[发明专利]以纤维素系生物质为原料的乙醇制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于在超临界状态或亚临界状态下将纤维素系生物质进行水解而制造糖类，之后，将糖类进行酒精发酵以此制造乙醇（生物乙醇）的方法。

背景技术

作为利用生物质的能源的一个环节，尝试着使作为植物的主成分的纤维素或半纤维素分解，得到乙醇。在此计划着将得到的乙醇作为燃料主要在汽车燃料中混入一部分，或作为汽油的替代燃料使用。

植物的主要成分中包含纤维素（作为由6个碳构成的C6糖类的葡萄糖的聚合物）、半纤维素（由5个碳构成的C5糖类与C6糖类的聚合物）、木质素、淀粉，而乙醇是以C5糖类、C6糖类、作为他们的复合体的寡糖等的糖类为原料，利用像酵母菌这样的微生物的发酵作用产生的。

为了使像纤维素或半纤维素这样的纤维素系生物质分解为糖类，工业上采用三种方法，即：1）利用硫酸等强酸的氧化力水解的方法，2）利用酶分解的方法，3）利用超临界水或亚临界水的氧化力的方法。然而，1）的酸分解方法所添加的酸会对酵母菌的发酵形成妨碍，因此将纤维素或半纤维素分解为糖类之后，在使糖类进行酒精发酵之前必须对已添加的酸进行中和处理，由于该处理的费用问题，该方法实用化有经济上的困难。2）的酶分解方法能够以常温恒压处理，但是目前还没有找到有效的酶，即使是找到了也会预料到酶的生产成本较高，在经济性方面还没有在工业规模上实现的希望。

作为3）的利用超临界水或亚临界水将纤维素系生物质水解为糖类的方法，以使纤维素粉末与240～340℃的加压热水接触而水解为特征的非水溶性多糖类的制造方法已被专利文献1公开。专利文献2公开了使形成碎片的生物质在140℃～230℃且加压至饱和水蒸气压以上的热水中以规定时间水解来分解提取半纤维素，其后在加热至纤维素的分解温度以上的加压热水中水解来分解提取纤维素的方法。专利文献3公开了以使平均聚合度为100以上的纤维素与温度为250℃以上450℃以下、压力为15MPa以上450MPa以下的超临界水或亚临界水接触反应0.01秒以上5秒以下，之后使其冷却后与温度为250℃以上350℃以下、压力为15MPa以上450MPa以下的亚临界水接触1秒以上10分钟以下进行水解为特征的葡萄糖和/或水溶性纤维寡糖的制造方法。

专利文献4公开了能够从木质生物质以高收率、高效率得到糖类，并且分离回收包含C5糖类和C6糖类的糖类、和包含C6糖类的糖类的糖类的制造方法。专利文献4的糖类的制造方法包括：对在木质生物质中加入高温高压水的浆料进行加热处理的第一浆料加热工序（S1）；将加热处理的浆料分离为液体成分和固体成分的第一分离工序（S2）；在分离的固体成分中加入水形成浆料，对该浆料进行加热处理的第二浆料加热工序（S3）；将经加热处理的浆料分离为液体成分和固体成分的第二分离工序（S4）；和从分离的液体成分中去除水而得到糖类的有用成分得到工序（S5）；其特征在于，在有用成分得到工序（S5）中，除了得到糖类以外，还从在第一分离工序（S2）中被分离的液体成分中去除水后得到糖类。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特开2000-186102号公报；

专利文献2：日本特开2002-59118号公报；

专利文献3：日本特开2003-212888号公报；

专利文献4：日本特开2010-81855号公报。 

发明内容

发明要解决的问题：

在利用超临界水或亚临界水对纤维素系生物质进行水解而制造糖类的现有技术中，热水处理的纤维素系生物质浆料中的生物质浓度（固形物浓度）越高，则能够处理越多的生物质，因此能够节约能源。

在这里，在通常的水解法中，将生物质中的半纤维素进行热水处理（第一次热水处理）而水解为C5糖类，并将残渣进行脱水处理，而将固形物（固态残渣）再次形成浆料在更加苛刻的条件下进行热水处理（第二次热水处理）而将生物质中的纤维素水解为C6糖类。然而，在第一次的热水处理后，在通过脱水处理得到的残渣中残留着10%的通过第一次的热水处理产生的C5糖类。该C5糖类通过第二次的热水处理氧化为如有机酸那样的、下述发酵工序中的妨碍酒精发酵的物质。

因此，在为了提高水解效率而提高纤维素系生物质浆料中的生物质浓度时，残留在第一次的热水处理后的残渣中的C5糖类量增加。其结果是，C5糖类的损失进一步增大，也成为酒精发酵的效率下降的原因。在提高浆料浓度时，浆料的流动性下降，难以使用配管输送浆料。此外，间接热交换器中的热传递率也下降。