[发明专利]以纤维素系生物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加水分解纤维素系生物物质来制造糖类，其后，通过使糖类酒精发酵而制造乙醇（生物乙醇）的方法。

背景技术

作为利用生物物质的能量的一环，有使作为植物的主成分的纤维素或半纤维素分解，得到乙醇的尝试。在此打算将得到的乙醇主要作为燃料使用，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单糖的葡萄糖的聚合物）、半纤维素（由5个碳构成的C5单糖与C6单糖的聚合物）、木质素、淀粉，而乙醇是以C5单糖、C6单糖、作为他们的复合体的寡糖这样的糖类为原料，利用酵母菌这样的微生物的发酵作用产生的。

为了使纤维素或半纤维素这样的纤维素系生物物质分解为糖类，工业上采用三种方法，即：1）利用硫酸等强酸的氧化力加水分解的方法，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。但是，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，必须进行中和处理以中和使糖类酒精发酵之前添加的酸，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，即使是找到了也可以预测酶的生产成本较高，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物质加水分解为糖类的方法，以使纤维素粉末与240～340℃的加压热水接触而加水分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物质在加压至饱和水蒸气压以上的140℃～230℃的热水中以规定时间加水分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加水分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，其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分钟以下进行加水分解为特征的葡萄糖和/或水溶性纤维寡糖的制造方法.。

利用超临界水或亚临界水加水分解纤维素系生物物质时，为了使生物物质的浆液达到高温高压需要大量的能量。因此，存在通过从加水分解后的高温高压浆液中进行热回收而谋求节能化的技术。例如，依次运行多台压力容器，使加水分解后的糖化液浆液闪蒸而迅速冷却的同时，将闪蒸蒸汽用于别的压力容器内的生物物质浆液的预热的技术已被专利文献4公开。在专利文献4中也公开了将闪蒸后的糖化液浆液和充填于别的压力容器中的生物物质浆液进行热交换的技术。同样的技术，也已被专利文献5和6公开。

另一方面，通过闪蒸可以除去浆液中的水分或挥发性物质。在专利文献7中公开了热水处理水性污水污泥浆液，通过多级闪蒸而脱水的技术。在专利文献8中公开了地下水或工业废水这样的废水中包含四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯或苯这样的挥发性有机化合物时，为了从该废水中分离挥发性有机化合物而进行处理的装置。在该装置中，通过多阶段的闪蒸将挥发性有机化合物从废水中除去。

现有技术文献

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：国际公开第WO2008/050740号公报；

专利文献5：日本特开2009-261275号公报；

专利文献6：日本特开2009-261276号公报；

专利文献7：日本特开平6-39400号公报；

专利文献8：日本特开2007-307466号公报。

发明内容

发明要解决的问题

用高温高压的超临界水或亚临界水将生物物质的主要构成成分纤维素和半纤维素糖化分解的方法是，与使用强酸的加水分解方法相比，由于不需要酸的中和处理，因而不仅处理成本低、而且还利于环境的处理方法。但是，使用超临界水或亚临界水时，由于其强有力的氧化力，纤维素和半纤维素的分解在数秒～数分钟内就能完成，因此分解完成后如果不立刻冷却，则会有好不容易生成的糖类过度分解为有机酸等的缺点。