびp-キシレンが挙げられ、これらの1種のみが含まれても良いし、2種以上が含まれても良い。芳香族化合物としては、エチルベンゼンが含まれることが好ましい。 The ethanol of the present invention is obtained by extracting and further purifying the ethanol-containing liquid obtained from the microbial fermenter, as described below. In addition to the unavoidable substances mentioned above, other components may be included. For example, trace amounts of aromatic compounds may be included. Examples of aromatic compounds include toluene, ethylbenzene, o-xylene, m-xylene, and p-xylene. Only one of these may be included, or two or more may be included. Ethylbenzene is preferably included as the aromatic compound.
エタノール中に含まれる芳香族化合物の含有量(総和)は、エタノール全体に対して、好ましくは0.4mg/L以上であり、より好ましくは0.5mg/L以上であり、さらに好ましくは0.7mg/L以上であり、さらに好ましくは1.0mg/L以上であり、また、好ましくは10mg/L以下であり、より好ましくは7mg/L以下であり、さらに好ましくは5mg/L以下であり、さらにより好ましくは3mg/L以下である。芳香族化合物の含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 The total content of aromatic compounds contained in ethanol is preferably 0.4 mg/L or more, more preferably 0.5 mg/L or more, even more preferably 0.7 mg/L or more, even more preferably 1.0 mg/L or more, and preferably 10 mg/L or less, more preferably 7 mg/L or less, even more preferably 5 mg/L or less, and even more preferably 3 mg/L or less, based on the total ethanol content. Having an aromatic compound content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as a fuel.
エタノール中にエチルベンゼンが含まれる場合、エチルベンゼンの含有量は、エタノール全体に対して、好ましくは0.1mg/L以上であり、より好ましくは0.2mg/L以上であり、さらに好ましくは0.3mg/L以上であり、さらにより好ましくは0.5mg/L以上であり、また、好ましくは5mg/L以下であり、より好ましくは3mg/L以下であり、さらに好ましくは2mg/L以下であり、さらにより好ましくは1mg/L以下である。エチルベンゼンの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When ethylbenzene is contained in ethanol, the ethylbenzene content, relative to the total ethanol, is preferably 0.1 mg/L or more, more preferably 0.2 mg/L or more, even more preferably 0.3 mg/L or more, even more preferably 0.5 mg/L or more, and preferably 5 mg/L or less, more preferably 3 mg/L or less, even more preferably 2 mg/L or less, and even more preferably 1 mg/L or less. Having an ethylbenzene content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as fuel.
エタノール中にトルエンが含まれる場合、トルエンの含有量は、エタノール全体に対して、好ましくは0.01mg/L以上であり、より好ましくは0.02mg/L以上であり、さらに好ましくは0.03mg/L以上であり、さらにより好ましくは0.05mg/L以上であり、また、好ましくは1mg/L以下であり、より好ましくは0.5mg/L以下であり、さらに好ましくは0.2mg/L以下であり、さらにより好ましくは0.1mg/L以下である。トルエンの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When ethanol contains toluene, the toluene content, relative to the total ethanol, is preferably 0.01 mg/L or more, more preferably 0.02 mg/L or more, even more preferably 0.03 mg/L or more, even more preferably 0.05 mg/L or more, and preferably 1 mg/L or less, more preferably 0.5 mg/L or less, even more preferably 0.2 mg/L or less, and even more preferably 0.1 mg/L or less. Having a toluene content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as a fuel.
エタノール中にo-キシレンが含まれる場合、o-キシレンの含有量は、エタノール全体に対して、好ましくは0.1mg/L以上であり、より好ましくは0.2mg/L以上であり、さらに好ましくは0.3mg/L以上であり、さらにより好ましくは0.5mg/L以上であり、また、好ましくは5mg/L以下であり、より好ましくは3mg/L以下であり、さらに好ましくは2mg/L以下であり、さらにより好ましくは1mg/L以下である。o-キシレンの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When o-xylene is contained in ethanol, the o-xylene content, based on the total ethanol, is preferably 0.1 mg/L or more, more preferably 0.2 mg/L or more, even more preferably 0.3 mg/L or more, even more preferably 0.5 mg/L or more, and preferably 5 mg/L or less, more preferably 3 mg/L or less, even more preferably 2 mg/L or less, and even more preferably 1 mg/L or less. Having an o-xylene content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as a fuel.
エタノール中にm-キシレンおよび/またはp-キシレンが含まれる場合、m-キシレンおよび/またはp-キシレンの含有量(総和)は、エタノール全体に対して、好ましくは0.2mg/L以上であり、より好ましくは0.3mg/L以上であり、さらに好ましくは0.4mg/L以上であり、さらにより好ましくは0.5mg/L以上であり、また、好ましくは5mg/L以下であり、より好ましくは3mg/L以下であり、さらに好ましくは2mg/L以下であり、さらにより好ましくは1mg/L以下である。m-キシレンおよび/またはp-キシレンの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When m-xylene and/or p-xylene is contained in ethanol, the total content of m-xylene and/or p-xylene is preferably 0.2 mg/L or more, more preferably 0.3 mg/L or more, even more preferably 0.4 mg/L or more, even more preferably 0.5 mg/L or more, and preferably 5 mg/L or less, more preferably 3 mg/L or less, even more preferably 2 mg/L or less, and even more preferably 1 mg/L or less, based on the total ethanol. Having an m-xylene and/or p-xylene content within the above ranges can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as a fuel.
また、本発明によるエタノールは、微量の脂肪族炭化水素がさらに含まれていてもよい。脂肪族炭化水素としては、n-ヘキサン、n-ヘプタン、n-オクタン、n-デカン、n-ドデカン、およびn-テトラデカン、ヘキサデカン等が挙げられ、これらの1種のみが含まれても良いし、2種以上が含まれても良い。脂肪族炭化水素としては、n-ヘキサン、n-デカン、およびn-ドデカンの1種以上が含まれることが好ましい。 The ethanol of the present invention may further contain a trace amount of aliphatic hydrocarbons. Examples of aliphatic hydrocarbons include n-hexane, n-heptane, n-octane, n-decane, n-dodecane, n-tetradecane, and hexadecane. Only one of these may be contained, or two or more may be contained. It is preferable that the aliphatic hydrocarbon contain one or more of n-hexane, n-decane, and n-dodecane.
エタノール中に含まれる脂肪族炭化水素の含有量(総和)は、エタノール全体に対して、好ましくは0.16mg/L以上であり、好ましくは0.2mg/L以上、より好ましくは0.3mg/L以上、さらに好ましくは0.5mg/L以上であり、また、10mg/L以下であり、好ましくは7mg/L以下、より好ましくは5mg/L以下、さらに好ましくは3mg/L以下である。脂肪族炭化水素の含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 The total content of aliphatic hydrocarbons in ethanol is preferably 0.16 mg/L or more, preferably 0.2 mg/L or more, more preferably 0.3 mg/L or more, even more preferably 0.5 mg/L or more, and 10 mg/L or less, preferably 7 mg/L or less, more preferably 5 mg/L or less, and even more preferably 3 mg/L or less, based on the total ethanol content. Having an aliphatic hydrocarbon content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as a fuel.
エタノール中にn-ヘキサンが含まれる場合、n-ヘキサンの含有量は、エタノール全体に対して、好ましくは0.1mg/L以上であり、より好ましくは0.2mg/L以上であり、さらに好ましくは0.3mg/L以上であり、さらにより好ましくは0.5mg/L以上であり、また、好ましくは5mg/L以下であり、より好ましくは3mg/L以下であり、さらに好ましくは2mg/L以下であり、さらにより好ましくは1mg/L以下である。n-ヘキサンの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When n-hexane is contained in ethanol, the n-hexane content, relative to the total ethanol, is preferably 0.1 mg/L or more, more preferably 0.2 mg/L or more, even more preferably 0.3 mg/L or more, even more preferably 0.5 mg/L or more, and preferably 5 mg/L or less, more preferably 3 mg/L or less, even more preferably 2 mg/L or less, and even more preferably 1 mg/L or less. Having an n-hexane content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as a fuel.
エタノール中にn-ヘプタンが含まれる場合、n-ヘプタンの含有量は、エタノール全体に対して、好ましくは0.01mg/L以上であり、より好ましくは0.02mg/L以上であり、さらに好ましくは0.03mg/L以上であり、さらにより好ましくは0.05mg/L以上であり、また、好ましくは1mg/L以下であり、より好ましくは0.5mg/L以下であり、さらに好ましくは0.2mg/L以下であり、さらにより好ましくは0.1mg/L以下である。n-ヘプタンの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When n-heptane is contained in ethanol, the n-heptane content, relative to the total ethanol, is preferably 0.01 mg/L or more, more preferably 0.02 mg/L or more, even more preferably 0.03 mg/L or more, even more preferably 0.05 mg/L or more, and preferably 1 mg/L or less, more preferably 0.5 mg/L or less, even more preferably 0.2 mg/L or less, and even more preferably 0.1 mg/L or less. Having an n-heptane content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as a fuel.
エタノール中にn-オクタンが含まれる場合、n-オクタンの含有量は、エタノール全体に対して、好ましくは0.01mg/L以上であり、より好ましくは0.02mg/L以上であり、さらに好ましくは0.03mg/L以上であり、さらにより好ましくは0.05mg/L以上であり、また、好ましくは1mg/L以下であり、より好ましくは0.5mg/L以下であり、さらに好ましくは0.2mg/L以下であり、さらにより好ましくは0.1mg/L以下である。n-オクタンの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When n-octane is contained in ethanol, the n-octane content, relative to the total ethanol, is preferably 0.01 mg/L or more, more preferably 0.02 mg/L or more, even more preferably 0.03 mg/L or more, even more preferably 0.05 mg/L or more, and preferably 1 mg/L or less, more preferably 0.5 mg/L or less, even more preferably 0.2 mg/L or less, and even more preferably 0.1 mg/L or less. Having an n-octane content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as a fuel.
エタノール中にn-デカンが含まれる場合、n-デカンの含有量は、エタノール全体に対して、好ましくは0.01mg/L以上であり、より好ましくは0.02mg/L以上であり、さらに好ましくは0.03mg/L以上であり、さらにより好ましくは0.05mg/L以上であり、また、好ましくは1mg/L以下であり、より好ましくは0.5mg/L以下であり、さらに好ましくは0.2mg/L以下であり、さらにより好ましくは0.1mg/L以下である。n-デカンの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When n-decane is contained in ethanol, the n-decane content, relative to the total ethanol, is preferably 0.01 mg/L or more, more preferably 0.02 mg/L or more, even more preferably 0.03 mg/L or more, even more preferably 0.05 mg/L or more, and preferably 1 mg/L or less, more preferably 0.5 mg/L or less, even more preferably 0.2 mg/L or less, and even more preferably 0.1 mg/L or less. Having an n-decane content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as a fuel.
エタノール中にn-ドデカンが含まれる場合、n-ドデカンの含有量は、エタノール全体に対して、好ましくは0.01mg/L以上であり、より好ましくは0.02mg/L以上であり、さらに好ましくは0.03mg/L以上であり、さらにより好ましくは0.05mg/L以上であり、また、好ましくは1mg/L以下であり、より好ましくは0.5mg/L以下であり、さらに好ましくは0.2mg/L以下であり、さらにより好ましくは0.1mg/L以下である。n-ドデカンの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When n-dodecane is contained in ethanol, the n-dodecane content, relative to the total ethanol, is preferably 0.01 mg/L or more, more preferably 0.02 mg/L or more, even more preferably 0.03 mg/L or more, even more preferably 0.05 mg/L or more, and preferably 1 mg/L or less, more preferably 0.5 mg/L or less, even more preferably 0.2 mg/L or less, and even more preferably 0.1 mg/L or less. Having an n-dodecane content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as a fuel.
エタノール中にn-テトラデカンが含まれる場合、n-テトラデカンの含有量は、エタノール全体に対して、好ましくは0.01mg/L以上であり、より好ましくは0.02mg/L以上であり、さらに好ましくは0.03mg/L以上であり、さらにより好ましくは0.05mg/L以上であり、また、好ましくは1mg/L以下であり、より好ましくは0.5mg/L以下であり、さらに好ましくは0.2mg/L以下であり、さらにより好ましくは0.1mg/L以下である。n-テトラデカンの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When n-tetradecane is contained in ethanol, the n-tetradecane content, relative to the total ethanol, is preferably 0.01 mg/L or more, more preferably 0.02 mg/L or more, even more preferably 0.03 mg/L or more, even more preferably 0.05 mg/L or more, and preferably 1 mg/L or less, more preferably 0.5 mg/L or less, even more preferably 0.2 mg/L or less, and even more preferably 0.1 mg/L or less. Having an n-tetradecane content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as a fuel.
エタノール中にヘキサデカンが含まれる場合、ヘキサデカンの含有量は、エタノール全体に対して、好ましくは0.01mg/L以上であり、より好ましくは0.02mg/L以上であり、さらに好ましくは0.03mg/L以上であり、さらにより好ましくは0.05mg/L以上であり、また、好ましくは1mg/L以下であり、より好ましくは0.5mg/L以下であり、さらに好ましくは0.2mg/L以下であり、さらにより好ましくは0.1mg/L以下である。ヘキサデカンの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When hexadecane is contained in ethanol, the hexadecane content, relative to the total ethanol, is preferably 0.01 mg/L or more, more preferably 0.02 mg/L or more, even more preferably 0.03 mg/L or more, even more preferably 0.05 mg/L or more, and preferably 1 mg/L or less, more preferably 0.5 mg/L or less, even more preferably 0.2 mg/L or less, and even more preferably 0.1 mg/L or less. Having a hexadecane content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as a fuel.
また、本発明によるエタノールは、微量のジアルキルエーテルがさらに含まれていてもよい。ジアルキルエーテルとしては、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、およびジペンチルエーテルが挙げられ、これらの1種のみが含まれても良いし、2種以上が含まれても良い。ジアルキルエーテルとしては、ジブチルエーテルが含まれることが好ましい。 The ethanol of the present invention may further contain a trace amount of a dialkyl ether. Examples of dialkyl ethers include dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, and dipentyl ether. Only one of these may be contained, or two or more may be contained. It is preferable that the dialkyl ether contains dibutyl ether.
エタノール中に含まれるジアルキルエーテルの含有量(総和)は、エタノール全体に対して、好ましくは0.001mg/L以上であり、好ましくは0.01mg/L以上、より好ましくは0.1mg/L以上、さらに好ましくは1.0mg/L以上であり、また、100mg/L以下であり、好ましくは80mg/L以下、より好ましくは50mg/L以下、さらに好ましくは30mg/L以下である。ジアルキルエーテルの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 The total content of dialkyl ethers in ethanol is preferably 0.001 mg/L or more, preferably 0.01 mg/L or more, more preferably 0.1 mg/L or more, even more preferably 1.0 mg/L or more, and 100 mg/L or less, preferably 80 mg/L or less, more preferably 50 mg/L or less, and even more preferably 30 mg/L or less, based on the total ethanol content. Having a dialkyl ether content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as a fuel.
エタノール中にジブチルエーテルが含まれる場合、ジブチルエーテルの含有量は、エタノールに対して、好ましくは1mg/L以上であり、より好ましくは2mg/L以上であり、さらに好ましくは5mg/L以上であり、さらにより好ましくは10mg/L以上であり、また、好ましくは50mg/L以下であり、より好ましくは40mg/L以下であり、さらに好ましくは30mg/L以下であり、さらにより好ましくは25mg/L以下である。ジブチルエーテルの含有量が上記数値範囲にあることで、エタノールを原料としてブタジエンを合成する際のエタノール転化率を向上させたり、カルボン酸にエタノールを加えてカルボン酸エステルを合成する際の反応率を向上させたり、エタノールを燃料として用いた際の燃焼効率を向上させたりすることができる。 When dibutyl ether is contained in ethanol, the dibutyl ether content is preferably 1 mg/L or more, more preferably 2 mg/L or more, even more preferably 5 mg/L or more, even more preferably 10 mg/L or more, and preferably 50 mg/L or less, more preferably 40 mg/L or less, even more preferably 30 mg/L or less, and even more preferably 25 mg/L or less, relative to the ethanol. Having a dibutyl ether content within the above range can improve the ethanol conversion rate when synthesizing butadiene using ethanol as a raw material, improve the reaction rate when synthesizing carboxylic acid esters by adding ethanol to carboxylic acids, and improve combustion efficiency when using ethanol as fuel.
本発明のエタノールは、上記したような無機成分、および所望により微量の芳香族炭化水素や脂肪族炭化水素等の有機成分が含まれるものであるが、エタノール中の主成分であるエタノール(化合物として純粋なエタノール)の濃度は、エタノール全体に対して、75体積%以上、好ましくは80体積%以上、より好ましくは90体積%以上、さらに好ましくは95体積%以上であり、さらにより好ましくは98体積%以上であり、また、好ましくは99.999体積%以下、より好ましくは99.99体積%以下、さらに好ましくは99.9体積%以下、さらにより好ましくは99.5体積%以下である。 The ethanol of the present invention contains the inorganic components described above and, if desired, trace amounts of organic components such as aromatic hydrocarbons and aliphatic hydrocarbons. However, the concentration of ethanol (pure ethanol as a compound), which is the main component of the ethanol, is 75% by volume or more, preferably 80% by volume or more, more preferably 90% by volume or more, even more preferably 95% by volume or more, still more preferably 98% by volume or more, and preferably 99.999% by volume or less, more preferably 99.99% by volume or less, even more preferably 99.9% by volume or less, and still more preferably 99.5% by volume or less.
本発明のエタノール中のエタノール濃度は目的とする用途に応じて設定すればよく、例えば、化粧品等であれば90体積%以上のものを、消毒剤用エタノールであれば75体積%以上のものが好ましく用いられ、上限も同様に用途に応じて便宜設定することができる。輸送コスト等から製品としてはエタノールの濃度が高い程好ましい。 The ethanol concentration in the ethanol of the present invention can be set according to the intended use. For example, 90% by volume or more is preferred for cosmetics, and 75% by volume or more is preferred for disinfectant ethanol. The upper limit can also be set appropriately depending on the use. In terms of transportation costs, etc., a higher ethanol concentration is preferable for the product.
<エタノールの製造方法>
上記したような特有のガスクロマトグラフピークを有するエタノールを製造する方法としては、例えば、廃棄物や排ガス由来の一酸化炭素を含む合成ガスを微生物発酵によってエタノールを製造することができる。このような方法においては、廃棄物や排ガス由来の原料ガス中の芳香族化合物等の含有量および精製条件を制御し、最終製品に含まれる芳香族化合物量等を制御してもよい。以下、一例として、廃棄物や排ガス由来の一酸化炭素を含む合成ガスを微生物発酵によってエタノールを製造する方法について説明する。
<Ethanol production method>
As a method for producing ethanol having the above-described characteristic gas chromatographic peak, for example, ethanol can be produced by microbial fermentation of carbon monoxide-containing synthesis gas derived from waste or exhaust gas. In such a method, the content of aromatic compounds and the like in the raw material gas derived from waste or exhaust gas and the purification conditions can be controlled to control the amount of aromatic compounds and the like contained in the final product. Below, as an example, a method for producing ethanol by microbial fermentation of carbon monoxide-containing synthesis gas derived from waste or exhaust gas will be described.
エタノールの製造方法は、炭素源を一酸化炭素および水素を含む合成ガスに変換する工程と、前記一酸化炭素および水素を含む合成ガスを微生物発酵槽に供給し微生物発酵によりエタノール含有液を得る微生物発酵工程と、前記エタノール含有液を、微生物を含む液体ないし固体成分とエタノールを含む気体成分とに分離する分離工程と、前記気体成分を凝縮させて液化する液化工程と、液化工程で得られた液体物からエタノールを精製する精製工程と、を工程として含むが、必要に応じて、原料ガス生成工程、合成ガス調製工程、排水処理工程等を含んでもよい。以下、各工程について説明する。 The ethanol production method includes the following steps: a step of converting a carbon source into a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen; a microbial fermentation step of supplying the synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen to a microbial fermenter and obtaining an ethanol-containing liquid by microbial fermentation; a separation step of separating the ethanol-containing liquid into a liquid or solid component containing microorganisms and a gas component containing ethanol; a liquefaction step of condensing and liquefying the gas component; and a purification step of purifying ethanol from the liquid obtained in the liquefaction step. If necessary, the method may also include a feedstock gas generation step, a synthesis gas preparation step, a wastewater treatment step, etc. Each step is described below.
<原料ガス生成工程>
原料ガス生成工程は、ガス化部において、炭素源をガス化させることによって原料ガスを生成する工程である。原料ガス生成工程では、ガス化炉を用いてもよい。ガス化炉は、炭素源を燃焼(不完全燃焼)させる炉であり、例えば、シャフト炉、キルン炉、流動床炉、ガス化改質炉等が挙げられる。ガス化炉は、廃棄物を部分燃焼させることにより、高い炉床負荷、優れた運転操作性が可能となるため、流動床炉式であることが好ましい。廃棄物を低温(約450~600℃)かつ低酸素雰囲気の流動床炉中でガス化することで、ガス(一酸化炭素、二酸化炭素、水素、メタン等)および炭素分を多く含むチャーに分解する。さらに廃棄物に含まれる不燃物が炉底から、衛生的でかつ酸化度の低い状態で分離されるため、不燃物中の鉄やアルミニウム等といった有価物を選択回収することが可能である。従って、このような廃棄物のガス化は、効率の良い資源リサイクルが可能である。
<Material Gas Generation Process>
The raw material gas generation process is a process in which a carbon source is gasified in a gasification section to generate raw material gas. A gasification furnace may be used in the raw material gas generation process. A gasification furnace is a furnace that combusts (incompletely combusts) a carbon source, and examples include a shaft furnace, a kiln furnace, a fluidized-bed furnace, and a gasification reforming furnace. A fluidized-bed gasification furnace is preferred because partial combustion of waste enables high hearth load and excellent operability. Gasification of waste in a fluidized-bed furnace at low temperatures (approximately 450 to 600°C) and in a low-oxygen atmosphere results in decomposition into gases (carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, methane, etc.) and char containing a high carbon content. Furthermore, since non-combustible materials contained in the waste are separated from the furnace bottom in a hygienic and low-oxidation state, valuable materials such as iron and aluminum can be selectively recovered from the non-combustible materials. Therefore, such waste gasification enables efficient resource recycling.
原料ガス生成工程における上記ガス化の温度は、特に制限されるものではないが、通常100~2500℃であり、好ましくは200~2100℃である。 The gasification temperature in the raw material gas generation process is not particularly limited, but is typically 100 to 2500°C, preferably 200 to 2100°C.
原料ガス生成工程におけるガス化の反応時間は、通常2秒以上、好ましくは5秒以上である。 The gasification reaction time in the raw material gas generation process is typically 2 seconds or more, preferably 5 seconds or more.
原料ガス生成工程において使用される炭素源は、特に限定されず、例えば、製鉄所のコークス炉、高炉(高炉ガス)、転炉や石炭火力発電所に用いる石炭、焼却炉(特にガス化炉)に導入される一般廃棄物および産業廃棄物、各種産業によって副生した二酸化炭素等、リサイクルを目的として種々の炭素含有材料も好適に利用することができる。 The carbon source used in the raw gas production process is not particularly limited, and various carbon-containing materials can be suitably used for recycling purposes, such as coke ovens in steelworks, blast furnaces (blast furnace gas), coal used in converters and coal-fired power plants, general waste and industrial waste introduced into incinerators (particularly gasifiers), and carbon dioxide by-products from various industries.
より詳しくは、炭素源には、廃棄物であることが好ましく、具体的には、プラスチック廃棄物、生ゴミ、都市固形廃棄物(MSW)、産業固形廃棄物、廃棄タイヤ、バイオマス廃棄物、布団や紙等の家庭ごみ、建築部材等の廃棄物や、石炭、石油、石油由来化合物、天然ガス、シェールガス等が挙げられ、その中でも各種廃棄物が好ましく、分別コストの観点から、未分別の都市固形廃棄物がより好ましい。 More specifically, the carbon source is preferably waste, and specific examples include plastic waste, food waste, municipal solid waste (MSW), industrial solid waste, discarded tires, biomass waste, household waste such as futons and paper, waste from construction materials, coal, petroleum, petroleum-derived compounds, natural gas, shale gas, etc. Of these, various types of waste are preferred, and unsorted municipal solid waste is more preferred from the standpoint of sorting costs.
炭素源をガス化して得られる原料ガスは、一酸化炭素および水素を必須成分として含むが、二酸化炭素、酸素、窒素をさらに含んでもよい。その他の成分として、原料ガスは、スス、タール、窒素化合物、硫黄化合物、リン系化合物、芳香族系化合物等の成分をさらに含んでもよい。 The feed gas obtained by gasifying a carbon source contains carbon monoxide and hydrogen as essential components, but may also contain carbon dioxide, oxygen, and nitrogen. The feed gas may also contain other components such as soot, tar, nitrogen compounds, sulfur compounds, phosphorus compounds, and aromatic compounds.
原料ガスは、上記原料ガス生成工程において、炭素源を燃焼(不完全燃焼)させる熱処理(通称:ガス化)を行うことにより、即ち、炭素源を部分酸化させることにより、一酸化炭素を、特に制限はないが、0.1体積%以上、好ましくは10体積%以上、より好ましくは20体積%以上含むガスとして生成してもよい。 In the above-mentioned raw material gas generation process, the raw material gas may be generated by performing a heat treatment (commonly known as gasification) to combust (incompletely combust) the carbon source, i.e., by partially oxidizing the carbon source, resulting in a gas containing, although not particularly limited, 0.1% by volume or more, preferably 10% by volume or more, and more preferably 20% by volume or more of carbon monoxide.
<合成ガス精製工程>
合成ガス精製工程は、原料ガスから、様々な汚染物質、ばいじん粒子、不純物、好ましくない量の化合物等の特定の物質を除去ないし低減する工程である。原料ガスが廃棄物由来である場合には、通常、原料ガスは、一酸化炭素を0.1体積%以上80体積%以下、二酸化炭素を0.1体積%以上70体積%以下、水素を0.1体積%以上80体積%以下含み、さらに窒素化合物を1mg/L以上、硫黄化合物を1mg/L以上、リン化合物を0.1mg/L以上、および/または芳香族系化合物を10mg/L以上含む傾向にある。また、その他の環境汚染物質、ばいじん粒子、不純物等の物質が含まれる場合もある。そのため、微生物発酵槽へ合成ガスを供給するにあたっては、原料ガスから、微生物の安定培養に好ましくない物質や、好ましくない量の化合物等を低減ないし除去し、原料ガスに含まれる各成分の含有量が微生物の安定培養に好適な範囲となるようにしておくことが好ましい。
<Synthetic gas refining process>
The synthesis gas purification process is a process for removing or reducing specific substances, such as various pollutants, dust particles, impurities, and undesirable amounts of compounds, from a feed gas. When the feed gas is derived from waste, the feed gas typically contains carbon monoxide at 0.1% to 80% by volume, carbon dioxide at 0.1% to 70% by volume, and hydrogen at 0.1% to 80% by volume. It also tends to contain nitrogen compounds at 1 mg/L or more, sulfur compounds at 1 mg/L or more, phosphorus compounds at 0.1 mg/L or more, and/or aromatic compounds at 10 mg/L or more. Other environmental pollutants, dust particles, impurities, and other substances may also be present. Therefore, when supplying synthesis gas to a microbial fermenter, it is preferable to reduce or remove substances and undesirable amounts of compounds from the feed gas that are undesirable for stable microbial cultivation, so that the content of each component in the feed gas falls within a range suitable for stable microbial cultivation.
特に、合成ガス精製工程では、上記の再生吸着材を充填した圧力スイング吸着装置を用いて、合成ガス中の二酸化炭素ガスを再生吸着材(ゼオライト)に吸着させ、合成ガス中の二酸化炭素ガス濃度を低減する。さらに、合成ガスには、従来公知の他の処理工程を行って、不純物の除去やガス組成の調整を行ってもよい。他の処理工程としては、例えば、ガスチラー(水分分離装置)、低温分離方式(深冷方式)の分離装置、サイクロン、バグフィルターのような微粒子(スス)分離装置、スクラバー(水溶性不純物分離装置)、脱硫装置(硫化物分離装置)、膜分離方式の分離装置、脱酸素装置、圧力スイング吸着方式の分離装置(PSA)、温度スイング吸着方式の分離装置(TSA)、圧力温度スイング吸着方式の分離装置(PTSA)、活性炭を用いた分離装置、脱酸素触媒、具体的には、銅触媒またはパラジウム触媒を用いた分離装置等のうちの1種または2種以上を用いて処理することができる。 In particular, in the synthesis gas purification process, a pressure swing adsorption unit filled with the above-mentioned regenerated adsorbent is used to adsorb carbon dioxide gas in the synthesis gas onto the regenerated adsorbent (zeolite), thereby reducing the carbon dioxide gas concentration in the synthesis gas. Furthermore, the synthesis gas may be subjected to other conventional treatment processes to remove impurities and adjust the gas composition. Examples of other treatment processes include gas chillers (moisture separators), cryogenic separation (cryogenic) separators, particulate (soot) separators such as cyclones and bag filters, scrubbers (water-soluble impurity separators), desulfurization units (sulfide separators), membrane separation units, deoxygenation units, pressure swing adsorption (PSA) separators, temperature swing adsorption (TSA) separators, pressure temperature swing adsorption (PTSA) separators, separators using activated carbon, and separators using deoxygenation catalysts, specifically, separators using copper or palladium catalysts.
本発明のエタノールの製造方法において使用する合成ガスは、少なくとも一酸化炭素を必須成分として含み、水素、二酸化炭素、窒素をさらに含んでもよい。 The synthesis gas used in the ethanol production method of the present invention contains at least carbon monoxide as an essential component, and may further contain hydrogen, carbon dioxide, and nitrogen.
本発明において使用する合成ガスは、炭素源をガス化させることによって原料ガスを生成し(原料ガス生成工程)、次いで、原料ガスから一酸化炭素、二酸化炭素、水素および窒素の各成分の濃度調整とともに、上記したような物質や化合物を低減ないし除去する工程を経ることで得られたガスを、合成ガスとして用いてもよい。 The synthesis gas used in the present invention may be obtained by generating a raw material gas by gasifying a carbon source (raw material gas generation process), and then adjusting the concentrations of the carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, and nitrogen components from the raw material gas, as well as reducing or removing the substances and compounds described above.
合成ガス中の一酸化炭素濃度は、合成ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素、水素および窒素の合計濃度に対して、通常20体積%以上80体積%以下であり、好ましくは25体積%以上50体積%以下であり、より好ましくは35体積%以上45体積%以下である。 The carbon monoxide concentration in the synthesis gas is typically 20% by volume or more and 80% by volume or less, preferably 25% by volume or more and 50% by volume or less, and more preferably 35% by volume or more and 45% by volume or less, based on the total concentration of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, and nitrogen in the synthesis gas.
合成ガス中の水素濃度は、合成ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素、水素および窒素の合計濃度に対して、通常10体積%以上80体積%以下であり、好ましくは30体積%以上55体積%以下であり、より好ましくは40体積%以上50体積%以下である。 The hydrogen concentration in the synthesis gas is typically 10% by volume or more and 80% by volume or less, preferably 30% by volume or more and 55% by volume or less, and more preferably 40% by volume or more and 50% by volume or less, based on the total concentration of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, and nitrogen in the synthesis gas.
合成ガス中の二酸化炭素濃度は、合成ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素、水素および窒素の合計濃度に対して、通常0.1体積%以上40体積%以下、好ましくは0.3体積%以上30体積%以下であり、より好ましくは0.5体積%以上10体積%以下、特に好ましくは1体積%以上6体積%以下である。 The carbon dioxide concentration in the synthesis gas is typically 0.1% by volume or more and 40% by volume or less, preferably 0.3% by volume or more and 30% by volume or less, more preferably 0.5% by volume or more and 10% by volume or less, and particularly preferably 1% by volume or more and 6% by volume or less, based on the total concentration of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, and nitrogen in the synthesis gas.
合成ガス中の窒素濃度は、合成ガス中の一酸化炭素、二酸化炭素、水素および窒素の合計濃度に対して、通常40体積%以下であり、好ましくは1体積%以上20体積%以下であり、より好ましくは5体積%以上15体積%以下である。 The nitrogen concentration in the synthesis gas is typically 40% by volume or less, preferably 1% by volume or more and 20% by volume or less, and more preferably 5% by volume or more and 15% by volume or less, based on the total concentration of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, and nitrogen in the synthesis gas.
一酸化炭素、二酸化炭素、水素および窒素の濃度は、原料ガス生成工程において炭素源の炭化水素(炭素および水素)や窒素の元素組成を変更することや、燃焼温度や燃焼時供給ガスの酸素濃度等の燃焼条件を適宜変更することで、所定の範囲とすることができる。例えば、一酸化炭素や水素濃度を変更したい場合は、廃プラ等の炭化水素(炭素および水素)の比率が高い炭素源に変更し、窒素濃度を低下させたい場合は原料ガス生成工程において酸素濃度の高いガスを供給する方法等がある。 The concentrations of carbon monoxide, carbon dioxide, hydrogen, and nitrogen can be adjusted to a specified range by changing the elemental composition of the hydrocarbons (carbon and hydrogen) and nitrogen in the carbon source during the raw gas generation process, or by appropriately changing combustion conditions such as the combustion temperature and the oxygen concentration of the gas supplied during combustion. For example, if you want to change the carbon monoxide or hydrogen concentration, you can change the carbon source to one with a higher ratio of hydrocarbons (carbon and hydrogen), such as waste plastic, or if you want to lower the nitrogen concentration, you can supply a gas with a higher oxygen concentration during the raw gas generation process.
本発明において使用される合成ガスは、上記した成分以外にも、特に制限はないが、硫黄化合物、リン化合物、窒素化合物等を含んでいてもよい。これらの化合物のそれぞれの含有量は、好ましくは0.05mg/L以上、より好ましくは0.1mg/L以上、さらに好ましくは0.5mg/L以上であり、また、好ましくは2000mg/L以下、より好ましくは1000mg/L以下、さらに好ましくは80mg/L以下、さらにより好ましくは60mg/L以下、特に好ましくは40mg/L以下である。硫黄化合物、リン化合物、窒素化合物等を下限値以上の含有量とすることにより、微生物が好適に培養できるという利点があり、また上限値以下の含有量とすることにより、微生物が消費しなかった各種栄養源によって培地が汚染されないという利点がある。 In addition to the components described above, the synthetic gas used in the present invention may contain, without limitation, sulfur compounds, phosphorus compounds, nitrogen compounds, etc. The content of each of these compounds is preferably 0.05 mg/L or more, more preferably 0.1 mg/L or more, even more preferably 0.5 mg/L or more, and preferably 2000 mg/L or less, more preferably 1000 mg/L or less, even more preferably 80 mg/L or less, even more preferably 60 mg/L or less, and particularly preferably 40 mg/L or less. Setting the content of sulfur compounds, phosphorus compounds, nitrogen compounds, etc. at or above the lower limit has the advantage of allowing microorganisms to be cultured optimally, while setting the content at or below the upper limit has the advantage of preventing contamination of the culture medium with various nutrient sources not consumed by the microorganisms.
硫黄化合物としては、通常、二酸化硫黄、CS2,COS、H2Sが挙げられ、中でもH2Sと二酸化硫黄が微生物の栄養源として消費しやすい点で好ましい。そのため、合成ガス中にH2Sと二酸化硫黄の和が上記範囲で含まれていることがより好ましい。
リン化合物としては、リン酸が微生物の栄養源として消費しやすい点が好ましい。そのため、合成ガス中にリン酸が上記範囲で含まれていることがより好ましい。
窒素化合物としては、一酸化窒素、二酸化窒素、アクリルニトリル、アセトニトリル、HCN等が挙げられ、HCNが微生物の栄養源として消費しやすい点で好ましい。そのため合成ガス中に、HCNが上記範囲で含まれていることがより好ましい。
Examples of sulfur compounds include sulfur dioxide, CS2 , COS, and H2S , and among these, H2S and sulfur dioxide are preferred because they are easily consumed as a nutrient source for microorganisms. Therefore, it is more preferable that the sum of H2S and sulfur dioxide contained in the synthesis gas is within the above range.
As the phosphorus compound, phosphoric acid is preferred because it is easily consumed as a nutrient source for microorganisms, and therefore it is more preferred that the synthesis gas contain phosphoric acid in the above range.
Examples of nitrogen compounds include nitric oxide, nitrogen dioxide, acrylonitrile, acetonitrile, and HCN, and HCN is preferred because it is easily consumed as a nutrient source for microorganisms. Therefore, it is more preferable that HCN is contained in the synthesis gas in the above range.
また、合成ガスは、芳香族化合物を0.01mg/L以上90mg/L以下含んでもよく、好ましくは0.03mg/L以上、より好ましくは0.05mg/L以上、さらに好ましくは0.1mg/L以上であり、かつ、好ましくは70mg/L以下、より好ましくは50mg/L以下、さらに好ましくは30mg/L以下である。下限値以上の含有量とすることにより、微生物が好適に培養できる傾向にあり、又、上限値以下の含有量とすることにより、微生物が消費しなかった各種栄養源によって培地が汚染されにくい傾向にある。 The synthetic gas may also contain aromatic compounds in an amount of 0.01 mg/L or more and 90 mg/L or less, preferably 0.03 mg/L or more, more preferably 0.05 mg/L or more, and even more preferably 0.1 mg/L or more, and preferably 70 mg/L or less, more preferably 50 mg/L or less, and even more preferably 30 mg/L or less. A content equal to or greater than the lower limit tends to enable favorable cultivation of microorganisms, while a content equal to or less than the upper limit tends to prevent the culture medium from being contaminated by various nutrient sources not consumed by the microorganisms.
<微生物発酵工程>
微生物発酵工程は、微生物発酵槽において、上記した合成ガスを微生物発酵させて、エタノールを製造する工程である。微生物発酵槽は、連続発酵装置とすることが好ましい。一般に、微生物発酵槽は任意の形状のものを用いることができ、撹拌型、エアリフト型、気泡塔型、ループ型、オープンボンド型、フォトバイオ型が挙げられるが、本発明においては、微生物発酵槽が、主槽部と還流部とを有する公知のループリアクターを好適に用いることができる。この場合、前記の液状の培地を、主槽部と還流部の間で循環させる循環工程をさらに備えるのが好ましい。
<Microbial fermentation process>
The microbial fermentation step is a step of producing ethanol by microbial fermentation of the synthesis gas in a microbial fermenter. The microbial fermenter is preferably a continuous fermentation apparatus. Generally, any shape of microbial fermenter can be used, including stirred, airlift, bubble column, loop, open bond, and photobio types. In the present invention, a known loop reactor having a main tank section and a reflux section can be suitably used as the microbial fermenter. In this case, it is preferable to further include a circulation step of circulating the liquid medium between the main tank section and the reflux section.
微生物発酵槽に供給する合成ガスは、上記した合成ガスの成分条件を充足する限り、原料ガス生成工程を経て得られたガスをそのまま合成ガスとして用いてもよいし、原料ガスから不純物等を低減ないし除去したガスに、別の所定のガスを追加してから合成ガスを用いてもよい。別の所定ガスとして、例えば二酸化硫黄等の硫黄化合物、リン化合物、および窒素化合物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物を加えて合成ガスとしてもよい。 As long as the synthesis gas supplied to the microbial fermenter satisfies the above-mentioned synthesis gas component requirements, the gas obtained through the feed gas production process may be used as is, or another specified gas may be added to the gas obtained by reducing or removing impurities from the feed gas before use. As the other specified gas, at least one compound selected from the group consisting of sulfur compounds such as sulfur dioxide, phosphorus compounds, and nitrogen compounds may be added to produce the synthesis gas.
微生物発酵槽には、合成ガスと微生物培養液とが連続的に供給されてもよいが、合成ガスと微生物培養液とを同時に供給する必要はなく、予め微生物培養液を供給した微生物発酵槽に合成ガスを供給してもよい。ある種の嫌気性微生物は、発酵作用によって、合成ガス等の基質ガスから、エタノール等を生成することが知られており、この種のガス資化性微生物は、液状の培地で培養される。例えば、液状の培地とガス資化性細菌とを供給して収容しておき、この状態で液状の培地を撹拌しつつ、微生物発酵槽内に合成ガスを供給してもよい。これにより、液状の培地中でガス資化性細菌を培養して、その発酵作用により合成ガスからエタノールを生成することができる。 Synthesis gas and microbial culture medium may be supplied continuously to the microbial fermenter, but they do not need to be supplied simultaneously; synthesis gas may be supplied to a microbial fermenter that has already been supplied with microbial culture medium. Certain anaerobic microorganisms are known to produce ethanol and other substances from substrate gases such as synthesis gas through fermentation, and these types of gas-assimilating microorganisms are cultured in a liquid medium. For example, a liquid medium and gas-assimilating bacteria may be supplied and housed, and synthesis gas may be supplied into the microbial fermenter while the liquid medium is stirred in this state. This allows gas-assimilating bacteria to be cultured in the liquid medium, and ethanol to be produced from synthesis gas through the fermentation process.
微生物発酵槽において、培地等の温度(培養温度)は、任意の温度を採用してよいが、好ましくは30~45℃程度、より好ましくは33~42℃程度、さらに好ましくは36.5~37.5℃程度とすることができる。また、培養時間は、好ましくは連続培養で12時間以上、より好ましくは7日以上、特に好ましくは30日以上、最も好ましくは60日以上であり、上限は特に設定されないが設備の定修等の観点から720日以下が好ましく、より好ましくは365日以下である。なお、培養時間とは、種菌を培養槽に添加してから、培養槽内の培養液を全量排出するまでの時間を意味するものとする。 In the microbial fermenter, the temperature of the culture medium (culture temperature) may be any temperature, but is preferably around 30 to 45°C, more preferably around 33 to 42°C, and even more preferably around 36.5 to 37.5°C. The culture time is preferably 12 hours or more in continuous culture, more preferably 7 days or more, particularly preferably 30 days or more, and most preferably 60 days or more. There is no specific upper limit, but from the perspective of regular equipment maintenance, it is preferably 720 days or less, and more preferably 365 days or less. The culture time refers to the time from when the seed culture is added to the culture tank until the entire culture medium in the culture tank is discharged.
微生物培養液に含まれる微生物(種)は、一酸化炭素を主たる原料として合成ガスを微生物発酵させることによってエタノールを製造できるものであれば、特に限定されない。例えば、微生物(種)は、ガス資化性細菌の発酵作用によって、合成ガスからエタノールを生成するものであること、特にアセチルCOAの代謝経路を有する微生物であることが好ましい。ガス資化性細菌のなかでも、クロストリジウム(Clostridium)属がより好ましく、クロストリジウム・オートエタノゲナムが特に好ましいが、これに限定されるものではない。以下、さらに例示する。 The microorganisms (species) contained in the microbial culture solution are not particularly limited, as long as they are capable of producing ethanol through microbial fermentation of syngas using carbon monoxide as the main feedstock. For example, it is preferable that the microorganisms (species) produce ethanol from syngas through the fermentation action of gas-utilizing bacteria, and that they are microorganisms that have a metabolic pathway for acetyl-COA. Among gas-utilizing bacteria, the genus Clostridium is more preferable, and Clostridium autoethanogenum is particularly preferable, but is not limited to these. Further examples are provided below.
ガス資化性細菌は、真性細菌および古細菌の双方を含む。真性細菌としては、例えば、クロストリジウム(Clostridium)属細菌、ムーレラ(Moorella)属細菌、アセトバクテリウム(Acetobacterium)属細菌、カルボキシドセラ(Carboxydocella)属細菌、ロドシュードモナス(Rhodopseudomonas)属細菌、ユーバクテリウム(Eubacterium)属細菌、ブチリバクテリウム(Butyribacterium)属細菌、オリゴトロファ(Oligotropha)属細菌、ブラディリゾビウム(Bradyrhizobium)属細菌、好気性水素酸化細菌であるラルソトニア(Ralsotonia)属細菌等が挙げられる。 Gas-assimilating bacteria include both eubacteria and archaea. Examples of eubacteria include bacteria of the genus Clostridium, Moorella, Acetobacterium, Carboxydocella, Rhodopseudomonas, Eubacterium, Butyribacterium, Oligotropha, Bradyrhizobium, and the aerobic hydrogen-oxidizing bacteria of the genus Larsotonia.
一方、古細菌としては、例えば、Methanobacterium属細菌、Methanobrevibacter属細菌、Methanocalculus属、Methanococcus属細菌、Methanosarcina属細菌、Methanosphaera属細菌、Methanothermobacter属細菌、Methanothrix属細菌、Methanoculleus属細菌、Methanofollis属細菌、Methanogenium属細菌、Methanospirillium属細菌、Methanosaeta属細菌、Thermococcus属細菌、Thermofilum属細菌、Arcaheoglobus属細菌等が挙げられる。これらの中でも、古細菌としては、Methanosarcina属細菌、Methanococcus属細菌、Methanothermobacter属細菌、Methanothrix属細菌、Thermococcus属細菌、Thermofilum属細菌、Archaeoglobus属細菌が好ましい。 On the other hand, examples of archaea include bacteria of the genus Methanobacterium, bacteria of the genus Methanobrevibacter, bacteria of the genus Methanocalculus, bacteria of the genus Methanococcus, bacteria of the genus Methanosarcina, bacteria of the genus Methanosphaera, bacteria of the genus Methanothermobacter, Metha Examples include bacteria of the genus Nothrix, bacteria of the genus Methanoculleus, bacteria of the genus Methanofollis, bacteria of the genus Methanogenium, bacteria of the genus Methanospirillium, bacteria of the genus Methanosaeta, bacteria of the genus Thermococcus, bacteria of the genus Thermofilum, bacteria of the genus Arcaheoglobus, and the like. Among these, as archaea, bacteria of the genus Methanosarcina, bacteria of the genus Methanococcus, bacteria of the genus Methanothermobacter, bacteria of the genus Methanothrix, bacteria of the genus Thermococcus, bacteria of the genus Thermofilum, and bacteria of the genus Archaeoglobus are preferred.
さらに、一酸化炭素および二酸化炭素の資化性に優れることから、古細菌としては、Methanosarcina属細菌、Methanothermobactor属細菌、またはMethanococcus属細菌が好ましく、Methanosarcina属細菌、またはMethanococcus属細菌が特に好ましい。なお、Methanosarcina属細菌の具体例として、例えば、Methanosarcina barkeri、Methanosarcina mazei、Methanosarcina acetivorans等が挙げられる。 Furthermore, due to their excellent ability to assimilate carbon monoxide and carbon dioxide, archaea of the genus Methanosarcina, Methanothermobactor, or Methanococcus are preferred, with Methanosarcina or Methanococcus being particularly preferred. Specific examples of Methanosarcina bacteria include Methanosarcina barkeri, Methanosarcina mazei, and Methanosarcina acetivorans.
以上のようなガス資化性細菌の中から、目的とするエタノールの生成能の高い細菌が選択されて用いられる。例えば、エタノール生成能の高いガス資化性細菌としては、クロストリジウム・オートエタノゲナム(Clostridium autoethanogenum)、クロストリジウム・
ユングダリイ(Clostridium ljungdahlii)、クロストリジウム・アセチクム(Clostridium aceticum)、クロストリジウム・カルボキシジボランス(Clostridium carboxidivorans)、ムーレラ・サーモアセチカ(Moorella thermoacetica)、アセトバクテリウム・ウッディイ(Acetobacterium woodii)等が挙げられ、これらのなかでもクロストリジウム・オートエタノゲナムが特に好ましい。
Among the gas-utilizing bacteria described above, bacteria with high ethanol production ability are selected and used. For example, gas-utilizing bacteria with high ethanol production ability include Clostridium autoethanogenum, Clostridium
Examples of suitable bacteria include Clostridium ljungdahlii, Clostridium aceticum, Clostridium carboxidivorans, Moorella thermoacetica, and Acetobacterium woodii, and among these, Clostridium autoethanogenum is particularly preferred.
上記した微生物(種)を培養する際に用いる培地は、菌に応じた適切な組成であれば特に限定されないが、主成分の水と、この水に溶解または分散された栄養分(例えば、ビタミン、リン酸等)とを含有する液体である。このような培地の組成は、ガス資化性細菌が良好に成育し得るように調製される。例えば、微生物にクロストリジウム属を用いる場合の培地は、米国特許出願公開2017/260552号の「0097」~「0099」等を参考にすることができる。 The medium used to cultivate the above-mentioned microorganisms (species) is not particularly limited as long as it has an appropriate composition for the bacteria, but is a liquid containing water as the main component and nutrients (e.g., vitamins, phosphate, etc.) dissolved or dispersed in the water. The composition of such a medium is prepared so that gas-assimilating bacteria can grow well. For example, when using Clostridium as the microorganism, reference can be made to paragraphs "0097" to "0099" of U.S. Patent Application Publication No. 2017/260552, etc., for the medium.
微生物発酵工程により得られたエタノール含有液は、微生物やその死骸、微生物由来のタンパク質等を含む懸濁液として得ることができる。懸濁液中のタンパク質濃度は、微生物の種類により異なるが、通常は30~1000mg/Lである。なお、エタノール含有液中のタンパク質濃度は、ケルダール法により測定することができる。 The ethanol-containing liquid obtained from the microbial fermentation process is obtained as a suspension containing microorganisms, their remains, and proteins derived from the microorganisms. The protein concentration in the suspension varies depending on the type of microorganism, but is usually 30 to 1,000 mg/L. The protein concentration in the ethanol-containing liquid can be measured using the Kjeldahl method.
<分離工程>
微生物発酵工程により得られたエタノール含有液は、次いで分離工程に付される。本発明においては、エタノール含有液を、0.01~1000kPa(絶対圧)の条件下、室温~500℃に加熱して、微生物を含む液体ないし固体成分と、エタノールを含む気体成分とに分離する。従来の方法では、微生物発酵工程により得られたエタノール含有液を蒸留し、所望とするエタノールを分離精製していたが、エタノール含有液には微生物や微生物由来のタンパク質等が含まれるため、エタノール含有液をそのまま蒸留すると蒸留装置内で発泡が生じ連続的な運転が妨げられる場合があった。また、発泡性液体の精製方法として膜式エバポレーターを使用することが知られているが、膜式エバポレーターは濃縮効率が低く、固体成分を含む液体の精製には適していない。本発明においては、微生物発酵工程により得られたエタノール含有液から蒸留操作等により所望のエタノールを分離精製する前に、エタノール含有液を加熱し、微生物を含む液体ないし固体成分と、エタノールを含む気体成分とに分離し、分離されたエタノールを含む気体成分のみから、所望とするエタノールを分離精製するものである。分離工程を実施することにより、エタノールの分離精製時の蒸留操作において、蒸留装置内で発泡が生じなくなるため、連続的に蒸留操作を行うことができる。また、エタノール含有液中のエタノール濃度よりも、エタノールを含む気体成分中に含まれるエタノール濃度の方が高くなるため、後述する精製工程において、効率的にエタノールの分離精製を行うことができる。
<Separation process>
The ethanol-containing liquid obtained by the microbial fermentation process is then subjected to a separation process. In the present invention, the ethanol-containing liquid is heated to room temperature to 500°C under conditions of 0.01 to 1000 kPa (absolute pressure) to separate it into a liquid or solid component containing microorganisms and a gaseous component containing ethanol. In conventional methods, the ethanol-containing liquid obtained by the microbial fermentation process is distilled to separate and purify the desired ethanol. However, because the ethanol-containing liquid contains microorganisms and proteins derived from microorganisms, distilling the ethanol-containing liquid as is can cause foaming in the distillation apparatus, hindering continuous operation. In addition, the use of a membrane evaporator is known as a method for purifying foamable liquids, but membrane evaporators have low concentration efficiency and are not suitable for purifying liquids containing solid components. In the present invention, before separating and purifying the desired ethanol from the ethanol-containing liquid obtained by the microbial fermentation process by distillation or the like, the ethanol-containing liquid is heated to separate it into a liquid or solid component containing microorganisms and a gaseous component containing ethanol, and the desired ethanol is separated and purified from only the separated gaseous component containing ethanol. By carrying out the separation step, foaming does not occur in the distillation apparatus during the distillation operation for separating and purifying ethanol, so that the distillation operation can be carried out continuously. Furthermore, since the ethanol concentration contained in the ethanol-containing gas component becomes higher than the ethanol concentration in the ethanol-containing liquid, ethanol can be separated and purified efficiently in the purification step described below.
本発明においては、微生物やその死骸、微生物由来のタンパク質等が含まれる液体ないし固体成分と、エタノールを含む気体成分とに効率的に分離する観点から、好ましくは10~200kPaの条件下、より好ましくは50~150kPaの条件下、さらに好ましくは常圧下で、好ましくは50~200℃の温度、より好ましくは80℃~180℃の温度、さらに好ましくは100~150℃の温度でエタノール含有液の加熱を行う。 In the present invention, from the viewpoint of efficiently separating the liquid or solid component containing microorganisms, their carcasses, and proteins derived from microorganisms from the gas component containing ethanol, the ethanol-containing liquid is heated preferably under conditions of 10 to 200 kPa, more preferably under conditions of 50 to 150 kPa, and even more preferably at atmospheric pressure, at a temperature of preferably 50 to 200°C, more preferably 80 to 180°C, and even more preferably 100 to 150°C.
分離工程における加熱時間は、気体成分を得ることができる時間であれば特に制限はないが、効率性または経済性の観点から、通常は5秒~2時間、好ましくは5秒~1時間、より好ましくは5秒~30分である。 There are no particular restrictions on the heating time in the separation step, as long as it is long enough to obtain the gaseous components. However, from the standpoint of efficiency and economy, it is usually 5 seconds to 2 hours, preferably 5 seconds to 1 hour, and more preferably 5 seconds to 30 minutes.
上記した分離工程は、熱エネルギーにより、エタノール含有液を液体ないし固体成分(微生物やその死骸、微生物由来のタンパク質等)と気体成分(エタノール)とに効率的に分離できる装置であれば特に制限なく使用することができ、例えば、回転乾燥機、流動層乾燥機、真空型乾燥機、伝導加熱型乾燥機等の乾燥装置を用いることができるが、特に固体成分濃度が低いエタノール含有液から液体ないし固体成分と気体成分とに分離する際の効率の観点からは伝導加熱型乾燥機を用いることが好ましい。伝導加熱型乾燥機の例としては、ドラム型乾燥機やディスク型乾燥機等が挙げられる。 The above-mentioned separation process can be carried out using any device that can efficiently separate the ethanol-containing liquid into liquid or solid components (microorganisms, their carcasses, proteins derived from microorganisms, etc.) and gaseous components (ethanol) using thermal energy. For example, drying devices such as rotary dryers, fluidized bed dryers, vacuum dryers, and conduction heating dryers can be used. However, from the perspective of efficiency in separating an ethanol-containing liquid with a low solid component concentration into liquid or solid components and gaseous components, it is preferable to use a conduction heating dryer. Examples of conduction heating dryers include drum dryers and disk dryers.
<液化工程>
液化工程は、上記分離工程で得られたエタノールを含む気体成分を、凝縮により液化する工程である。液化工程で用いられる装置は、特に限定されないが、熱交換器、特にコンデンサー(凝縮器)を用いることが好ましい。凝縮器の例としては、水冷式、空冷式、蒸発式等が挙げられ、それらのなかでも水冷式が好ましい。凝縮器は一段でもよいし、複数段からなるものでもよい。
<Liquefaction process>
The liquefaction step is a step of liquefying the gaseous components containing ethanol obtained in the separation step by condensation. The apparatus used in the liquefaction step is not particularly limited, but it is preferable to use a heat exchanger, particularly a condenser. Examples of condensers include water-cooled, air-cooled, and evaporative types, with water-cooled types being preferred. The condenser may be a single-stage or multi-stage type.
液化工程により得られた液化物には、微生物やその死骸、微生物由来のタンパク質等のエタノール含有液に含まれていた成分が含まれていないことが好ましいといえるが、本発明においては、液化物中にタンパク質が含まれていることを排除するものではない。液化物中にタンパク質が含まれる場合であっても、その濃度は、40mg/L以下であることが好ましく、より好ましくは20mg/L以下、さらに好ましくは15mg/L以下である。 It is preferable that the liquefied product obtained by the liquefaction process does not contain components that were contained in the ethanol-containing liquid, such as microorganisms, their remains, or proteins derived from microorganisms. However, the present invention does not exclude the inclusion of proteins in the liquefied product. Even if the liquefied product contains proteins, the concentration is preferably 40 mg/L or less, more preferably 20 mg/L or less, and even more preferably 15 mg/L or less.
凝縮器によって得られた気体成分の凝縮熱は、後述する精製工程において熱源として再利用してもよい。凝縮熱を再利用することで、効率的かつ経済的にエタノールを製造することができる。 The heat of condensation of the gaseous components obtained by the condenser may be reused as a heat source in the purification process described below. By reusing the heat of condensation, ethanol can be produced efficiently and economically.
<精製工程>
次に、液化工程で得られた液化物から、エタノールを精製する。微生物発酵工程で得られたエタノール含有液は、微生物等の成分が既に除去されている場合に、上記した分離工程を経ないで精製工程に供給することができる。精製工程は、液化工程において得られたエタノール含有液を、目的のエタノールの濃度を高めた留出液と、目的のエタノールの濃度を低下させた缶出液とに分離する工程である。精製工程に用いられる装置は、例えば、蒸留装置、浸透気化膜を含む処理装置、ゼオライト脱水膜を含む処理装置、エタノールより沸点の低い低沸点物質を除去する処理装置、エタノールより沸点の高い高沸点物質を除去する処理装置、イオン交換膜を含む処理装置等が挙げられる。これらの装置は単独でまたは2種以上を組み合わせてもよい。単位操作としては、加熱蒸留や膜分離を好適に用いてもよい。
<Refining process>
Next, ethanol is purified from the liquefied product obtained in the liquefaction step. If components such as microorganisms have already been removed, the ethanol-containing liquid obtained in the microbial fermentation step can be supplied to the purification step without undergoing the above-mentioned separation step. The purification step is a step in which the ethanol-containing liquid obtained in the liquefaction step is separated into a distillate having an increased concentration of the target ethanol and a bottoms liquid having a decreased concentration of the target ethanol. Examples of equipment used in the purification step include a distillation apparatus, a treatment apparatus including a pervaporation membrane, a treatment apparatus including a zeolite dehydration membrane, a treatment apparatus for removing low-boiling substances having a boiling point lower than that of ethanol, a treatment apparatus for removing high-boiling substances having a boiling point higher than that of ethanol, and a treatment apparatus including an ion exchange membrane. These apparatuses may be used alone or in combination of two or more. Thermal distillation or membrane separation may be suitably used as a unit operation.
加熱蒸留では、蒸留装置を用いて、所望のエタノールを留出液として、高純度で得ることができる。エタノールの蒸留時における蒸留器内の温度は、特に限定されないが、100℃以下であることが好ましく、70~95℃程度であることがより好ましい。蒸留器内の温度を前記範囲に設定することにより、エタノールとその他の成分との分離、即ち、エタノールの蒸留をより確実に行うことができる。特に、液化工程において得られたエタノール含有液を、100℃以上のスチームを用いた加熱器を備えた蒸留装置に導入し、蒸留塔底部の温度を30分以内に90℃以上まで上昇させた後、上記エタノール含有液を蒸留塔中部から導入し、塔底部、塔中部、頭頂部の各部の温度差が、±15℃以内にて蒸留工程を行うことにより、高純度のエタノールを得ることができる。蒸留温度差は、好ましくは±13℃であり、より好ましくは±11℃である。上記蒸留温度差であれば、その他の成分との分離、即ち、エタノールの蒸留をより確実に行うことができる。 In thermal distillation, a distillation apparatus is used to obtain the desired ethanol as a distillate with high purity. The temperature inside the distillation apparatus during ethanol distillation is not particularly limited, but is preferably 100°C or below, and more preferably approximately 70-95°C. Setting the temperature inside the distillation apparatus within this range ensures separation of ethanol from other components, i.e., ethanol distillation. In particular, the ethanol-containing liquid obtained in the liquefaction process is introduced into a distillation apparatus equipped with a heater using steam at 100°C or higher. The temperature at the bottom of the distillation column is raised to 90°C or above within 30 minutes, and the ethanol-containing liquid is then introduced into the middle of the distillation column. High-purity ethanol can be obtained by performing the distillation process with a temperature difference between the bottom, middle, and top of the column within ±15°C. The distillation temperature difference is preferably ±13°C, more preferably ±11°C. This distillation temperature difference ensures separation from other components, i.e., ethanol distillation.
上記の蒸留装置としては、複数の蒸留塔を用いることが好ましい。その際に、蒸留塔と蒸留塔の間に、イオン交換膜を含む処理装置を用いることが好ましい。本発明においては、イオン交換膜を通すことにより、ナトリウムイオンやカリウムイオンの濃度を制御することで、最終的なエタノール中のナトリウム含有量やカリウム含有量を好適な範囲に調節することができる。 The distillation apparatus preferably uses multiple distillation columns. In this case, it is preferable to use a treatment device containing an ion exchange membrane between the distillation columns. In the present invention, by passing the ethanol through an ion exchange membrane, the concentrations of sodium ions and potassium ions can be controlled, thereby adjusting the sodium and potassium contents in the final ethanol to within a suitable range.
エタノールの蒸留時における蒸留装置内の圧力は、常圧であってもよいが、好ましくは大気圧未満、より好ましくは60~95kPa(絶対圧)程度である。蒸留装置内の圧力を前記範囲に設定することにより、エタノールの分離効率を向上させること、ひいてはエタノールの収率を向上させることができる。エタノールの収率(蒸留後に留出液に含まれるエタノールの濃度)は、好ましくは90体積%以上であり、より好ましくは95体積%以上である。 The pressure inside the distillation apparatus during ethanol distillation may be normal pressure, but is preferably below atmospheric pressure, and more preferably approximately 60 to 95 kPa (absolute pressure). Setting the pressure inside the distillation apparatus within this range improves the ethanol separation efficiency and ultimately the ethanol yield. The ethanol yield (the concentration of ethanol in the distillate after distillation) is preferably 90% by volume or more, and more preferably 95% by volume or more.
膜分離では、公知の分離膜を適宜用いることができ、例えばゼオライト膜を好適に用いることができる。 For membrane separation, known separation membranes can be used as appropriate, and zeolite membranes, for example, are suitable.
精製工程において分離された留出液に含まれるエタノールの濃度は、20体積%~99.99体積%であることが好ましく、より好ましくは60体積%~99.9体積%である。
一方、缶出液に含まれるエタノールの濃度は、0.001体積%~10体積%であることが好ましく、より好ましくは0.01体積%~5体積%である。
The concentration of ethanol contained in the distillate separated in the purification step is preferably 20% by volume to 99.99% by volume, and more preferably 60% by volume to 99.9% by volume.
On the other hand, the concentration of ethanol contained in the bottoms is preferably 0.001% by volume to 10% by volume, and more preferably 0.01% by volume to 5% by volume.
精製工程において分離された缶出液は、窒素化合物を実質的に含まない。なお、本発明において「実質的に含まない」とは、窒素化合物の濃度が0mg/Lであることを意味するものではなく、精製工程で得られる缶出液が排水処理工程を必要としない程度の窒素化合物濃度であることを意味する。分離工程においては、微生物発酵工程で得られたエタノール含有液から所望とするエタノールを精製するのではなく、上記のようにエタノール含有液を微生物を含む液体ないし固体成分と、エタノールを含む気体成分とに分離する。その際に、窒素化合物は、微生物を含む液体ないし固体成分側に残るため、エタノールを含む気体成分中には窒素化合物がほとんど含まれていない。そのため、気体成分を液化した液化物からエタノールを精製する際に得られる缶出液には窒素化合物が実質的に含まれていないと考えられる。缶出液が窒素化合物に含まれる場合であっても、窒素化合物の濃度は、0.1~200mg/L、好ましくは0.1~100mg/L、より好ましくは0.1~50mg/Lである。 The bottoms separated in the purification process are substantially free of nitrogen compounds. Note that, in the present invention, "substantially free" does not mean that the nitrogen compound concentration is 0 mg/L, but rather that the bottoms obtained in the purification process have a nitrogen compound concentration low enough that a wastewater treatment process is not required. In the separation process, the desired ethanol is not purified from the ethanol-containing liquid obtained in the microbial fermentation process, but rather the ethanol-containing liquid is separated into a liquid or solid component containing microorganisms and a gaseous component containing ethanol, as described above. During this process, the nitrogen compounds remain in the liquid or solid component containing microorganisms, and the gaseous component containing ethanol contains almost no nitrogen compounds. Therefore, the bottoms obtained when ethanol is purified from a liquid obtained by liquefying the gaseous component are considered to be substantially free of nitrogen compounds. Even if the bottoms contain nitrogen compounds, the concentration of nitrogen compounds is 0.1 to 200 mg/L, preferably 0.1 to 100 mg/L, and more preferably 0.1 to 50 mg/L.
また、上記と同様の理由により、精製工程において分離された缶出液はリン化合物を実質的に含まない。なお、「実質的に含まない」とは、リン化合物の濃度が0mg/Lであることを意味するものではなく、精製工程で得られる缶出液が排水処理工程を必要としない程度のリン化合物濃度であることを意味する。缶出液がリン化合物に含まれる場合であっても、リン化合物の濃度は、0.1~100mg/L、好ましくは0.1~50mg/L、より好ましくは0.1~25mg/Lである。このように、本発明の方法によれば、エタノールの精製工程において排出される缶出液には、窒素化合物やリン化合物が実質的に含まれておらず、他の有機物も殆ど含まれていないと考えられるため、従来必要とされていた排水処理工程を簡素化することができる。 Furthermore, for the same reasons as above, the bottoms separated in the purification process are substantially free of phosphorus compounds. Note that "substantially free" does not mean that the phosphorus compound concentration is 0 mg/L, but rather that the bottoms obtained in the purification process have a phosphorus compound concentration at a level that does not require a wastewater treatment process. Even if the bottoms contain phosphorus compounds, the phosphorus compound concentration is 0.1 to 100 mg/L, preferably 0.1 to 50 mg/L, and more preferably 0.1 to 25 mg/L. Thus, according to the method of the present invention, the bottoms discharged in the ethanol purification process are substantially free of nitrogen compounds and phosphorus compounds, and are considered to contain almost no other organic matter, thereby simplifying the wastewater treatment process that was previously required.
<排水処理工程>
精製工程において分離された缶出液は、排水処理工程に供給されてもよい。排水処理工程において、缶出液からさらに窒素化合物やリン化合物等の有機物を除去することができる。本工程では、缶出液を嫌気処理または好気処理することで有機物を除去してもよい。除去された有機物は、精製工程における燃料(熱源)として利用してもよい。
<Wastewater treatment process>
The bottoms separated in the refining step may be supplied to a wastewater treatment step. In the wastewater treatment step, organic matter such as nitrogen compounds and phosphorus compounds may be further removed from the bottoms. In this step, the bottoms may be subjected to anaerobic or aerobic treatment to remove the organic matter. The removed organic matter may be used as fuel (heat source) in the refining step.
排水処理工程における処理温度は、通常は0~90℃、好ましくは20~40℃、より好ましくは30~40℃である。 The treatment temperature in the wastewater treatment process is usually 0 to 90°C, preferably 20 to 40°C, and more preferably 30 to 40°C.
分離工程を経て得られた缶出液は、微生物等を含む液体ないし固体成分が除去されているため、微生物発酵工程から直接精製工程に供給されて得られた缶出液よりも、排水処理などの負荷が軽減される。 The bottoms obtained through the separation process have had liquid and solid components, including microorganisms, removed, so the burden of wastewater treatment and other processes is reduced compared to bottoms obtained by supplying the bottoms directly from the microbial fermentation process to the purification process.
排水処理工程において、缶出液を処理して得られる処理液中の窒素化合物濃度は、好ましくは0.1~30mg/L、より好ましくは0.1~20mg/L、さらに好ましくは0.1~10mg/Lであり、窒素化合物が含まれないことが特に好ましい。また、処理液中のリン化合物濃度は、好ましくは0.1~10mg/L、より好ましくは0.1~5mg/L、さらに好ましくは0.1~1mg/Lであり、缶出液中にリン化合物が含まれないことが特に好ましい。 In the wastewater treatment process, the nitrogen compound concentration in the treated liquid obtained by treating the bottoms is preferably 0.1 to 30 mg/L, more preferably 0.1 to 20 mg/L, and even more preferably 0.1 to 10 mg/L, and it is particularly preferable that no nitrogen compounds are contained. Furthermore, the phosphorus compound concentration in the treated liquid is preferably 0.1 to 10 mg/L, more preferably 0.1 to 5 mg/L, and even more preferably 0.1 to 1 mg/L, and it is particularly preferable that no phosphorus compounds are contained in the bottoms.
<エタノールの用途>
本発明によるエタノールは、様々な有機化合物の製造原料として用いることができる。例えば、本発明によるエタノールは、ブタジエン、エチレン、プロピレン、イソブテン、アセトアルデヒド、酢酸、酢酸エチル、(メタ)アクリル酸メチル、エチル-t-ブチルエーテルエチレングリコール、エステル組成物、ポリエステル、アクリル酸、アミノヘキサン酸、ジエチルカーボネート、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリプロピレン(PP)、ポリイソブチレン、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、エチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンフラノエート(PEF)、ポリウレタン(PU)等の製造の原料として用いることができる。以下、本発明のエタノールを原料としてブタジエンを合成する方法、ならびにポリエチレンおよびポリエステルを製造する方法を一例として説明するが、他の化成品やポリマー原料にも使用できることはいうまでもない。
<Uses of ethanol>
The ethanol of the present invention can be used as a raw material for producing various organic compounds. For example, the ethanol of the present invention can be used as a raw material for producing butadiene, ethylene, propylene, isobutene, acetaldehyde, acetic acid, ethyl acetate, methyl (meth)acrylate, ethyl t-butyl ether ethylene glycol, ester compositions, polyesters, acrylic acid, aminohexanoic acid, diethyl carbonate, polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), polypropylene (PP), polyisobutylene, polymethyl methacrylate (PMMA), ethylene propylene diene rubber (EPDM), polybutylene terephthalate (PBT), polyethylene furanoate (PEF), polyurethane (PU), and the like. Below, a method for synthesizing butadiene using the ethanol of the present invention as a raw material and a method for producing polyethylene and polyester are described as examples, but it goes without saying that the ethanol of the present invention can also be used as a raw material for other chemical products and polymers.
<ブタジエンの合成方法>
ブタジエンは、主に石油からエチレンを合成(即ち、ナフサクラッキング)する際に副生するC4留分を精製することにより製造されており、合成ゴムの原料である。しかし、近年、石油から得られる化学工業原料に代えて、化石燃料由来ではないエタノール(微生物発酵由来のエタノール)を1,3-ブタジエンに変換する技術が切望されている。このような微生物発酵由来のエタノールを原料としてブタジエンを合成する方法としては、触媒としてMgOを使用する方法、Al2O3とZnOの混合物を使用する方法、マグネシウムシリケート構造を有する触媒等が知られている。触媒としては、上記した以外にも、バナジウム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ガリウム、ニオブ、銀、インジウム、セリウム等が使用される。
<Method for synthesizing butadiene>
Butadiene is primarily produced by refining the C4 fraction, a by-product of synthesizing ethylene from petroleum (i.e., naphtha cracking), and is a raw material for synthetic rubber. However, in recent years, there has been a strong demand for technology that converts ethanol (ethanol derived from microbial fermentation) that is not derived from fossil fuels into 1,3-butadiene, instead of using petroleum-derived chemical raw materials. Known methods for synthesizing butadiene using such ethanol derived from microbial fermentation as a raw material include a method using MgO as a catalyst, a method using a mixture of Al 2 O 3 and ZnO, and a catalyst having a magnesium silicate structure. In addition to the above, vanadium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, niobium, silver, indium, cerium, etc. are also used as catalysts.
本発明のエタノールと上記した触媒とを接触させ加熱することによりエタノール転化反応が生じて、1,3-ブタジエンを合成することができる。本発明のエタノールを原料としてブタジエンを合成することで、石油資源に依らない究極の資源循環社会を実現することが可能となる。 By contacting the ethanol of the present invention with the above-mentioned catalyst and heating it, an ethanol conversion reaction occurs, allowing the synthesis of 1,3-butadiene. By synthesizing butadiene using the ethanol of the present invention as a raw material, it becomes possible to realize an ultimate resource-circulating society that is not dependent on petroleum resources.
当該転化反応を進行させるための加熱温度としては、反応系内の温度が、例えば300~450℃、好ましくは350~400℃となる程度である。反応系内の温度が上記範囲を下回ると、触媒活性が十分に得られなくなって反応速度が低下し製造効率が低下する傾向がある。一方、反応系内の温度が上記範囲を上回ると、触媒が劣化し易くなる恐れがある。 The heating temperature required to promote the conversion reaction is, for example, 300 to 450°C, preferably 350 to 400°C, within the reaction system. If the temperature within the reaction system falls below this range, the catalyst activity will be insufficient, resulting in a slower reaction rate and reduced production efficiency. On the other hand, if the temperature within the reaction system exceeds this range, the catalyst may be more susceptible to degradation.
反応は、回分式、半回分式、連続式等の慣用の方法により行うことができる。回分式または半回分式を採用した場合は、エタノールの転化率を高くすることができるが、本発明に係るエタノールであれば、連続式を採用しても、従来に比べて効率よくエタノールを転化することができる。この理由は明らかではないが、本発明のような一酸化炭素および水素を含むガスを基質とする循環型資源由来のエタノールには、ガスクロマトグラフ質量分析法によって測定されたガスクロマトグラフにおいて、化石燃料由来のエタノールには見られない特有のピークが存在することによるものと考えられる。 The reaction can be carried out by conventional methods such as batch, semi-batch, or continuous. Using a batch or semi-batch system can increase the ethanol conversion rate, but with the ethanol of the present invention, even when using a continuous system, ethanol can be converted more efficiently than conventional methods. The reason for this is unclear, but it is thought to be due to the fact that ethanol derived from recycled resources, such as that of the present invention, which uses gas containing carbon monoxide and hydrogen as substrates, exhibits a unique peak in a gas chromatogram measured by gas chromatography-mass spectrometry that is not seen in ethanol derived from fossil fuels.
原料を上記触媒に接触させる方法としては、例えば、懸濁床方式、流動床方式、固定床方式等を挙げることができる。また、気相法、液相法のいずれであってもよい。触媒の回収や再生処理が簡便な点で、上記触媒を反応管に充填して触媒層を形成し、原料をガスとして流通させて気相にて反応させる固定床式気相連続流通反応装置を用いることが好ましい。 気相で反応を行う場合、本発明のエタノールをガス化して希釈することなく反応器に供給してもよく、窒素、ヘリウム、アルゴン、炭酸ガスなどの不活性ガスにより適宜希釈して反応器に供給してもよい。 Methods for contacting the raw materials with the catalyst include, for example, a suspension bed method, a fluidized bed method, and a fixed bed method. Either a gas phase method or a liquid phase method may be used. From the viewpoint of easy catalyst recovery and regeneration, it is preferable to use a fixed-bed continuous gas phase flow reactor in which the catalyst is packed into a reaction tube to form a catalyst layer and the raw materials are circulated as a gas to carry out the reaction in the gas phase. When carrying out the reaction in the gas phase, the ethanol of the present invention may be gasified and supplied to the reactor without dilution, or it may be appropriately diluted with an inert gas such as nitrogen, helium, argon, or carbon dioxide and supplied to the reactor.
エタノールの転化反応が終了した後、反応生成物(1,3-ブタジエン)は、例えば、濾過、濃縮、蒸留、抽出等の分離手段や、これらを組み合わせた分離手段により分離精製することができる。 After the ethanol conversion reaction is complete, the reaction product (1,3-butadiene) can be separated and purified using separation methods such as filtration, concentration, distillation, extraction, or a combination of these.
<ポリエチレン>
本発明によるエタノールは、汎用プラスチックとして多岐に使用されているポリエチレンの原料としても好適に使用することができる。従来のポリエチレンは、石油からエチレンを合成し、エチレンモノマーを重合することにより製造されていた。本発明のエタノールを使用してポリエチレンを製造することにより、石油資源に依らない究極の資源循環社会を実現することが可能となる。
<Polyethylene>
The ethanol of the present invention can also be suitably used as a raw material for polyethylene, a versatile general-purpose plastic. Conventional polyethylene is produced by synthesizing ethylene from petroleum and polymerizing the ethylene monomer. By producing polyethylene using the ethanol of the present invention, it becomes possible to realize an ultimate resource-circulating society that is not dependent on petroleum resources.
先ず、本発明によるエタノールを原料として、ポリエチレンの原料であるエチレンを合成する。エチレンの製造方法は、特に限定されず、従来公知の方法により得ることができ、一例として、エタノールの脱水反応によりエチレンを得ることができる。エタノールの脱水反応によりエチレンを得る際には通常触媒が用いられるが、この触媒は、特に限定されず、従来公知の触媒を用いることができる。プロセス上有利なのは、触媒と生成物の分離が容易な固定床流通反応であり、例えば、γ―アルミナ等が好ましい。 First, ethylene, a raw material for polyethylene, is synthesized using the ethanol of the present invention as a raw material. The method for producing ethylene is not particularly limited, and it can be obtained by conventionally known methods. As an example, ethylene can be obtained by the dehydration reaction of ethanol. A catalyst is typically used to obtain ethylene by the dehydration reaction of ethanol, but this catalyst is not particularly limited, and conventionally known catalysts can be used. A fixed-bed flow reaction is advantageous from a process standpoint, as it allows for easy separation of the catalyst and the product; for example, gamma-alumina is preferred.
脱水反応は吸熱反応であるため、通常加熱条件で行う。商業的に有用な反応速度で反応が進行すれば、加熱温度は限定されないが、好ましくは100℃以上、より好ましくは250℃以上、さらに好ましくは300℃以上の温度が適当である。上限も特に限定されないが、エネルギー収支および設備の観点から、好ましくは500℃以下、より好ましくは400℃以下である。 Since the dehydration reaction is an endothermic reaction, it is usually carried out under heated conditions. There are no restrictions on the heating temperature as long as the reaction proceeds at a commercially useful reaction rate, but temperatures of 100°C or higher are preferred, more preferably 250°C or higher, and even more preferably 300°C or higher. There are no particular restrictions on the upper limit, but from the perspective of energy balance and equipment, it is preferably 500°C or lower, more preferably 400°C or lower.
反応圧力も特に限定されないが、後続の気液分離を容易にするため常圧以上の圧力が好ましい。工業的には触媒の分離の容易な固定床流通反応が好適であるが、液相懸濁床、流動床等でもよい。 The reaction pressure is not particularly limited, but a pressure above atmospheric pressure is preferred to facilitate subsequent gas-liquid separation. Industrially, a fixed-bed flow reaction is preferred, as it facilitates catalyst separation, but a liquid-phase suspension bed or fluidized bed may also be used.
エタノールの脱水反応においては、原料として供給するエタノール中に含まれる水分量によって反応の収率が左右される。一般的に、脱水反応を行う場合には、水の除去効率を考えると水が無いほうが好ましい。しかしながら、固体触媒を用いたエタノールの脱水反応の場合、水が存在しないと他のオレフィン、特にブテンの生成量が増加する傾向にある。許容される水の含有量の下限は、0.1質量%以上、好ましくは0.5質量%以上必要である。上限は特に限定されないが、物質収支上および熱収支の観点から、好ましくは50質量%以下、より好ましくは30質量%以下、さらに好ましくは20質量%以下である。 In ethanol dehydration reactions, the reaction yield depends on the amount of water contained in the ethanol supplied as a raw material. Generally, when performing a dehydration reaction, it is preferable to avoid water, considering the efficiency of water removal. However, in the case of ethanol dehydration reactions using a solid catalyst, the absence of water tends to increase the amount of other olefins, particularly butene, produced. The lower limit of the allowable water content is 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more. There are no particular upper limits, but from the standpoint of material balance and heat balance, it is preferably 50% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and even more preferably 20% by mass or less.
上記のようにしてエタノールの脱水反応を行うことにより、エチレン、水および少量の未反応エタノールの混合部が得られるが、常温において約5MPa以下ではエチレンは気体であるため、これら混合部から気液分離により水やエタノールを除きエチレンを得ることができる。この方法は公知の方法で行えばよい。続いて気液分離により得られたエチレンはさらに蒸留され、このときの操作圧力が常圧以上であること以外は、蒸留方法、操作温度、および滞留時間等は特に制約されない。 By carrying out the ethanol dehydration reaction as described above, a mixture of ethylene, water, and a small amount of unreacted ethanol is obtained. However, because ethylene is in a gaseous state at room temperature and below approximately 5 MPa, water and ethanol can be removed from this mixture by gas-liquid separation to obtain ethylene. This method can be carried out by any known method. The ethylene obtained by gas-liquid separation is then further distilled. There are no particular restrictions on the distillation method, operating temperature, residence time, etc., except that the operating pressure must be above atmospheric pressure.
本発明のような一酸化炭素および水素を含むガスを基質とする循環型資源由来のエタノールには、ガスクロマトグラフ質量分析法によって測定されたガスクロマトグラフにおいて、化石燃料由来のエタノールには見られない特有のピークが存在する。そのため、エタノールから得られたエチレンには、極微量の不純物が含まれていると考えられる。エチレンの用途によっては、これら極微量の不純物が問題となるおそれがあるので、精製により除去しても良い。精製方法は、特に限定されず、従来公知の方法により行うことができる。好適な精製操作としては、例えば、吸着精製法をあげることができる。用いる吸着剤は特に限定されず、従来公知の吸着剤を用いることができる。例えば、エチレン中の不純物の精製方法として苛性水処理を併用してもよい。苛性水処理をする場合は、吸着精製前に行うことが望ましい。その場合、苛性処理後、吸着精製前に水分除去処理を施す必要がある。 Ethanol derived from recyclable resources, such as that produced in the present invention using carbon monoxide- and hydrogen-containing gases as substrates, exhibits a unique peak in gas chromatographs measured by gas chromatography-mass spectrometry that is not seen in ethanol derived from fossil fuels. Therefore, it is believed that ethylene obtained from ethanol contains trace amounts of impurities. Depending on the intended use of ethylene, these trace amounts of impurities may be problematic, so they may be removed by purification. The purification method is not particularly limited, and conventionally known methods can be used. An example of a suitable purification procedure is adsorption purification. The adsorbent used is not particularly limited, and conventionally known adsorbents can be used. For example, caustic water treatment may be used in combination as a method for purifying impurities in ethylene. If caustic water treatment is performed, it is preferable to perform it before adsorption purification. In that case, a water removal treatment is required after caustic treatment and before adsorption purification.
エチレンを含むモノマーの重合方法は、特に限定されず、従来公知の方法により行うことができる。重合温度や重合圧力は、重合方法や重合装置に応じて、適宜調節するのがよい。重合装置についても特に限定されず、従来公知の装置を用いることができる。以下、エチレンを含むモノマーの重合方法の一例を説明する。 The polymerization method for ethylene-containing monomers is not particularly limited and can be carried out by conventionally known methods. The polymerization temperature and polymerization pressure should be adjusted appropriately depending on the polymerization method and polymerization apparatus. The polymerization apparatus is also not particularly limited and conventionally known apparatus can be used. An example of a method for polymerizing ethylene-containing monomers is described below.
ポリオレフィン、特に、エチレン重合体やエチレンとα-オレフィンの共重合体の重合方法は、目的とするポリエチレンの種類、例えば、高密度ポリエチレン(HDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、および直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)等の密度や分岐の違いにより、適宜選択することができる。例えば、重合触媒として、チーグラー・ナッタ触媒等のマルチサイト触媒や、メタロセン系触媒等のシングルサイト触媒を用いて、気相重合、スラリー重合、溶液重合、および高圧イオン重合のいずれかの方法により、1段または2段以上の多段で行うことが好ましい。 The polymerization method for polyolefins, particularly ethylene polymers and copolymers of ethylene and α-olefins, can be selected appropriately depending on the type of polyethylene desired, such as differences in density and branching, such as high-density polyethylene (HDPE), medium-density polyethylene (MDPE), low-density polyethylene (LDPE), and linear low-density polyethylene (LLDPE). For example, it is preferable to use a multi-site catalyst such as a Ziegler-Natta catalyst or a single-site catalyst such as a metallocene catalyst as the polymerization catalyst, and to carry out the polymerization in one or more stages using one of the following methods: gas-phase polymerization, slurry polymerization, solution polymerization, or high-pressure ionic polymerization.
上記のシングルサイト触媒とは、均一な活性種を形成しうる触媒であり、通常、メタロセン系遷移金属化合物や非メタロセン系遷移金属化合物と活性化用助触媒とを接触させることにより、調整される。シングルサイト触媒は、マルチサイト触媒に比べて、活性点構造が均一であるため、高分子量かつ均一度の高い構造の重合体を重合することができるため好ましい。シングルサイト触媒としては、特に、メタロセン系触媒を用いることが好ましい。メタロセン系触媒は、シクロペンタジエニル骨格を有する配位子を含む周期律表第IV族の遷移金属化合物と、助触媒と、必要により有機金属化合物と、担体の各触媒成分とを含む触媒である。 The single-site catalyst is a catalyst capable of forming a uniform active species, and is typically prepared by contacting a metallocene transition metal compound or a non-metallocene transition metal compound with an activating cocatalyst. Single-site catalysts are preferred because, compared to multi-site catalysts, they have a uniform active site structure and can polymerize polymers with high molecular weights and highly uniform structures. Metallocene catalysts are particularly preferred as single-site catalysts. Metallocene catalysts are catalysts that contain the following catalytic components: a transition metal compound of Group IV of the periodic table containing a ligand with a cyclopentadienyl skeleton, a cocatalyst, and, optionally, an organometallic compound and a carrier.
シクロペンタジエニル骨格を有する配位子を含む周期律表第IV族の遷移金属化合物において、そのシクロペンタジエニル骨格とは、シクロペンタジエニル基、置換シクロペンタジエニル基等である。置換シクロペンタジエニル基としては、炭素数1~30の炭化水素基等の置換基を有するものである。遷移金属としては、ジルコニウム、チタン、ハフニウム等が挙げられ、特にジルコニウム、ハフニウムが好ましい。該遷移金属化合物は、シクロペンタジエニル骨格を有する配位子としては通常2個を有し、各々のシクロペンタジエニル骨格を有する配位子は架橋基により互いに結合しているものが好ましい。上記した遷移金属化合物は、一種または二種以上の混合物を触媒成分とすることができる。 In transition metal compounds of Group IV of the periodic table that contain a ligand having a cyclopentadienyl skeleton, the cyclopentadienyl skeleton can be a cyclopentadienyl group, a substituted cyclopentadienyl group, or the like. Substituted cyclopentadienyl groups have a substituent such as a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms. Examples of transition metals include zirconium, titanium, and hafnium, with zirconium and hafnium being particularly preferred. The transition metal compound typically contains two ligands having a cyclopentadienyl skeleton, and it is preferred that the respective cyclopentadienyl ligands are bonded to each other via a bridging group. The above transition metal compounds can be used alone or as a mixture of two or more types as the catalyst component.
助触媒としては、上記した遷移金属化合物を重合触媒として有効になしうる、または触媒的に活性化された状態のイオン性電荷を均衝させうるものをいう。助触媒としては、有機アルミニウムオキシ化合物のベンゼン可溶のアルミノキサンやベンゼン不溶の有機アルミニウムオキシ化合物、イオン交換性層状珪酸塩、ホウ素化合物、活性水素基含有あるいは非含有のカチオンと非配位性アニオンからなるイオン性化合物、酸化ランタン等のランタノイド塩、酸化スズ、フルオロ基を含有するフェノキシ化合物等が挙げられる。 The co-catalyst refers to a substance that can effectively make the transition metal compounds described above function as polymerization catalysts or that can balance the ionic charge in a catalytically activated state. Examples of co-catalysts include benzene-soluble aluminoxanes of organoaluminum oxy compounds and benzene-insoluble organoaluminum oxy compounds, ion-exchangeable layered silicates, boron compounds, ionic compounds consisting of a cation with or without an active hydrogen group and a non-coordinating anion, lanthanoid salts such as lanthanum oxide, tin oxide, and phenoxy compounds containing a fluoro group.
上記した遷移金属化合物は、無機または有機化合物の担体に担持して使用されてもよい。該担体としては無機または有機化合物の多孔質酸化物が好ましく、具体的には、モンモリロナイト等のイオン交換性層状珪酸塩、SiO2、Al2O3、MgO、ZrO2、TiO2、B2O3、CaO、ZnO、BaO、ThO2等またはこれらの混合物が挙げられる。 The transition metal compounds may be used by being supported on an inorganic or organic carrier, preferably an inorganic or organic porous oxide, such as montmorillonite or other ion-exchange layered silicates, SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, ZrO 2 , TiO 2 , B 2 O 3 , CaO, ZnO, BaO, ThO 2 , or mixtures thereof.
更に必要により使用される有機金属化合物としては、有機アルミニウム化合物、有機マグネシウム化合物、有機亜鉛化合物等が例示される。このうち有機アルミニウムが好適に使用される。 Further examples of organometallic compounds that may be used if necessary include organoaluminum compounds, organomagnesium compounds, and organozinc compounds. Of these, organoaluminum compounds are preferred.
また、ポリオレフィンとして、エチレンの重合体やエチレンとα-オレフィンの共重合体を、単独で用いてもよいし、二種以上混合して用いてもよい。 Furthermore, as the polyolefin, ethylene polymers and copolymers of ethylene and α-olefins may be used alone or in combination of two or more types.
<アセトアルデヒド>
アセトアルデヒドは工業用原料として重要な化学薬品である。アセトアルデヒドは、例えば、酢酸や酢酸エチルの原料として有用である。
<Acetaldehyde>
Acetaldehyde is an important industrial chemical, useful as a raw material for, for example, acetic acid and ethyl acetate.
アセトアルデヒドは、従来公知の方法によりエタノールを酸化して製造することができる。例えば、エタノールを塩素によって酸化して、アセトアルデヒドを製造することができる。塩素は、通常、気体状態でエタノールと反応させる。塩素は略100%の濃度で供給してもよいし、不活性ガス(例えば、窒素、ヘリウム、ネオン、アルゴン等)によって希釈して供給してもよい。この場合の希釈の程度は、反応効率を考慮して、50重量%以下、好ましくは25重量%以下が挙げられる。エタノールと塩素とは、例えば、エタノール水溶液100gに対して、25~100sccmの供給量で反応させることが好ましい。 Acetaldehyde can be produced by oxidizing ethanol using conventional methods. For example, acetaldehyde can be produced by oxidizing ethanol with chlorine. Chlorine is typically reacted with ethanol in a gaseous state. Chlorine may be supplied at a concentration of approximately 100%, or it may be diluted with an inert gas (e.g., nitrogen, helium, neon, argon, etc.). In this case, the degree of dilution is 50% by weight or less, preferably 25% by weight or less, taking into account reaction efficiency. Ethanol and chlorine are preferably reacted at a supply rate of 25 to 100 sccm per 100 g of aqueous ethanol solution, for example.
エタノールの塩素による酸化は、塩素ガス、塩化水素、五塩化リン、三塩化リン、オキシ塩化リン、塩化チオニル、次亜塩素酸化合物等の塩素含有化合物を使用して行うことが好ましい。この酸化は、例えば、光反応、熱反応、触媒反応等により実現することができる。これらの中でも、エタノールの塩素ガスによる光塩素化、熱塩素化による酸化が好ましく、より好ましくは塩素ガスによる光塩素化による酸化である。光反応としては、紫外線、可視光線等の種々の波長の光を照射する方法が挙げられるが、これらの中でも、300~500nm程度の波長を有する光源からの光を照射して反応させることが好ましい。光源は、特に限定されることはなく、蛍光灯、水銀ランプ、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、エキシマランプ、LEDランプ等を用いることができる。反応温度は、0~80℃程度、好ましくは0~50℃程度が適している。反応時間は、1~5時間程度が適している。 Oxidation of ethanol with chlorine is preferably carried out using a chlorine-containing compound such as chlorine gas, hydrogen chloride, phosphorus pentachloride, phosphorus trichloride, phosphorus oxychloride, thionyl chloride, or a hypochlorous acid compound. This oxidation can be achieved, for example, by photoreaction, thermal reaction, catalytic reaction, or the like. Among these, photochlorination and thermal chlorination of ethanol with chlorine gas are preferred, with photochlorination with chlorine gas being more preferred. Photoreactions include irradiation with light of various wavelengths, such as ultraviolet light and visible light. Of these, irradiation with light from a light source having a wavelength of approximately 300 to 500 nm is preferred. The light source is not particularly limited, and examples include fluorescent lamps, mercury lamps, halogen lamps, xenon lamps, metal halide lamps, excimer lamps, and LED lamps. The reaction temperature is approximately 0 to 80°C, preferably approximately 0 to 50°C. The reaction time is approximately 1 to 5 hours.
また、他の例として、エタノールを気相で酸素分子および触媒の存在下で酸化して、アセトアルデヒドを製造することができる。このような触媒としては、例えば、金微粒子を分散・固定した卑金属酸化物を用いることができる。卑金属酸化物としては、La2O3、MoO3、Bi2O3、SrO、Y2O3、MgO、BaO、WO3、CuOおよびそれらを1種類以上含む複合酸化物が挙げられる。 As another example, acetaldehyde can be produced by oxidizing ethanol in the gas phase in the presence of oxygen molecules and a catalyst. For example, a base metal oxide with gold particles dispersed and fixed therein can be used as the catalyst. Examples of base metal oxides include La2O3 , MoO3 , Bi2O3 , SrO , Y2O3 , MgO, BaO, WO3 , CuO , and composite oxides containing one or more of these.
エタノールの酸化反応は、エタノールと酸素分子を含有する気体を前記触媒と、例えば100~280℃で接触させることによって行われる。反応に用いられる酸素分子は、酸素ガスとして供給されてもよいし、空気が用いられてもよい。また前記気体である原料ガスには、必要に応じ希釈ガス(キャリアガス)が含有されてもよい。このとき反応に用いられる装置は、通常気相反応を行う際に利用されている一般的な装置によればよい。例えば、触媒を反応管内に充填し、反応管を所定の温度に加熱した状態で、エタノールおよび酸素ガスあるいは空気を含有する気体を反応管に送り込み、これら原料ガスと触媒とを接触させ、反応ガスを回収することにより行われる。反応圧は、常圧で行われればよく、必要であれば0.5~5Pa(気圧)程度加圧してもよい。希釈ガスとしては、例えば、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素などのいわゆる不活性ガスが用いられる。希釈ガスの使用量は、原料ガスの組成、流量、反応熱などを勘案して適宜決定すればよいが、通常エタノールに対し、1~100容量倍とされることが好ましい。 The oxidation reaction of ethanol is carried out by contacting a gas containing ethanol and molecular oxygen with the catalyst at, for example, 100 to 280°C. The molecular oxygen used in the reaction may be supplied as oxygen gas or air. The raw material gas may contain a dilution gas (carrier gas) as needed. The reaction apparatus used in this reaction may be any conventional apparatus typically used for gas-phase reactions. For example, a catalyst is filled into a reaction tube, the reaction tube is heated to a predetermined temperature, and a gas containing ethanol and oxygen gas or air is introduced into the reaction tube. The raw material gas is brought into contact with the catalyst, and the reaction gas is recovered. The reaction pressure can be atmospheric pressure, or, if necessary, increased to approximately 0.5 to 5 Pa (atmospheres). Examples of dilution gases include so-called inert gases such as nitrogen, argon, helium, and carbon dioxide. The amount of dilution gas used can be determined appropriately taking into account the composition, flow rate, and heat of reaction of the raw material gas, but is typically 1 to 100 times the volume of ethanol.
反応管に供給されるエタノールと酸素分子(酸素ガス)の割合は、特に限定されるわけではないが、通常エタノールに対し、酸素ガスあるいは空気中の酸素ガス0.5~100体積%であり、好ましくは1~10体積%、より好ましくは2~5体積%である。触媒の使用量も、特に限定されるものではないが、反応管の内径が6~10mmの条件であれば、一般的には0.1~1.0g程度とされればよい。実用的には、ガス流量との関係で、空間速度(SV)が10,000~40,000hr-1・ml・gcat -1程度の範囲内となる量を使用することが好ましい。 The ratio of ethanol to oxygen molecules (oxygen gas) supplied to the reaction tube is not particularly limited, but is usually 0.5 to 100% by volume of oxygen gas or oxygen gas in air relative to ethanol, preferably 1 to 10% by volume, and more preferably 2 to 5% by volume. The amount of catalyst used is also not particularly limited, but if the inner diameter of the reaction tube is 6 to 10 mm, it is generally sufficient to use about 0.1 to 1.0 g. Practically, in relation to the gas flow rate, it is preferable to use an amount such that the space velocity (SV) is within the range of about 10,000 to 40,000 hr -1 ml g cat -1 .
さらに、アセトアルデヒドは、エタノールを触媒の存在下で脱水素化して製造することもできる。このような触媒としては、例えば、活性種としての銅を含有する固体触媒を用いることができる。活性種としての銅は、エタノールをアセトアルデヒドに変換する活性を有する形態であればよく、金属銅(単体)、銅化合物(酸化物、水酸化物、銅塩(硫酸銅、リン酸銅、硝酸銅、炭酸銅などの無機酸塩;カルボン酸の銅塩などの有機酸塩など)など)のいずれの形態であってもよい。固体触媒は、このような銅単体及び銅化合物から選択された少なくとも一種を含有すればよい。活性種としての銅は、金属銅の形態であるのが好ましい。また、銅は、金属銅又は銅化合物の形態で、そのまま用いてもよく、担体に担持させた形態で用いてもよい。なお、活性種としての銅は、固体触媒の主たる触媒として作用すればよく、助触媒などと組み合わせて用いてもよい。また、固体触媒は、銅及び助触媒の双方が担体に担持された形態であってもよい。 Acetaldehyde can also be produced by dehydrogenating ethanol in the presence of a catalyst. Examples of such catalysts include solid catalysts containing copper as the active species. The copper as the active species may be in any form that is active in converting ethanol to acetaldehyde, such as metallic copper (elementary copper) or a copper compound (oxide, hydroxide, copper salt (inorganic acid salts such as copper sulfate, copper phosphate, copper nitrate, and copper carbonate; organic acid salts such as copper salts of carboxylic acids), etc.). The solid catalyst may contain at least one species selected from these elemental copper and copper compounds. The copper as the active species is preferably in the form of metallic copper. Copper may be used as metallic copper or a copper compound, either directly or supported on a carrier. The copper as the active species acts as the primary catalyst of the solid catalyst, and may be used in combination with a co-catalyst. The solid catalyst may also be in a form in which both the copper and the co-catalyst are supported on a carrier.
上記脱水素反応は、エタノールを固体触媒と接触できればよく、液相反応であってもよいが、通常、気体状のエタノールと固体触媒とを気相で接触させる気相反応である場合が多い。エタノールとアセトアルデヒドとの平衡関係、触媒寿命などの点から、150~350℃、好ましくは170~300℃、さらに好ましくは200~280℃程度であってもよい。なお、反応温度は、高温であるほど、平衡がアセトアルデヒド側に移行するため、転化率を向上できる。反応は、加圧下で行ってもよいが、簡便性の点から常圧下で行ってもよい。また、エタノール転化率に有利である点から減圧下で行うこともできる。 The above dehydrogenation reaction can be a liquid-phase reaction as long as it brings ethanol into contact with a solid catalyst. However, it is typically a gas-phase reaction in which gaseous ethanol is brought into contact with a solid catalyst in the gas phase. Considering the equilibrium between ethanol and acetaldehyde and catalyst life, the reaction temperature may be around 150 to 350°C, preferably 170 to 300°C, and more preferably 200 to 280°C. Note that the higher the reaction temperature, the more the equilibrium shifts toward acetaldehyde, thereby improving the conversion rate. The reaction may be carried out under pressure, but for convenience, it may also be carried out under atmospheric pressure. It can also be carried out under reduced pressure, which is advantageous for ethanol conversion.
<酢酸>
酢酸は工業用原料として重要な化学薬品である。酢酸は、例えば、酢酸ビニルモノマー、無水酢酸、酢酸エステル等の原料として有用である。
<Acetic acid>
Acetic acid is an important industrial chemical, useful as a raw material for, for example, vinyl acetate monomer, acetic anhydride, and acetate esters.
酢酸は、従来公知の方法によりアセトアルデヒドの酸化によって製造することができる。例えば、アセトアルデヒドを触媒の存在下で空気酸化によって、酢酸を製造することができる。触媒としては、酢酸マンガンや酢酸コバルトが挙げられる。 Acetic acid can be produced by the oxidation of acetaldehyde using conventional methods. For example, acetic acid can be produced by air oxidation of acetaldehyde in the presence of a catalyst. Examples of catalysts include manganese acetate and cobalt acetate.
<エチル-t-ブチルエーテル>
エチル-t-ブチルエーテル(ETBE)は工業用原料として重要な化学薬品である。ETBEは、例えば、ガソリンの代替燃料、特にハイオク燃料として有用である。
<Ethyl t-butyl ether>
Ethyl tert-butyl ether (ETBE) is an important chemical used as an industrial raw material. ETBE is useful, for example, as a substitute for gasoline, particularly as a premium fuel.
ETBEは、従来公知の方法によりエタノールとイソブテンから合成することができる。例えば、エタノールとイソブテンを反応触媒の存在下で反応させて製造することができる。原料のエタノールに対するイソブテンのモル比は0.1~10モルであることが好ましく、0.5~2モルであることがより好ましい。 ETBE can be synthesized from ethanol and isobutene using conventional methods. For example, it can be produced by reacting ethanol and isobutene in the presence of a reaction catalyst. The molar ratio of isobutene to the raw material ethanol is preferably 0.1 to 10 moles, and more preferably 0.5 to 2 moles.
反応触媒としては陽イオン交換樹脂を用いることが好ましく、強酸性陽イオン交換樹脂を用いることがより好ましい。このような強酸性陽イオン交換樹脂としては、イオン交換基としてスルホン酸基(-SO3H)等の強酸基が導入された多孔質タイプ(MR形)のスチレン系樹脂が好ましい。強酸性陽イオン交換樹脂の粒径は、0.5~1.0mmであることが好ましい。反応触媒の使用量は、エタノール1モルに対して、1~90gであることが好ましく、1~90gであることがより好ましく、4~9gであることが更に好ましい。 As the reaction catalyst, a cation exchange resin is preferably used, and a strongly acidic cation exchange resin is more preferably used. As such a strongly acidic cation exchange resin, a porous type (MR type) styrene-based resin into which strong acid groups such as sulfonic acid groups (—SO 3 H) have been introduced as ion exchange groups is preferred. The particle size of the strongly acidic cation exchange resin is preferably 0.5 to 1.0 mm. The amount of reaction catalyst used is preferably 1 to 90 g, more preferably 1 to 90 g, and even more preferably 4 to 9 g per mole of ethanol.
また、反応触媒の使用方法は、特に限定されず、固定床、流動床、懸濁床の状態で反応に用いることができる。また、イソブテンとエタノールとを反応させる形式は、特に制限はないが、エタノールが液相を保持出来る加圧気液混相反応方式で施すことが好ましい。この場合、得られるETBEの収率がより向上する。 The reaction catalyst may be used in any manner, including in a fixed bed, fluidized bed, or suspension bed. There are no particular restrictions on the manner in which isobutene and ethanol are reacted, but a pressurized gas-liquid mixed-phase reaction method, which maintains the ethanol in a liquid phase, is preferred. This method further improves the yield of ETBE.
<エステル>
エタノールを種々のカルボン酸と反応させることにより多種多様なエステルを合成することができる。例えば、エタノールと安息香酸とから安息香酸エチルが得られ、またエタノールからエチレンを経てポリエステルの原料であるジエチレングリコール等を得ることもできる。本発明のエタノールを使用してポリエチレンを製造することにより、石油資源に依らない究極の資源循環社会を実現することが可能となる。
<Ester>
A wide variety of esters can be synthesized by reacting ethanol with various carboxylic acids. For example, ethyl benzoate can be obtained from ethanol and benzoic acid, and diethylene glycol, a raw material for polyester, can also be obtained from ethanol via ethylene. By producing polyethylene using the ethanol of the present invention, it is possible to realize an ultimate resource-recycling society that is not dependent on petroleum resources.
ポリエステルは、ジオール単位とジカルボン酸単位とからなり、ジオール単位としてエチレングリコールを用い、ジカルボン酸単位としてテレフタル酸およびイソフタル酸等を用いて重縮合反応により得られるものである。エチレングリコールは、本発明のエタノールを原料としたものであり、例えば、エタノールを、従来公知の方法により、エチレンオキサイドを経由してエチレングリコールを生成する方法等によりエチレングリコールを得ることができる。 The polyester is composed of diol units and dicarboxylic acid units, and is obtained by a polycondensation reaction using ethylene glycol as the diol units and terephthalic acid, isophthalic acid, or the like as the dicarboxylic acid units. The ethanol used in the present invention is used as a raw material for the ethylene glycol, and ethylene glycol can be obtained, for example, by converting ethanol to ethylene oxide using a conventional method.
ジカルボン酸としては、芳香族ジカルボン酸、脂肪族ジカルボン酸、およびそれらの誘導体を制限なく使用することができる。芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸およびイソフタル酸等が挙げられ、芳香族ジカルボン酸の誘導体としては、芳香族ジカルボン酸の低級アルキルエステル、具体的には、メチルエステル、エチルエステル、プロピルエステルおよびブチルエステル等が挙げられる。これらの中でも、テレフタル酸が好ましく、芳香族ジカルボン酸の誘導体としては、ジメチルテレフタレートが好ましい。また、脂肪族ジカルボン酸としては、具体的には、シュウ酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、ダイマー酸ならびにシクロヘキサンジカルボン酸等の通常炭素数が2以上40以下の鎖状或いは脂環式ジカルボン酸が挙げられる。また、脂肪族ジカルボン酸の誘導体として、上記脂肪族ジカルボン酸のメチルエステル、エチルエステル、プロピルエステルおよびブチルエステル等の低級アルキルエステルや、例えば無水コハク酸等の上記脂肪族ジカルボン酸の環状酸無水物が挙げられる。これらのなかでも、アジピン酸、コハク酸、ダイマー酸またはこれらの混合物が好ましく、コハク酸を主成分とするものが特に好ましい。脂肪族ジカルボン酸の誘導体としては、アジピン酸およびコハク酸のメチルエステル、またはこれらの混合物がより好ましい。 Dicarboxylic acids can include aromatic dicarboxylic acids, aliphatic dicarboxylic acids, and their derivatives. Examples of aromatic dicarboxylic acids include terephthalic acid and isophthalic acid. Examples of aromatic dicarboxylic acid derivatives include lower alkyl esters of aromatic dicarboxylic acids, such as methyl esters, ethyl esters, propyl esters, and butyl esters. Among these, terephthalic acid is preferred, and dimethyl terephthalate is preferred as a derivative of an aromatic dicarboxylic acid. Examples of aliphatic dicarboxylic acids include linear or alicyclic dicarboxylic acids typically containing 2 to 40 carbon atoms, such as oxalic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, sebacic acid, dodecanedioic acid, dimer acid, and cyclohexanedicarboxylic acid. Examples of aliphatic dicarboxylic acid derivatives include lower alkyl esters of the above aliphatic dicarboxylic acids, such as methyl esters, ethyl esters, propyl esters, and butyl esters, as well as cyclic acid anhydrides of the above aliphatic dicarboxylic acids, such as succinic anhydride. Among these, adipic acid, succinic acid, dimer acid, or a mixture thereof is preferred, with those containing succinic acid as the main component being particularly preferred. As derivatives of aliphatic dicarboxylic acids, methyl esters of adipic acid and succinic acid, or a mixture thereof, are more preferred.
ポリエステルは、上記したジオール単位とジカルボン酸単位とを重縮合させる従来公知の方法により得ることができる。具体的には、上記のジカルボン酸成分とジオール成分とのエステル化反応及び/又はエステル交換反応を行った後、減圧下での重縮合反応を行うといった溶融重合の一般的な方法や、有機溶媒を用いた公知の溶液加熱脱水縮合方法によって製造することができる。 The polyester can be obtained by a conventionally known method of polycondensing the above-mentioned diol units and dicarboxylic acid units. Specifically, it can be produced by a common melt polymerization method in which an esterification reaction and/or transesterification reaction between the above-mentioned dicarboxylic acid component and diol component is carried out, followed by a polycondensation reaction under reduced pressure, or by a known solution heating dehydration condensation method using an organic solvent.
重縮合反応は、重合触媒の存在下に行うのが好ましく、重合触媒としては、チタン化合物、ジルコニウム化合物及びゲルマニウム化合物等が挙げられる。 The polycondensation reaction is preferably carried out in the presence of a polymerization catalyst, such as a titanium compound, a zirconium compound, or a germanium compound.
ジカルボン酸成分とジオール成分とのエステル化反応及び/又はエステル交換反応の反応温度は、通常、150~260℃の範囲であり、反応雰囲気は、通常窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下である。 The reaction temperature for the esterification reaction and/or transesterification reaction between the dicarboxylic acid component and the diol component is typically in the range of 150 to 260°C, and the reaction atmosphere is typically an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon.
重縮合反応工程において、鎖延長剤(カップリング剤)を反応系に添加してもよい。鎖延長剤は、重縮合終了後、均一な溶融状態で、無溶媒で反応系に添加し、重縮合により得られたポリエステルと反応させる。 In the polycondensation reaction step, a chain extender (coupling agent) may be added to the reaction system. After polycondensation is complete, the chain extender is added to the reaction system in a homogeneous molten state without a solvent, and is reacted with the polyester obtained by polycondensation.
得られたポリエステルは、固化させた後、さらに重合度を高めたり、環状三量体などのオリゴマーを除去するために、必要に応じて固相重合を行ってもよい。 After solidification, the resulting polyester may be further subjected to solid-state polymerization, if necessary, to increase the degree of polymerization or to remove oligomers such as cyclic trimers.
ポリエステルの製造工程において、その特性が損なわれない範囲において各種の添加剤を添加してもよく、例えば、可塑剤、紫外線安定化剤、着色防止剤、艶消し剤、消臭剤、難燃剤、耐候剤、帯電防止剤、摩擦低減剤、離型剤、抗酸化剤、イオン交換剤、着色顔料等を添加することができる。 During the polyester manufacturing process, various additives may be added as long as they do not impair the polyester's properties. Examples of additives that can be added include plasticizers, UV stabilizers, color inhibitors, matting agents, deodorizers, flame retardants, weather resistance agents, antistatic agents, friction reducers, release agents, antioxidants, ion exchange agents, and color pigments.
本発明によるエタノールは、上記したポリマーに限られず、他の種々のポリマーの原料として使用することができ、得られたポリマーの成形品はカーボンニュートラルな材料であるため、石油資源に依らない究極の資源循環社会を実現することが可能となる。 The ethanol produced by this invention can be used as a raw material for a variety of polymers, not just the polymers mentioned above. Because the resulting polymer molded products are carbon-neutral, it will be possible to realize the ultimate resource-circulating society that is not dependent on petroleum resources.
<エタノールを含む製品>
本発明によるエタノールは、上記したようなポリマー原料としてのみならず、様々な製品にも使用することができる。製品としては、例えば、化粧品、香水、燃料、不凍液、殺菌剤、消毒剤、清掃剤、カビ取り剤、洗剤、洗髪剤、石鹸、制汗剤、洗顔シート、溶剤、塗料、接着剤、希釈剤、食品添加物等の化成品が挙げられる。これらの用途に用いることで、用途に応じた適切な効果を発揮することができる。
<Products containing ethanol>
The ethanol of the present invention can be used not only as a polymer raw material as described above, but also in a variety of other products. Examples of such products include cosmetics, perfumes, fuels, antifreeze, disinfectants, sanitizers, cleaning agents, mold removers, detergents, hair washes, soaps, antiperspirants, facial cleansing sheets, solvents, paints, adhesives, diluents, and food additives. By using it in these applications, it can exhibit effects appropriate for each application.
<燃料>
本発明によるエタノールは、燃料(例えば、ジェット燃料、灯油、軽油、ガソリン)等の原材料にも使用することができる。エタノールは、高い殺菌能を有するため、これらは、エンジンや配管のような燃料系内で細菌等が繁殖するのを防止するための殺菌剤としても機能することができる。
<Fuel>
The ethanol according to the present invention can also be used as a raw material for fuels (e.g., jet fuel, kerosene, diesel, gasoline), etc. Because ethanol has high bactericidal properties, it can also function as a disinfectant to prevent the proliferation of bacteria in fuel systems such as engines and piping.
日本国の社団法人自動車技術会規格(2006)では、燃料エタノール中のエタノールの濃度は、99.5体積%以上と定められている。他国でも(例えば、インド)でも、燃料エタノール中のエタノールの濃度は、99.5体積%以上と規定されている。したがって、純度99.5~99.9体積%のエタノールは、エタノール専用車に好適に使用することができる。また、燃料エタノールは、エタノール専用車以外の用途にも使用することができるため、純度99.5~99.9体積%のエタノールは、汎用性が特に高くなる。 The Japan Society of Automotive Engineers of Japan's (2006) standard stipulates that the ethanol concentration in fuel ethanol must be 99.5% by volume or higher. Other countries (such as India) also stipulate that the ethanol concentration in fuel ethanol must be 99.5% by volume or higher. Therefore, ethanol with a purity of 99.5 to 99.9% by volume is suitable for use in dedicated ethanol vehicles. Furthermore, because fuel ethanol can be used for purposes other than dedicated ethanol vehicles, ethanol with a purity of 99.5 to 99.9% by volume is particularly versatile.
また、発明によるエタノールはガソリンと混合して、エタノール混合ガソリンとして使用することもできる。エタノール混合ガソリンを用いることで、環境負荷を低減することができる。エタノール混合ガソリンに用いられるエタノールは、純度が92.0体積%以上であって、好ましくは95.0体積%以上、更に好ましくは99.5体積%以上である。 The ethanol produced by this invention can also be mixed with gasoline to produce ethanol-blended gasoline. Using ethanol-blended gasoline reduces the environmental impact. The purity of the ethanol used in ethanol-blended gasoline is 92.0% by volume or higher, preferably 95.0% by volume or higher, and more preferably 99.5% by volume or higher.
エタノール混合ガソリン中のエタノールの含有量は好ましくは1体積%以上15体積%以下であり、より好ましくは2体積%以上12体積%以下であり、更に好ましくは3体積%以上10体積%以下である。エタノールの含有量が1体積%以上であれば、エタノール配合によるオクタン価向上の利点が得られ、15体積%以下とすることで他のガソリン基材との共沸現象により蒸発特性が著しく変化することがなく、ガソリン自動車の適正な運転性が確保できる。 The ethanol content in ethanol-blended gasoline is preferably 1% by volume or more and 15% by volume or less, more preferably 2% by volume or more and 12% by volume or less, and even more preferably 3% by volume or more and 10% by volume or less. If the ethanol content is 1% by volume or more, the benefit of improving the octane number by blending ethanol can be obtained, and if the ethanol content is 15% by volume or less, evaporation characteristics will not change significantly due to the azeotropic phenomenon with other gasoline base stocks, ensuring proper drivability for gasoline-powered vehicles.
また、エタノール混合ガソリン中の水分量は好ましくは0.01質量%以上0.9質量%以下であり、より好ましくは0.01質量%以上0.7質量%以下である。水分量の下限はガソリン基材の飽和水分量やエタノール中の水分量に依存するものであるが、実質的に0.01質量%程度である。上限は0.9質量%以下であれば、相分離を防止することができ、相分離した場合であっても、ガソリン層によってガソリンエンジンの適正な運転が可能となる。なお、水分量は、JIS K 2275に記載の“原油及び石油製品-水分試験方法”により測定することができ、例えばカールフィッシャー式電量滴定法を用いることができる。 The water content in ethanol-blended gasoline is preferably 0.01% by mass or more and 0.9% by mass or less, and more preferably 0.01% by mass or more and 0.7% by mass or less. The lower limit of the water content depends on the saturated water content of the gasoline base material and the water content of the ethanol, but is essentially around 0.01% by mass. An upper limit of 0.9% by mass or less can prevent phase separation, and even if phase separation occurs, the gasoline layer will ensure proper operation of the gasoline engine. The water content can be measured according to JIS K 2275, "Crude oil and petroleum products - Test method for water content," using, for example, Karl Fischer coulometric titration.
ガソリン基材としては、通常使用されるガソリン基材を任意に用いることができ、特に限定されない。ガソリン基材としては、例えば、原油を常圧蒸留して得られる軽質ナフサ、好ましくはそれを脱硫した脱硫軽質ナフサ、重質ナフサを脱硫後、接触改質して得られる接触改質ガソリン、及びそれを脱ベンゼン処理した脱ベンゼン接触改質ガソリン、脱ベンゼン軽質接触改質ガソリン、脱ベンゼン重質接触改質ガソリン、及びそれらを混合したもの、接触分解や水素化分解法などで得られる分解ガソリン、軽質分解ガソリン、重質分解ガソリン、及びそれらを混合したもの、軽質ナフサを異性化して得られる異性化ガソリン等が挙げられる。 Any commonly used gasoline base stock can be used as the gasoline base stock, and there are no particular limitations. Examples of gasoline base stocks include light naphtha obtained by atmospheric distillation of crude oil, preferably desulfurized light naphtha obtained by desulfurizing it, catalytic reformate obtained by desulfurizing heavy naphtha and then catalytically reforming it, and benzene-free catalytic reformate obtained by removing benzene from heavy naphtha, benzene-free light catalytic reformate, benzene-free heavy catalytic reformate, and mixtures thereof; cracked gasoline obtained by catalytic cracking or hydrocracking, light cracked gasoline, heavy cracked gasoline, and mixtures thereof; and isomerized gasoline obtained by isomerizing light naphtha.
さらに、発明によるエタノールを原料としたETBEはガソリンと混合して、ETBE混合ガソリンとして使用することができる。ETBE混合ガソリンを用いることで、環境負荷を低減することができる。ETBE混合ガソリンのETBEの含有量は好ましくは1体積%以上15体積%以下であり、より好ましくは2体積%以上12体積%以下であり、更に好ましくは3体積%以上10%以下である。ETBEの含有量が1体積%以上であれば、ETBE配合によるオクタン価向上の利点が得られ、15体積%以下とすることで他のガソリン基材との共沸現象により蒸発特性が著しく変化することがなく、ガソリン自動車の適正な運転性が確保できる。 Furthermore, the ethanol-based ETBE of the present invention can be blended with gasoline to produce ETBE-blended gasoline. Using ETBE-blended gasoline reduces the environmental impact. The ETBE content of ETBE-blended gasoline is preferably 1% by volume or more and 15% by volume or less, more preferably 2% by volume or more and 12% by volume or less, and even more preferably 3% by volume or more and 10% by volume or less. An ETBE content of 1% by volume or more provides the benefit of improved octane rating due to blending with ETBE, while a content of 15% by volume or less prevents significant changes in evaporation characteristics due to the azeotropic phenomenon with other gasoline base stocks, ensuring proper drivability for gasoline-powered vehicles.
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail below using examples, but the present invention is not limited to these examples as long as they do not depart from the gist of the present invention.
<エタノール成分評価方法>
以下の実施例、比較例において、エタノール中のナトリウムの含有量を、パーキンエルマー社製の誘導結合プラズマ質量分析装置(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry:ICP-MS)ELAN DRCIIを用いて測定した。
<Ethanol component evaluation method>
In the following Examples and Comparative Examples, the sodium content in ethanol was measured using an ELAN DRC II inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) manufactured by PerkinElmer.
<ブタジエン定量方法>
ブタジエンの定量評価を、ガスクロマトグラフィー装置(GC-2014、SHIMADZU社製)を用いた解析により行った。測定条件は以下のとおりとした。
<GC/MS法の分析条件>
カラム:Rt-Q-BOND(長さ30m、内径0.32mm、膜厚10μm)
オーブン温度:60℃、11.5分間→10℃/分→100℃、14.5分間→10℃/分→250℃
サンプリング時間:5分
キャリアガス:He(30cm/s)
スプリット比率:75
<Butadiene Quantitative Method>
Quantitative evaluation of butadiene was carried out by analysis using a gas chromatography device (GC-2014, manufactured by Shimadzu Corporation). The measurement conditions were as follows.
<GC/MS analysis conditions>
Column: Rt-Q-BOND (length 30 m, inner diameter 0.32 mm, film thickness 10 μm)
Oven temperature: 60°C, 11.5 minutes → 10°C/min → 100°C, 14.5 minutes → 10°C/min → 250°C
Sampling time: 5 minutes Carrier gas: He (30 cm / s)
Split ratio: 75
<安息香酸エチル定量方法>
安息香酸エチルの定量評価を、ガスクロマトグラフィー装置を用いた解析により行った。測定条件は以下のとおりとした。
<GC/MS法の分析条件>
カラム:DB-1(長さ30.0m、内径0.254mm、膜厚0.25m)
昇温条件:30℃-300℃ 15℃/min
キャリアガス:He 100kPa
スプリット比:50
<Quantitative method for ethyl benzoate>
The quantitative evaluation of ethyl benzoate was carried out by analysis using a gas chromatography device under the following measurement conditions.
<GC/MS analysis conditions>
Column: DB-1 (length 30.0 m, inner diameter 0.254 mm, film thickness 0.25 m)
Temperature increase conditions: 30°C - 300°C 15°C/min
Carrier gas: He 100 kPa
Split ratio: 50
<燃焼効率定量方法>
エタノールの燃焼効率の定量評価をFTT社製のコーンカロリーメータを用いた総発熱量解析により行った。
<Combustion efficiency quantification method>
The ethanol combustion efficiency was quantitatively evaluated by gross calorific value analysis using a cone calorimeter manufactured by FTT.
[実施例1]
<エタノールの調製>
以下のようにして、エタノールを製造した。
(原料ガス生成工程)
ごみ焼却設備で一般廃棄物を燃焼した後に排出されるガスを用いた。原料ガスの成分は、一酸化炭素約30体積%、二酸化炭素約30体積%、水素約30体積%および窒素は約10体積%であった。
[Example 1]
<Preparation of ethanol>
Ethanol was produced as follows.
(Raw material gas generation process)
The gas discharged after incineration of municipal waste in a waste incineration facility was used. The raw material gas consisted of approximately 30% by volume of carbon monoxide, approximately 30% by volume of carbon dioxide, approximately 30% by volume of hydrogen, and approximately 10% by volume of nitrogen.
(合成ガス精製工程)
上記にて製造された原料ガスを不純物除去装置であるPSA装置を用いて、ガス温度を80℃まで加温した条件にて、合成ガス中に含まれている二酸化炭素を、もとの含有量(約30体積%)の60~80体積%となるように除去した後、150℃のスチームを用いた二重管式熱交換器にて、ガスの昇温と25℃の冷却水を用いた二重管式熱交換器を用いて再冷却を行い、不純物を析出させ析出した不純物をフィルターで除去することにより、合成ガスを製造した。
(Synthetic gas purification process)
The raw material gas produced as described above was heated to 80°C using a PSA apparatus, which is an impurity removal apparatus, and carbon dioxide contained in the synthesis gas was removed to 60 to 80% by volume of the original content (approximately 30% by volume) under conditions such that the gas temperature was increased. The gas was then heated in a double-pipe heat exchanger using steam at 150°C and re-cooled in a double-pipe heat exchanger using cooling water at 25°C to precipitate impurities, which were then removed using a filter, thereby producing a synthesis gas.
(微生物発酵工程)
主反応器、合成ガス供給孔、および排出孔を備えた、クロストリジウム・オートエタノゲナム(微生物)の種菌と、菌培養用の液状培地(リン化合物、窒素化合物および各種ミネラル等を適切量含む)を充填した連続発酵装置(微生物発酵槽)に、上記のようにして得られた合成ガスを連続的に供給し、培養(微生物発酵)を連続300時間行った。その後、排出孔からエタノールを含有する培養液を約8000L抜き出した。
(Microbial fermentation process)
The synthesis gas obtained as described above was continuously supplied to a continuous fermentation apparatus (microbial fermenter) equipped with a main reactor, a synthesis gas inlet, and a discharge port, and filled with an inoculum of Clostridium autoethanogenum (a microorganism) and a liquid culture medium for bacterial culture (containing appropriate amounts of phosphorus compounds, nitrogen compounds, various minerals, etc.), and culture (microbial fermentation) was carried out continuously for 300 hours. After that, approximately 8,000 L of the ethanol-containing culture medium was withdrawn from the discharge port.
(分離工程)
上記発酵工程で得られた培養液を、固液分離フィルター装置を用いて培養液導入圧200kPa以上の条件にて、エタノール含有液を得た。
(separation process)
The culture solution obtained in the above fermentation step was subjected to a solid-liquid separation filter device under conditions of a culture solution introduction pressure of 200 kPa or more to obtain an ethanol-containing solution.
(蒸留工程)
続いて、エタノール含有液を、170℃のスチームを用いた加熱器を備えた蒸留装置に導入した。蒸留塔底部の温度を8~15分以内に101℃まで上昇させた後、上記エタノール含有液を蒸留塔中部から導入し、連続運転時においては、塔底部を101℃、塔中部を99℃、頭頂部を91℃にて、15秒/Lの条件にて連続運転し、精製されたエタノールを得た。得られたエタノール中のナトリウムの含有量は190mg/Lであった。
(Distillation process)
Subsequently, the ethanol-containing liquid was introduced into a distillation apparatus equipped with a heater using steam at 170 ° C. After the temperature of the bottom of the distillation column was raised to 101 ° C. within 8 to 15 minutes, the ethanol-containing liquid was introduced from the middle of the distillation column. During continuous operation, the column bottom was kept at 101 ° C., the middle at 99 ° C., and the top at 91 ° C., and the distillation was continued at 15 sec/L to obtain purified ethanol. The sodium content in the obtained ethanol was 190 mg/L.
(ブタジエンの製造方法)
上記のようにして得られたエタノールを用いてブタジエンを製造した。先ず、得られたエタノールは、反応に供するガスとするため、90℃に熱した単管にエタノールを通して気化させ、気化したエタノールガスを窒素と合流させた。この際のエタノールガスの流量をSV360L/hr/L、窒素をSV840L/hr/Lとなるようにマスフローでコントロールすることでエタノール30体積%(気体換算)と窒素70体積%(気体換算)との混合ガスとした。続いて、Hf、ZnおよびCeを主成分とするブタジエン合成用触媒0.85gが充填された直径1/2インチ(1.27cm)、長さ15.7インチ(40cm)のステンレス製の円筒型の反応管を、温度350℃、圧力(反応床の圧力)0.1MPaに保持しながら上記混合ガスを連続的に供給することにより、ブタジエン含有ガスを得た。得られたブタジエン含有ガスをGC-2014(SHIMADZU社製)のガスクロマトグラフィー装置を用いてブタジエンの含有量を定量した。結果は表1に示されるとおりであった。
(Method for producing butadiene)
Butadiene was produced using the ethanol obtained as described above. First, the obtained ethanol was vaporized through a single tube heated to 90°C to prepare a gas for reaction, and the vaporized ethanol gas was combined with nitrogen. The mass flow was controlled so that the ethanol gas flow rate was 360 L/hr/L and the nitrogen flow rate was 840 L/hr/L, resulting in a mixed gas of 30% by volume (gas equivalent) ethanol and 70% by volume (gas equivalent) nitrogen. Subsequently, the mixed gas was continuously supplied to a stainless steel cylindrical reaction tube with a diameter of 1/2 inch (1.27 cm) and a length of 15.7 inches (40 cm) filled with 0.85 g of a butadiene synthesis catalyst mainly composed of Hf, Zn, and Ce, while maintaining the temperature at 350°C and the pressure (reaction bed pressure) at 0.1 MPa, thereby producing a butadiene-containing gas. The butadiene content of the obtained butadiene-containing gas was quantified using a gas chromatography apparatus GC-2014 (manufactured by Shimadzu Corporation). The results are shown in Table 1.
[比較例1]
化石燃料由来エタノールである99度エタノール(甘糟化学産業株式会社製)を用いて、実施例1と同様の方法によりブタジエンを製造し、実施例1と同様にしてブタジエンの含有量を定量した。結果は表1に示されるとおりであった。なお、化石燃料由来エタノールである99度エタノール中のナトリウムの含有量は120mg/Lであった。
[Comparative Example 1]
Butadiene was produced in the same manner as in Example 1 using 99% ethanol (manufactured by Amakasu Chemical Industry Co., Ltd.), which is fossil fuel-derived ethanol, and the butadiene content was quantified in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. The sodium content in the 99% ethanol, which is fossil fuel-derived ethanol, was 120 mg/L.
[比較例2]
植物の糖化発酵由来である99度エタノール(甘糟化学産業株式会社製)を用いて、実施例1と同様の方法によりブタジエンを製造し、実施例1と同様にしてブタジエンの含有量を定量した。結果は表1に示されるとおりであった。なお、植物の糖化発酵由来である99度エタノール中のナトリウムの含有量は140mg/Lであった。
[Comparative Example 2]
Butadiene was produced in the same manner as in Example 1 using 99% ethanol (manufactured by Amakasu Chemical Industry Co., Ltd.) derived from the saccharification and fermentation of plants, and the butadiene content was quantified in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1. The sodium content in the 99% ethanol derived from the saccharification and fermentation of plants was 140 mg/L.
表1に示されるとおり、ごみ焼却設備で一般廃棄物を燃焼した後に排出されるガスを用いて製造されたエタノールは、従来の化石燃料由来のエタノールや植物からの糖化発酵由来のエタノールに比べて、ブタジエンへの変換効率が高いことが分かった。 As shown in Table 1, ethanol produced using the gas emitted after incineration of municipal waste in waste incineration plants has a higher conversion efficiency to butadiene than ethanol derived from conventional fossil fuels or ethanol derived from saccharification and fermentation of plants.
[実施例2]
(安息香酸エチルの製造)
実施例1で使用したエタノールと同じエタノールを用い、以下のようにして安息香酸エチルを製造した。先ず、アルゴン気流下において、安息香酸36.8gとエタノール200mlを混合させ、濃硫酸9mlを加えて還流させながら5時間攪拌した。その後、室温まで放冷し、減圧下で未反応エタノールを除去し、ジエチルエーテル100mlで合成した安息香酸エチルを回収した。回収した液を蒸留水で洗浄し、硫化マグネシウムを用いて乾燥させた後、ろ過濃縮した。
得られたろ液を、ガスクロマトグラフィー装置を用いて成分分析を行い、安息香酸エチル合成量を定量した。その際の分析条件を以下に示す。分析結果は表2に示されるとおりであった。
カラム:DB-1(長さ30.0m、内径0.254mm、膜厚0.25m)
昇温条件:30-300℃ 15℃/min
キャリアガス:He 100kPa
スプリット比:50
[Example 2]
(Production of ethyl benzoate)
Ethyl benzoate was produced using the same ethanol as used in Example 1 as follows. First, 36.8 g of benzoic acid and 200 ml of ethanol were mixed under an argon stream, and 9 ml of concentrated sulfuric acid was added. The mixture was stirred under reflux for 5 hours. The mixture was then allowed to cool to room temperature, and unreacted ethanol was removed under reduced pressure. Ethyl benzoate synthesized with 100 ml of diethyl ether was recovered. The recovered solution was washed with distilled water, dried over magnesium sulfide, and then filtered and concentrated.
The obtained filtrate was subjected to component analysis using a gas chromatograph to quantify the amount of ethyl benzoate synthesized. The analytical conditions are shown below. The analytical results are shown in Table 2.
Column: DB-1 (length 30.0 m, inner diameter 0.254 mm, film thickness 0.25 m)
Temperature increase conditions: 30-300°C, 15°C/min
Carrier gas: He 100 kPa
Split ratio: 50
[比較例3]
比較例1で使用した石油化学由来のエタノールを用いた以外は実施例2と同様にして安息香酸エチルを製造し、定量した。分析結果は表2に示されるとおりであった。
[Comparative Example 3]
Ethyl benzoate was produced and quantified in the same manner as in Example 2, except that the petrochemical-derived ethanol used in Comparative Example 1 was used. The analytical results are shown in Table 2.
[比較例4]
比較例2で使用した石油化学由来のエタノールを用いた以外は実施例2と同様にして安息香酸エチルを製造し、定量した。分析結果は表2に示されるとおりであった。
[Comparative Example 4]
Ethyl benzoate was produced and quantified in the same manner as in Example 2, except that the petrochemical-derived ethanol used in Comparative Example 2 was used. The analytical results are shown in Table 2.
表2に示されるとおり、ごみ焼却設備で一般廃棄物を燃焼した後に排出されるガスを用いて製造されたエタノールは、従来の化石燃料由来のエタノールや植物からの糖化発酵由来のエタノールに比べて、安息香酸エチルへの変換効率が高いことが分かった。 As shown in Table 2, ethanol produced using the gas emitted after incineration of municipal waste in waste incineration plants was found to have a higher conversion efficiency to ethyl benzoate than conventional ethanol derived from fossil fuels or ethanol derived from saccharification and fermentation of plants.
[実施例3]
実施例1で使用したエタノールと同じエタノールを用いエタノールの燃焼効率を定量した。燃料効率は、無加熱条件下にて、長さ60mm×幅60mm×高さ30mmの耐熱容器にエタノール30gを加えたのち着火し、コーンカロリーメータ(FTT社製)内で完全に燃焼しきるまでの酸素減少量を測定し、酸素減少量に基づいて総発熱量を算出することにより定量した。定量結果は表3に示されるとおりであった。
[Example 3]
The combustion efficiency of ethanol was quantified using the same ethanol as used in Example 1. The fuel efficiency was quantified by placing 30 g of ethanol in a heat-resistant container measuring 60 mm long x 60 mm wide x 30 mm high under unheated conditions, igniting it, measuring the amount of oxygen lost until the ethanol was completely burned in a cone calorimeter (manufactured by FTT), and calculating the total calorific value based on the amount of oxygen lost. The quantitative results are shown in Table 3.
[比較例5]
比較例1で使用したエタノールを使用した以外は、実施例3と同様にしてエタノールの燃焼効率を定量した。定量結果は表3に示されるとおりであった。
[Comparative Example 5]
The combustion efficiency of ethanol was quantified in the same manner as in Example 3, except that the ethanol used in Comparative Example 1 was used. The results of the quantification are shown in Table 3.
[比較例6]
比較例2で使用したエタノールを使用した以外は、実施例3と同様にしてエタノールの燃焼効率を定量した。定量結果は表3に示されるとおりであった。
[Comparative Example 6]
The combustion efficiency of ethanol was quantified in the same manner as in Example 3, except that the ethanol used in Comparative Example 2 was used. The results of the quantification are shown in Table 3.
表3に示されるとおり、ごみ焼却設備で一般廃棄物を燃焼した後に排出されるガスを用いて製造されたエタノールは、従来の化石燃料由来のエタノールや植物からの糖化発酵由来のエタノールに比べて、燃焼効率が高いことが分かった。 As shown in Table 3, ethanol produced using the gas emitted after incinerating municipal waste in waste incineration facilities has higher combustion efficiency than ethanol derived from conventional fossil fuels or ethanol derived from saccharification and fermentation of plants.
Claims (13)
無機成分を含み、ナトリウムの含有量が150mg/L以上1000mg/L以下である、廃棄物由来のエタノール組成物。 a step of producing a raw material gas containing carbon monoxide and hydrogen by gasifying waste as a carbon source; a step of purifying the raw material gas using at least one type of separation device selected from pressure swing adsorption, temperature swing adsorption, and pressure temperature swing adsorption to obtain a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen; a microbial fermentation step of supplying the synthesis gas to a fermenter containing Clostridium bacteria as microorganisms to obtain an ethanol-containing liquid by microbial fermentation; a separation step of separating the ethanol-containing liquid into microorganisms and/or proteins derived from the microorganisms, and ethanol; and a purification step of purifying the ethanol composition,
A waste-derived ethanol composition containing inorganic components and having a sodium content of 150 mg/L or more and 1000 mg/L or less.
無機成分を含み、ナトリウムの含有量が150mg/L以上1000mg/L以下である、廃棄物由来のエタノール組成物。 A waste-derived ethanol composition obtained by a method comprising: a step of producing a raw material gas containing carbon monoxide and hydrogen by gasifying waste as a carbon source; a step of purifying the raw material gas using at least one type of separation device selected from pressure swing adsorption, temperature swing adsorption, and pressure temperature swing adsorption to obtain a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen; a microbial fermentation step of supplying the synthesis gas to a fermenter containing Clostridium bacteria as microorganisms to obtain an ethanol-containing liquid by microbial fermentation; and a purification step of purifying the ethanol-containing liquid after removing the microorganisms,
A waste-derived ethanol composition containing inorganic components and having a sodium content of 150 mg/L or more and 1000 mg/L or less.
前記原料ガスを、圧力スイング吸着方式、温度スイング吸着方式、および圧力温度スイング吸着方式の少なくとも1種の分離装置を用いて精製して、一酸化炭素および水素を含む合成ガスを得る工程と、
前記合成ガスを微生物としてクロストリジウム属細菌を含む発酵槽に供給し、微生物発酵によりエタノール含有液を得る微生物発酵工程と、
前記エタノール含有液を、微生物および/または微生物由来のタンパク質と、エタノールとに分離する分離工程と、
エタノール組成物を精製する精製工程と、
を含み、
前記精製されたエタノール組成物中のナトリウムの含有量が150mg/L以上1000mg/L以下である、廃棄物由来のエタノール組成物の製造方法。 generating a raw material gas containing carbon monoxide and hydrogen by gasifying waste as a carbon source;
purifying the feed gas using at least one separation device of a pressure swing adsorption type, a temperature swing adsorption type, or a pressure temperature swing adsorption type to obtain a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen;
a microbial fermentation step of supplying the synthesis gas to a fermenter containing Clostridium bacteria as microorganisms and obtaining an ethanol-containing liquid by microbial fermentation;
a separation step of separating the ethanol-containing liquid into microorganisms and/or proteins derived from microorganisms, and ethanol;
a purification step of purifying the ethanol composition;
Including,
A method for producing a waste-derived ethanol composition, wherein the purified ethanol composition has a sodium content of 150 mg/L or more and 1000 mg/L or less.
前記原料ガスを、圧力スイング吸着方式、温度スイング吸着方式、および圧力温度スイング吸着方式の少なくとも1種の分離装置を用いて精製して、一酸化炭素および水素を含む合成ガスを得る工程と、
前記合成ガスを微生物としてクロストリジウム属細菌を含む発酵槽に供給し、微生物発酵によりエタノール含有液を得る微生物発酵工程と、
前記エタノール含有液を、前記微生物を除去した後に精製する精製工程と、
を含み、
前記精製されたエタノール組成物中のナトリウムの含有量が150mg/L以上1000mg/L以下である、廃棄物由来のエタノール組成物の製造方法。 generating a raw material gas containing carbon monoxide and hydrogen by gasifying waste as a carbon source;
purifying the feed gas using at least one separation device of a pressure swing adsorption type, a temperature swing adsorption type, or a pressure temperature swing adsorption type to obtain a synthesis gas containing carbon monoxide and hydrogen;
a microbial fermentation step of supplying the synthesis gas to a fermenter containing Clostridium bacteria as microorganisms and obtaining an ethanol-containing liquid by microbial fermentation;
a purification step of purifying the ethanol-containing liquid after removing the microorganisms;
Including,
A method for producing a waste-derived ethanol composition, wherein the purified ethanol composition has a sodium content of 150 mg/L or more and 1000 mg/L or less.
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