[发明专利]以生物质为原料的糖化液制造方法及装置和连续式反应器

说明书

本发明涉及以生物质为原料的糖化液制造方法及装置和连续式反应器。在将纤维素系生物质的浆液通过连续式反应器连续进行热水处理时，在连续式反应器的前段部上强力搅拌，在后段部分上通过推进力弱的搅拌装置进行搅拌，从而在与混合轴垂直的截面上均匀混合，同时在轴方向上维持活塞流。对于糖化浆液，优选的是在使用糖化液稀释后，通过破碎装置破碎固形物，并且进行闪蒸。

技术领域

本发明涉及将利用于将糖类通过酒精发酵或乳酸发酵等发酵手段进行的如乙醇（生物乙醇）或聚乳酸等的生化物质（biochemical）的制造中的纤维素系生物质，在超临界状态或亚临界状态下进行水解而制造糖化液的方法以及装置。本发明还涉及适用于将纤维素系生物质在超临界状态或亚临界状态下进行水解而制造糖化液的装置中的连续式反应器。

背景技术

作为生物质能源利用的一个环节，尝试着分解作为植物主成分的纤维素或半纤维素而制造糖化液，并且通过使糖酒精发酵而得到乙醇。其中，规划着将得到的乙醇作为燃料用主要向汽车燃料中混入一部分，或者作为汽油的代替燃料进行利用。

此外，今年来，在工业中还实现了将分解纤维素或半纤维素而得到的糖化液提供至乳酸发酵中而制造L-乳酸，并且将其聚合而制造作为生物基聚合物的一种的聚乳酸。聚乳酸作为生物降解性塑料受到关注。

植物的主成分中包含纤维素（作为由六个碳构成的C6单糖的葡萄糖的聚合物）、半纤维素（由五个碳构成的C5单糖和C6单糖的聚合物）、木质素、淀粉，而乙醇是将C5单糖、C6单糖、作为它们的复合体的寡糖等的糖类作为原料通过如酵母菌等的微生物的发酵作用而生成。

为了将纤维素或半纤维素等的纤维素系生物质分解为糖类，工业上利用1）通过硫酸等强酸的氧化力进行水解的方法、2）通过酶进行分解的方法、3）利用超临界水或亚临界水的氧化力的方法的三种方法。然而，对于1）的酸分解法，所添加的酸成为酵母菌或乳酸菌等的发酵用细菌的阻碍物质，因此在将纤维素或半纤维素分解为糖类后、使糖类发酵之前必须进行所添加的酸的中和处理，因其处理费用的问题而经济性方面难以实用化。对于2）的酶分解法，尽管可以进行常温常压处理，但是没有发现有效的酶，即使被发现也预计酶的生产成本较高，因经济性的原因而在工业规模上仍没有实现的可能。

作为通过3）的超临界水或亚临界水水解纤维素系生物质而形成糖类的方法，专利文献1中公开了以将纤维素粉末与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。专利文献2公开了将切成细片的生物质在140～230℃且加压至饱和水蒸汽压以上的热水中水解规定时间而分解提取半纤维素，之后在加热至纤维素的分解温度以上的加压热水中水解而分解提取纤维素的方法。专利文献3公开了以使平均聚合度100以上的纤维素与温度250℃以上450℃以下、压力15MPa以上450MPa以下的超临界水或亚临界水接触反应0.01秒以上5秒以下，之后冷却而与温度250℃以上350℃以下、压力15MPa以上450MPa以下的亚临界水接触1秒以上10分钟以下而进行水解为特征的葡萄糖和/或水溶性纤维寡糖的制造方法。

专利文献4公开了除了从木质生物质以高收率、高效率得到糖类以外，还能够将包含C5糖类和C6糖类的糖类与包含C6糖类的糖类分离回收的糖类的制造方法。专利文献4的糖类的制造方法的特征是包括：将在木质生物质中加入高温高压水而形成的浆液进行加热处理的第一浆液加热工序（S1）；将经加热处理的浆液分离为液体成分与固体成分的第一分离工序（S2）；在分离的固体成分中加入水而形成浆液，将该浆液进行加热处理的第二浆液加热工序（S3）；将经加热处理的浆液分离为液体成分与固体成分的第二分离工序（S4）；和从分离的液体成分中去除水而得到糖类的有用成分得到工序（S5）；除了在有用成分得到工序（S5）中得到糖类以外，还从在第一分离工序（S2）中分离的液体成分中去除水而得到糖类。

专利文献5公开了L-乳酸生产方法，其包括在含有作为基质的、从来自于纤维素和/或半纤维素的纤维二糖、纤维寡糖类、木糖、阿拉伯糖、葡萄糖组成的群中选择的任意一个的环境（培养基）中，培养可生产L-乳酸的乳酸菌（但是蒙氏肠球菌NITE BP-965除外），得到L-乳酸的工序。