糖化反應(yīng)設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供能夠通過原料投入裝置以適合糖化分解的狀態(tài)向反應(yīng)器投入原料，在反應(yīng)器內(nèi)高效地進(jìn)行糖化分解的糖化反應(yīng)設(shè)備。具備：使原料（10）發(fā)生糖化反應(yīng)的反應(yīng)器（14）；和將原料（10）以規(guī)定間隔投入至反應(yīng)器（14）內(nèi)的原料投入裝置（20）；反應(yīng)器（14）具有使由原料投入裝置（20）投入的原料（10）上升至糖化反應(yīng)溫度的加熱蒸汽供給部（58）、和使投入的原料（10）在高溫高壓下發(fā)生糖化反應(yīng)并在規(guī)定的短時(shí)間內(nèi)向排出口（56）依次輸送的輸送機(jī)構(gòu)（54）；原料投入裝置（20）形成為將原料（10）以適合反應(yīng)器（14）的糖化反應(yīng)速度的堆積密度投入至反應(yīng)器（14）內(nèi)的結(jié)構(gòu)。
【專利說明】糖化反應(yīng)設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及通過原料投入裝置將生物質(zhì)原料等投入至反應(yīng)器中后使其糖化分解的糖化反應(yīng)設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]作為利用生物質(zhì)能源的一個(gè)環(huán)節(jié)，嘗試著將作為甘蔗渣、稻草等的植物的主成分的纖維素或半纖維素進(jìn)行糖化分解后，從糖液中得到乙醇。而且，計(jì)劃著將得到的乙醇作為燃料用而部分混入到汽車燃料中，或者作為汽油的代替燃料利用。
[0003]作為將像纖維素或半纖維素那樣的纖維素類生物質(zhì)分解為糖類的方法，具有通過高溫高壓的超臨界水或亞臨界水進(jìn)行糖化分解的方法。
[0004]作為該方法，例如將作為甘蔗渣、稻草等的粉碎物的生物質(zhì)原料(在該說明書及權(quán)利要求書中簡稱為“原料”)投入至反應(yīng)器中，在反應(yīng)器中糖化分解后得到C5糖液，將該C5糖液的脫水濾餅進(jìn)一步在反應(yīng)器中糖化分解后得到C6糖液。然后，將這些糖液發(fā)酵后蒸餾，以此產(chǎn)生乙醇。
[0005]然而，當(dāng)使用高溫高壓的超臨界水或亞臨界水時(shí)，因?yàn)槠鋸?qiáng)的氧化能力而在數(shù)秒?數(shù)分鐘的短時(shí)間內(nèi)完成纖維束及半纖維束的糖化分解。
[0006]因此，迫切需要能夠?qū)⑸镔|(zhì)原料在短時(shí)間內(nèi)以適合于糖化反應(yīng)的狀態(tài)投入至反應(yīng)器中，并在反應(yīng)器中高效地糖化分解，以此提高糖化率的糖化反應(yīng)設(shè)備。
[0007]作為這種供給生物質(zhì)原料等的裝置的現(xiàn)有技術(shù)，具有在將被處理物供給至加壓容器內(nèi)的供給裝置上設(shè)置有排水單元的中空體內(nèi)，從面向加壓容器的開口用活塞推出被處理物的裝置(例如參照專利文獻(xiàn)I)。
[0008]又，作為另一現(xiàn)有技術(shù)，具有通過在氣缸部的內(nèi)部移動(dòng)的活塞將含有漿液和固形物的被注入物供給至高溫高壓反應(yīng)裝置內(nèi)，并且為了防止固形物的堵塞而設(shè)置貫通活塞的貫通孔內(nèi)的主軸(spindle)的注入裝置(例如參照專利文獻(xiàn)2)。
[0009]此外，作為又一現(xiàn)有技術(shù)，具有使細(xì)小地粉碎的固體從圓筒的狹縫向插入室重力落下，之后關(guān)閉圓筒的狹縫，并通過活塞從插入室向高壓的反應(yīng)容器內(nèi)供給固體的干式供給機(jī)(例如參照專利文獻(xiàn)3)。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn):
專利文獻(xiàn):
專利文獻(xiàn)1:日本特開2005-145697號(hào)公報(bào)；
專利文獻(xiàn)2:日本特開2006-7108號(hào)公報(bào)；
專利文獻(xiàn)3:日本特開昭62-102826號(hào)公報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明要解決的問題:
然而，作為將生物質(zhì)原料投入至反應(yīng)器的方法，具有使原料以含有水分并壓密的狀態(tài)投入的方法。然而，當(dāng)使原料以壓密的狀態(tài)投入至反應(yīng)器內(nèi)時(shí)，為了使該原料上升至糖化反應(yīng)溫度而需要時(shí)間。這可能是因?yàn)楫?dāng)使原料以壓密的狀態(tài)投入至反應(yīng)器內(nèi)時(shí)，保持成塊的狀態(tài)而難以粉碎，不能迅速與蒸汽混合而導(dǎo)致溫度上升速度變慢。因此，將原料壓密后投入時(shí)糖化率下降。這一點(diǎn)在通過記載于上述專利文獻(xiàn)I的裝置供給原料時(shí)也相同。又，在記載于上述專利文獻(xiàn)2的裝置的情況下，也難以使固形物迅速地上升至糖化反應(yīng)溫度。
[0012]另一方面，也具有使原料以不壓密的狀態(tài)投入至高壓的反應(yīng)器內(nèi)的方法。作為該方法，具有通過一般的閉鎖料斗(lock hopper)進(jìn)行的投入方法。然而,通過閉鎖料斗進(jìn)行的投入方法是，打開設(shè)置于上部的閘閥使原料投入至低壓的料斗內(nèi)后關(guān)閉閘閥，打開設(shè)置于下部的調(diào)壓閥而使料斗內(nèi)部達(dá)到與反應(yīng)器相同的高壓后關(guān)閉調(diào)壓閥。然后，通過打開設(shè)置于下部的閘閥以此使原料投入至反應(yīng)器內(nèi)。之后，關(guān)閉閘閥，打開設(shè)置于上部的調(diào)壓閥以此使料斗內(nèi)部達(dá)到低壓后關(guān)閉調(diào)壓閥。之后，打開上部的閘閥，向料斗內(nèi)投入下一批原料。因此，通過閉鎖料斗進(jìn)行原料投入時(shí)，為了重復(fù)這些動(dòng)作而需要投入間隔。該投入間隔例如為2?3分鐘一次。
[0013]然而，如上所述，在反應(yīng)器中糖化分解生物質(zhì)原料的反應(yīng)時(shí)間較短。尤其是，纖維素的糖化分解所需的反應(yīng)時(shí)間非常短，例如在一分鐘以下的短時(shí)間內(nèi)完成糖化分解。因此，當(dāng)采用上述閉鎖料斗時(shí)，導(dǎo)致原料的投入間隔比糖化分解的時(shí)間長。因此，像閉鎖料斗那樣的完全混合槽的情況下，使依次投入的原料混合，其結(jié)果是反應(yīng)時(shí)間長的和反應(yīng)時(shí)間短的被同時(shí)排出，糖化率降低。這一點(diǎn)在通過記載于上述專利文獻(xiàn)3的裝置供給原料的情況下也相同。
[0014]因此，本發(fā)明的目的是提供能夠通過原料投入裝置以適合糖化分解的狀態(tài)將原料投入至反應(yīng)器內(nèi)，并且在反應(yīng)器內(nèi)高效地糖化分解的糖化反應(yīng)設(shè)備。
[0015]解決問題的手段:
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的發(fā)明人進(jìn)行了將各種原料以不同的壓密狀態(tài)投入至反應(yīng)器內(nèi)并進(jìn)行糖化反應(yīng)以能夠在反應(yīng)器內(nèi)高效地進(jìn)行糖化分解的實(shí)驗(yàn)。然后，想到了在將原料以規(guī)定的不壓密的狀態(tài)投入時(shí)，是否能夠通過蒸汽使該原料迅速提升至糖化反應(yīng)溫度。
[0016]然后，由進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)后的結(jié)果，想到了通過活塞泵方式的原料投入裝置向活塞流(plug flow)型的反應(yīng)器內(nèi)投入不壓密的狀態(tài)的原料的方法。根據(jù)該方法，得到了可以使投入的原料在反應(yīng)器內(nèi)迅速上升至適合糖化反應(yīng)的溫度，之后可以在短時(shí)間內(nèi)高效地進(jìn)行糖化分解，也可以回收以往回收困難的C6糖液的見解。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的糖化反應(yīng)設(shè)備具備:使原料發(fā)生糖化反應(yīng)的反應(yīng)器；和將所述原料以規(guī)定間隔投入至所述反應(yīng)器內(nèi)的原料投入裝置；所述原料投入裝置形成為將所述原料以通過投入至所述反應(yīng)器內(nèi)以此崩解并分散的堆積密度投入至反應(yīng)器內(nèi)的結(jié)構(gòu)；所述反應(yīng)器具有使由所述原料投入裝置投入的所述原料上升至糖化反應(yīng)溫度的加熱蒸汽供給部、和使投入的原料在高溫高壓下糖化反應(yīng)規(guī)定時(shí)間后從排出口排出的輸送機(jī)構(gòu)。
[0018]根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過原料投入裝置以適合反應(yīng)器的糖化反應(yīng)速度的堆積密度將原料投入至反應(yīng)器內(nèi)，因此可以使投入至反應(yīng)器內(nèi)的原料分散而增大比表面積，可以使溫度在短時(shí)間內(nèi)上升。因此，使投入后的原料迅速升溫至糖化反應(yīng)溫度，在規(guī)定的糖化分解時(shí)間內(nèi)高效地糖化分解，可以進(jìn)行糖化率高的糖化反應(yīng)。
[0019]又，也可以是所述原料投入裝置具有將所述原料投入至所述反應(yīng)器的活塞泵、和對具備通過所述活塞泵投入的原料的原料供給口的投入管進(jìn)行開閉的閘閥；所述活塞泵的活塞形成為具備在從所述投入管的原料供給口的閘側(cè)端部至閘閥之間進(jìn)行密封的密封部，并且所述活塞與從所述原料供給口的閘側(cè)端部至閘閥之間的投入管接觸的狀態(tài)下通過所述密封部密封高壓的反應(yīng)器側(cè)與低壓的原料供給口側(cè)之間的結(jié)構(gòu)。
[0020]像這樣構(gòu)成時(shí)，在通過活塞泵向高壓的反應(yīng)器內(nèi)投入原料時(shí)，當(dāng)活塞到達(dá)投入管的原料供給口的閘側(cè)端部時(shí)，可以通過密封部密封投入管，因此可以密封反應(yīng)器和原料供給口之間。借助于此，在通過活塞密封反應(yīng)器的高壓的狀態(tài)下打開閘閥，可以將原料穩(wěn)定地投入至高壓的反應(yīng)器內(nèi)。
[0021]又，也可以是所述活塞泵形成為能夠控制相對于所述原料供給口的閘側(cè)端部的、所述活塞的閘閥側(cè)停止位置及原料供給口側(cè)停止位置中的任意一個(gè)以能夠調(diào)節(jié)所述原料的堆積密度的結(jié)構(gòu)。
[0022]像這樣構(gòu)成時(shí)，可以將通過活塞輸送的原料的堆積密度調(diào)節(jié)為適合反應(yīng)器內(nèi)的糖化分解的狀態(tài)。
[0023]又，也可以是所述加熱蒸汽供給部形成為供給使所述反應(yīng)器的內(nèi)部的上部氣層壓力達(dá)到比通過所述輸送機(jī)構(gòu)輸送的原料的液層溫度的飽和蒸汽壓和內(nèi)部的蒸汽以外的氣體的分壓的總和高的壓力的加熱蒸汽的結(jié)構(gòu)。
[0024]像這樣構(gòu)成時(shí)，以不壓密的規(guī)定的堆積密度投入至反應(yīng)器內(nèi)的原料不會(huì)因包含在原料內(nèi)并被投入的空氣的分壓而影響水蒸氣的冷凝。因此，可以通過比糖化分解溫度的液層溫度的飽和蒸汽壓和內(nèi)部的蒸汽以外的氣體的分壓的總和高的壓力的蒸汽一瞬間加熱原料的較大的比表面積，并且使原料在短時(shí)間內(nèi)一瞬間上升至適合糖化分解的溫度，從而可以在短時(shí)間內(nèi)糖化分解。
[0025]又，也可以是所述反應(yīng)器具有排出從所述原料投入裝置投入的原料中的空氣的排放(vent)部。
[0026]像這樣構(gòu)成時(shí)，可以排出以不壓密的規(guī)定的堆積密度投入的原料中的空氣，可以防止因空氣分壓而影響水蒸氣的冷凝，借助于此也可以縮短原料的升溫時(shí)間，可以提高糖化率。
[0027]又，也可以是具備:在所述原料中混合蒸汽以進(jìn)行預(yù)熱，將該被預(yù)熱的原料供給至所述原料投入裝置內(nèi)的混合機(jī)；和將從所述反應(yīng)器排出的原料減溫.減壓的閃蒸罐；形成為使通過所述閃蒸罐減壓的蒸汽返回至所述混合機(jī)而與原料混合，以此在反應(yīng)溫度以下預(yù)熱原料溫度的結(jié)構(gòu)。
[0028]像這樣構(gòu)成時(shí)，可以利用將從反應(yīng)器排出的原料通過閃蒸罐減溫.減壓后的蒸汽預(yù)熱投入至反應(yīng)器內(nèi)的原料，可以謀求設(shè)備的節(jié)能化。
[0029]又，也可以是所述混合機(jī)形成為向所述原料中混合酸催化劑的結(jié)構(gòu)。
[0030]根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，可以在投入反應(yīng)器之前將原料的基準(zhǔn)酸濃度保持一定，與向反應(yīng)器內(nèi)供給酸催化劑的情況相比，可以抑制因糖化率不均而導(dǎo)致的糖化率下降。
[0031 ] 根據(jù)本發(fā)明，可以通過原料投入裝置以適合反應(yīng)器內(nèi)的糖化反應(yīng)的堆積密度投入原料，因此在反應(yīng)器內(nèi)使原料在短時(shí)間內(nèi)上升至適合糖化分解的溫度，可以高效地進(jìn)行糖化分解?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0032]圖1是包含根據(jù)本發(fā)明的糖化反應(yīng)設(shè)備的生物乙醇制造設(shè)備的框圖；
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形態(tài)的糖化反應(yīng)設(shè)備的結(jié)構(gòu)圖；
圖3是圖2所示的糖化反應(yīng)設(shè)備中的原料投入裝置的側(cè)視圖；
圖4A是示出圖3所示的原料投入裝置的動(dòng)作位置控制的側(cè)視圖；
圖4B是示出圖4A所示的原料投入裝置的下一個(gè)動(dòng)作位置控制的側(cè)視圖；
圖4C是示出圖4B所示的原料投入裝置的下一個(gè)動(dòng)作位置控制的側(cè)視圖；
圖5A是示出與圖4A?圖4C所示的原料投入裝置的動(dòng)作位置控制不同的動(dòng)作位置控制示例的側(cè)視圖；
圖5B是示出與圖4A?圖4C及圖5A所示的原料投入裝置的動(dòng)作位置控制不同的動(dòng)作位置控制示例的側(cè)視圖；
符號(hào)說明:
10原料(一次脫水濾餅)；
11混合機(jī)；
12蒸汽；
13酸催化劑；
14反應(yīng)器；
15閃蒸罐；
16固液分離裝置；
17C6糖液；
18二次脫水濾餅；
20原料投入裝置；
21料斗；
22投入管；
23原料供給口 ；
24閘側(cè)端部；
25活塞栗側(cè)纟而部；
26閘閥；
27閘構(gòu)件；
30活塞栗；
31活塞；
32密封部；
33氣缸部；
35?39位置傳感器；
40彎管；
41上部氣層用壓力計(jì)；
42液用溫度計(jì)；
50氣層部；
51液層部； 52原料投入口 ；
53橫向輸送裝置；
54輸送機(jī)構(gòu)；
55驅(qū)動(dòng)馬達(dá)；
56排出口；
57加熱蒸汽；
58加熱蒸汽供給部；
60糖化反應(yīng)設(shè)備；
LI距離；
L2原料供給口距離；
L3行程；
L4、L5距離。
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下，基于【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)。在以下的實(shí)施形態(tài)中，以像圖1所示那樣的包含糖化反應(yīng)設(shè)備的生物乙醇制造設(shè)備為例進(jìn)行說明。在該生物乙醇制造設(shè)備中，通過兩個(gè)階段的糖化分解得到C5糖液和C6糖液。
[0034]首先，基于圖1說明生物乙醇制造設(shè)備的概要。甘蔗渣、稻草等的生物質(zhì)原料I通過前處理2粉碎成規(guī)定的大小。該原料在混合機(jī)3中與蒸汽4、酸催化劑5混合。然后，該原料被投入至設(shè)定為規(guī)定的溫度、壓力條件的反應(yīng)器6內(nèi)。該原料在反應(yīng)器6內(nèi)糖化分解規(guī)定時(shí)間，并供給至閃蒸罐7被閃蒸減壓。在該閃蒸罐7中的閃蒸減壓是使從反應(yīng)器6排出的漿液狀原料一瞬間減壓而一部分汽化從而降低溫度的方法。借助于此，停止反應(yīng)。在該閃蒸罐7中被減溫.減壓的固體及液體通過固液分離裝置8分離為C5糖液9和一次脫水濾餅10。
[0035]然后，一次脫水濾餅10在下一個(gè)混合機(jī)11中與蒸汽12、酸催化劑13混合而變成下一批原料。該原料被投入至設(shè)定為下一個(gè)溫度、壓力條件的反應(yīng)器14內(nèi)。該原料在反應(yīng)器14內(nèi)糖化分解規(guī)定時(shí)間，并供給至閃蒸罐15中而被閃蒸減壓。在該閃蒸罐15中減溫.減壓的固體及液體通過固液分離裝置16分離為C6糖液17和二次脫水濾餅18。
[0036]由如上所述得到的C5糖液9及C6糖液17被酒精發(fā)酵后蒸餾而制造出生物乙醇。
[0037]接著，基于圖2詳細(xì)說明具備用于從上述一次脫水濾餅10中得到C6糖液17的混合機(jī)11及反應(yīng)器14、和設(shè)置于它們之間的原料投入裝置20的糖化反應(yīng)設(shè)備60。作為在反應(yīng)器14中用于得到C6糖液的條件，與在反應(yīng)器6中用于得到C5糖液的條件相比，反應(yīng)溫度及壓力較高而糖化反應(yīng)時(shí)間較短。
[0038]如圖2所示，在混合機(jī)11中，原料(在該示例中為一次脫水濾餅)10與酸催化劑13和蒸汽12混合。像這樣，預(yù)先對投入至反應(yīng)器14之前的原料10混合酸催化劑13，以此原料的基準(zhǔn)酸濃度保持一定，與在反應(yīng)器14中供給酸催化劑13的情況相比抑制因糖化率的不均導(dǎo)致的糖化率降低。
[0039]又，在該實(shí)施形態(tài)中，在混合機(jī)11內(nèi)通過蒸汽12預(yù)熱原料10，因此可以減小在以下說明的反應(yīng)器14中提升至反應(yīng)溫度的溫度差(Λ t)。通過該蒸汽12進(jìn)行的預(yù)熱使原料10的溫度預(yù)熱至反應(yīng)器14中的反應(yīng)溫度以下。例如，將原料10預(yù)熱至120°C左右。另外，通過蒸汽12進(jìn)行的該原料10的預(yù)熱只要根據(jù)需要進(jìn)行即可。
[0040]在該混合機(jī)11中與酸催化劑13和蒸汽12混合的原料10，例如在水分為50重量％以下的情況下在反應(yīng)器14中難以變成漿液狀，因此使水分為50~80重量％左右。
[0041]然后，在混合機(jī)11中與酸催化劑13混合的原料10，也如圖3所示，被供給至將該原料10投入至反應(yīng)器14內(nèi)的原料投入裝置20的料斗21內(nèi)。原料投入裝置20形成為通過活塞泵30將一定量的原料10以規(guī)定間隔從料斗21通過投入管22投入至反應(yīng)器14內(nèi)的結(jié)構(gòu)。活塞泵30形成為將供給至料斗21的原料10向反應(yīng)器14推出并投入的結(jié)構(gòu)。
[0042]在活塞泵30和反應(yīng)器14之間設(shè)置有閘閥26。由于反應(yīng)器14側(cè)為高壓，因此以如下方式進(jìn)行控制，即，在活塞泵30的活塞31到達(dá)規(guī)定位置的時(shí)刻密封與反應(yīng)器14側(cè)之間，之后，打開閘閥26使原料10以規(guī)定間隔投入至反應(yīng)器14內(nèi)。該規(guī)定間隔設(shè)定為比在反應(yīng)器14內(nèi)的滯留時(shí)間短的時(shí)間、例如20~60秒一次的間隔。另外，原料投入的詳細(xì)內(nèi)容在下面敘述。
[0043]又，通過該原料投入裝置20投入到反應(yīng)器14內(nèi)的原料10如上所述在混合機(jī)11中水分達(dá)到50~80重量％左右。然而，盡管是水分為50~80重量％左右的原料10，但是由于不是液體因此在反應(yīng)器14內(nèi)難以與蒸汽混合。
[0044]因此，通過該原料投入裝置20，將投入至反應(yīng)器14內(nèi)的原料10以不壓密的堆積密度投入，在投入至反應(yīng)器14內(nèi)時(shí)使其分散，以此在短時(shí)間內(nèi)提升至糖化反應(yīng)溫度。
[0045]即，將原料 10以不壓密的松散的狀態(tài)的堆積密度投入至反應(yīng)器14內(nèi)，以此投入的原料10分散而成為粉狀，增大了與加熱蒸汽接觸的表面積。即，借助于此，投入并成為粉狀的原料10與加熱蒸汽接觸的比表面積增大，以該比表面積被加熱蒸汽一瞬間加熱的原料10短時(shí)間內(nèi)被提升至適合糖化反應(yīng)的溫度。作為不壓密原料10的堆積密度，例如設(shè)定為0.3~0.6左右。
[0046]另一方面，上述反應(yīng)器14以高溫?高壓糖化分解生物質(zhì)原料并得到糖液。在從上述活塞泵30投入原料10的上部設(shè)置有具有規(guī)定體積的氣層部50，在下部設(shè)置有在將原料10在規(guī)定的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)向排出口 56輸送的同時(shí)使其糖化分解的液層部51。
[0047]在上部的氣層部50上設(shè)置有原料投入口 52，該原料投入口 52與上述活塞泵30的投入管22的梢端連接。從該原料投入口 52投入的原料10下落到設(shè)置于下部的液層部51的橫向輸送裝置53的上部。在氣層部50上設(shè)置有上部氣層用壓力計(jì)41，在液層部51上設(shè)置有液用溫度計(jì)42。
[0048]設(shè)置于反應(yīng)器14的下部的橫向輸送裝置53形成為通過驅(qū)動(dòng)馬達(dá)55使雙軸的輸送機(jī)構(gòu)54旋轉(zhuǎn)，以此在混合原料10的同時(shí)在適合糖化分解的時(shí)間內(nèi)橫向輸送原料10并從排出口 56排出經(jīng)糖化分解的漿液狀原料。反應(yīng)器14是將從原料投入口 52投入的原料10依次向排出口 56輸送的活塞流型的反應(yīng)器14。原料10在反應(yīng)器14內(nèi)的高溫高壓環(huán)境下通過橫向輸送裝置53輸送的期間因反應(yīng)而變成高濃度的漿液狀。
[0049]在該實(shí)施形態(tài)中，盡管使上述橫向輸送裝置53的輸送機(jī)構(gòu)54為雙軸的輸送機(jī)構(gòu)，但是該輸送機(jī)構(gòu)54只要是能夠?qū)⒃?0在規(guī)定的反應(yīng)時(shí)間內(nèi)搬運(yùn)至排出口 56的輸送機(jī)構(gòu)即可。
[0050]又，在反應(yīng)器14的原料投入口 52側(cè)，對從該原料投入口 52投入并落下的原料10供給加熱蒸汽57。該加熱蒸汽57是，反應(yīng)器14的內(nèi)部的上部氣層壓力達(dá)到高于液層部溫度的飽和蒸汽壓和蒸汽以外的氣體的分壓的總和的壓力那樣的高溫的加熱蒸汽57從加熱蒸汽供給部58輸入。通過該加熱蒸汽57使從原料投入口 52投入的原料10的溫度迅速地上升。例如，反應(yīng)器14內(nèi)的液層部溫度為240?280°C的情況下，被供給的加熱蒸汽57是250?300°C左右的高溫的蒸汽。通過供給該高溫的加熱蒸汽57，以此將原料10在短時(shí)間內(nèi)提升至糖化反應(yīng)溫度。作為提升至該糖化反應(yīng)溫度的時(shí)間，例如可以在10秒以內(nèi)將約20?120°C的原料10提升至240?280°C。
[0051]作為上述加熱蒸汽57，從加熱蒸汽供給部58輸入壓力高的蒸汽以達(dá)到液層部51的飽和蒸汽壓+空氣分壓<內(nèi)部的上部氣層壓力。在該示例中，輸入250?300°C的蒸汽。像這樣，在反應(yīng)器14的內(nèi)部，使上部空間的氣層的壓力高于液層部51的飽和蒸汽壓加上蒸汽以外的氣體的分壓的壓力，以此防止因空氣分壓而影響水蒸氣的冷凝。借助于此，也能夠縮短原料10的溫度上升時(shí)間，謀求提高糖化率。
[0052]又，在該實(shí)施形態(tài)中，從原料投入口 52的上方和橫向輸送裝置53的終端上方通過彎管40排出空氣。如上所述，當(dāng)通過活塞泵30將原料10以不壓密的狀態(tài)的堆積密度投入至反應(yīng)器14內(nèi)時(shí)，在該原料10中含有空氣。因此，通過從彎管40排出該空氣，以此防止在反應(yīng)器14的內(nèi)部因蒸汽分壓下降而導(dǎo)致蒸汽難以冷凝并由此導(dǎo)致的原料10的溫度上升變慢。通過彎管40的空氣排出也可以由上述原料投入裝置20的投入管22進(jìn)行。像這樣，排出空氣以防止空氣過量積留在反應(yīng)器14的內(nèi)部，以此降低內(nèi)部的空氣分壓并促進(jìn)水蒸氣的冷凝。借助于此，也能夠縮短原料10的溫度上升時(shí)間，謀求提高糖化率。
[0053]在上述橫向輸送裝置53的輸送方向端部上設(shè)置有排出糖化分解的原料10的排出口 56。從該排出口 56排出的原料10被供給至閃蒸罐15而被閃蒸減壓,之后被供給至固液分離裝置(圖1) 16內(nèi)。
[0054]又，在該實(shí)施形態(tài)中，將在閃蒸罐15中減壓而在罐上部產(chǎn)生的蒸汽導(dǎo)入至上述混合機(jī)11內(nèi)作為原料預(yù)熱用的蒸汽12來利用。像這樣，將閃蒸罐15的蒸汽作為原料預(yù)熱用蒸汽供給至混合機(jī)11，以此謀求整個(gè)設(shè)備的節(jié)能化。
[0055]接著，基于圖3詳細(xì)說明上述原料投入裝置20。原料投入裝置20具有設(shè)置于稍微遠(yuǎn)離反應(yīng)器14的原料投入口 52的位置上的閘閥26、在以規(guī)定距離遠(yuǎn)離該閘閥26的位置上設(shè)置的上述料斗21、和將供給至該料斗21的原料10推出的活塞泵30。
[0056]閘閥26以打開或關(guān)閉投入管22的方式被控制裝置控制。閘構(gòu)件27打開或關(guān)閉投入管22。
[0057]閘構(gòu)件27的料斗側(cè)端面和設(shè)置于料斗21的下部的原料供給口 23的閘側(cè)端部(原料供給口端部)24之間的距離LI比料斗21的下部的原料供給口距離L2稍微短。
[0058]又，活塞泵30的活塞31在梢端部分設(shè)置有密封部32，該密封部32在與從上述原料供給口 23的閘側(cè)端部24至閘閥側(cè)的投入管22的內(nèi)表面之間發(fā)揮密封功能。借助于此，活塞泵30的活塞31將供給至原料供給口 23的原料10從該原料供給口 23的活塞泵側(cè)端部25向閘閥側(cè)推動(dòng)，當(dāng)該活塞31從原料供給口 23的閘側(cè)端部24插入于投入管22內(nèi)時(shí)，與投入管22之間的間隙被密封部32密封。另外，在以下說明中，將上述距離LI的原料供給口側(cè)基準(zhǔn)位置設(shè)為閘側(cè)端部24來進(jìn)行說明，但是也可以如雙點(diǎn)劃線所示將距離LI的原料供給口側(cè)基準(zhǔn)位置設(shè)為從閘側(cè)端部24稍微向閘閥側(cè)進(jìn)入的位置28以在通過活塞31的密封部32完全密封投入管22的狀態(tài)下打開閘構(gòu)件27。
[0059]因此，即使在通過活塞31的密封部32密封與投入管22之間的間隙的狀態(tài)下打開閘閥26，也不會(huì)發(fā)生壓力從高壓的反應(yīng)器14側(cè)向低壓的原料供給口 23的方向排出的情況。
[0060]而且，在通過該活塞31密封投入管22的狀態(tài)下打開閘構(gòu)件27，并使活塞泵30的活塞31伸展至閘閥26的位置時(shí)，投入管22的內(nèi)部的原料10被投入至反應(yīng)器14的內(nèi)部。
[0061]之后，使活塞31后退，并在到達(dá)原料供給口 23的閘側(cè)端部24之前關(guān)閉閘構(gòu)件27。借助于此，在通過活塞31的密封部32密封投入管22的狀態(tài)下關(guān)閉閘閥26，因此不會(huì)發(fā)生壓力從高壓的反應(yīng)器14側(cè)向低壓的原料供給口 23的方向排出的情況。
[0062]又，在該實(shí)施形態(tài)中，通過傳感器來行程控制使上述活塞泵30的活塞31伸縮的距離。在該示例中，在使活塞31伸縮的氣缸部33上設(shè)置有位置傳感器35?39，通過這些位置傳感器35?39檢測活塞31的位置，根據(jù)該活塞31的位置如上所述開閉控制閘閥26的閘構(gòu)件27。
[0063]在該實(shí)施形態(tài)中，如下述的圖4A?圖4C所示設(shè)置有在活塞泵30的活塞31位于原料供給口 23的活塞泵側(cè)端部25時(shí)進(jìn)行檢測的位置傳感器35、在活塞31位于原料供給口 23的閘側(cè)端部24時(shí)進(jìn)行檢測的位置傳感器36、和在活塞31位于閘構(gòu)件27的料斗側(cè)端面時(shí)進(jìn)行檢測的位置傳感器37。又，如下述的圖5A、圖5B所示，還設(shè)置有在到達(dá)距離L4、距離L5的位置時(shí)進(jìn)行檢測的位置傳感器38、39。這些位置傳感器35?39可以利用限位開關(guān)(limit switch)和其他結(jié)構(gòu)等。
[0064]接著，基于圖4A?圖4C，說明從上述投入管22的閘構(gòu)件27至原料供給口 23的閘側(cè)端部24的距離L1、料斗21的原料供給口距離L2、和直至活塞31位于閘構(gòu)件27的料斗側(cè)端面的活塞泵30的行程L3的動(dòng)作位置控制。
[0065]圖4A所示的狀態(tài)是從上述圖3所示的狀態(tài)開始使活塞泵30的活塞31伸展的狀態(tài)。使活塞31伸展，將料斗21的下部的與原料供給口距離L2相對應(yīng)的量的原料10向閘閥26擠壓。然后，當(dāng)活塞31到達(dá)原料供給口 23的閘側(cè)端部24時(shí)，周圍的密封部32與投入管22接觸而密封投入管22。借助于此，與原料供給口距離L2相對應(yīng)的量的原料10被移送至閘閥26的閘構(gòu)件27和原料供給口 23的閘側(cè)端部之間的距離LI的部分而處于稍微被擠壓的狀態(tài)。
[0066]接著，如圖4B所示，閘構(gòu)件27被打開，活塞31僅伸展行程LI，原料10被投入至反應(yīng)器14的內(nèi)部。在該示例中，在投入管22中將原料10稍微擠壓后以規(guī)定的堆積密度(例如，0.3?0.6左右)投入，以此在投入至反應(yīng)器14的內(nèi)部時(shí)崩解而分散成粉狀。在投入原料10時(shí)使其分散，以此增大原料10的比表面積，通過加熱蒸汽迅速加熱至糖化反應(yīng)溫度。
[0067]又，在該實(shí)施形態(tài)中，如上所述將原料10預(yù)熱至糖化反應(yīng)不進(jìn)行的程度的溫度(例如，100?120°C以下的溫度)，因此減小投入后加熱的溫度而一瞬間升溫至反應(yīng)溫度。此夕卜，通過這樣做，如上所述有效利用閃蒸罐15的蒸汽，減小在反應(yīng)器14內(nèi)提升溫度的升溫幅度而謀求節(jié)能化。
[0068]接著，如圖4C所示，在活塞31僅縮短直至原料供給口 23的閘側(cè)端部24的距離LI的期間，閘構(gòu)件27關(guān)閉。之后，活塞31縮短至原料供給口 23的活塞泵側(cè)端部25，達(dá)到圖3所示的初始狀態(tài)。
[0069]作為通過像這樣的活塞泵30的原料10的投入間隔，例如以20?60秒一次的頻率投入。作為反應(yīng)器14內(nèi)的原料10的滯留時(shí)間(搬運(yùn)時(shí)間)，例如為數(shù)十秒?I分鐘程度的非常短的時(shí)間，而原料10以更短的間隔投入。像這樣，將原料10以較短的周期且以如上所述不壓密的松散的狀態(tài)的堆積密度投入至反應(yīng)器14內(nèi)，以此通過反應(yīng)器14在依次輸送原料10的同時(shí)在規(guī)定的較短的糖化分解時(shí)間內(nèi)高效地糖化分解，提高糖化率。
[0070]接著，基于圖5A、圖5B，說明通過上述活塞泵30和閘閥26進(jìn)行的不同的動(dòng)作位置控制示例。另外，圖5A、圖5B中的距離L4、L5，為了方面說明而示出夸張的位置。
[0071]圖5A示出的示例是與上述圖4A?圖4C所示的示例相比,試圖稍微提高原料10的堆積密度(試圖壓密)的情況的設(shè)定示例。在該示例中，使投入原料時(shí)(打開閘構(gòu)件27時(shí))的活塞31的伸展位置在未到達(dá)閘構(gòu)件27的料斗側(cè)端面的距離L4處停止。通過設(shè)置于氣缸部33的位置傳感器38檢測距離L4。
[0072]像這樣，通過限制活塞31的伸展長度，以此從投入管22投入至反應(yīng)器14的內(nèi)部的原料10在閘構(gòu)件27的前面處于稍微殘留的狀態(tài)。因此，接著通過活塞31向投入管22移送與原料供給口距離L2相對應(yīng)的量的原料10而活塞31到達(dá)閘側(cè)端部24的狀態(tài)下，新的原料10被擠壓在殘留于閘構(gòu)件27的前面的原料10上。借助于此，可以在投入管22中稍微壓密原料10。
[0073]然后，打開閘構(gòu)件27使活塞31僅伸展距離L4，以此可以將提高了堆積密度的原料10投入至反應(yīng)器14的內(nèi)部。該動(dòng)作位置控制示例使用于在將原料投入至反應(yīng)器14之前需要稍微壓密的情況。
[0074]另一方面，在為了投入原料10而使活塞31伸展時(shí)，也可以使上述閘構(gòu)件27如雙點(diǎn)劃線所示成為關(guān)閉的狀態(tài)，并且將活塞31從閘側(cè)端部24推入至距離L4的位置。然后，也可以在活塞31到達(dá)距離L4的位置的狀態(tài)下打開閘構(gòu)件27，使活塞31進(jìn)一步伸展至距離LI，以此將原料10投入至反應(yīng)器14內(nèi)。由上所述，可以將與原料供給口距離L2相對應(yīng)的量的原料10在閘構(gòu)件27的前面的投入管22的內(nèi)部僅壓密距離L4而提高堆積密度，并且可以將該原料10投入至反應(yīng)器14的內(nèi)部。該動(dòng)作位置控制示例也使用于在將原料投入至反應(yīng)器14之前需要稍微壓密的情況。
[0075]圖5B所示的示例是與上述圖4A?圖4C所示的示例相比,試圖稍微降低原料10的堆積密度(想要更加松散)的情況或者試圖減小供給量的情況的設(shè)定示例。在該示例中，使活塞31的縮短位置在直至料斗21的下部的原料供給口距離L2的中途的距離L5處停止。通過設(shè)置于氣缸部33的位置傳感器39檢測距離L5。
[0076]像這樣，通過限制活塞31的縮短長度，以此在活塞31于閘側(cè)端部24處進(jìn)行密封之前將料斗21的下部的與原料供給口距尚L2相對應(yīng)的量內(nèi)的與距尚L5相對應(yīng)的量的原料10推入至投入管22的閘側(cè)端部24和閘構(gòu)件27之間，原料10的推入量減少。借助于此，移送至投入管22的原料10的量減少，可以防止原料10被壓縮。又，可以減少供給量。
[0077]然后，打開閘構(gòu)件27并使活塞31僅伸展距離LI，以此可以將降低了堆積密度的原料10投入至反應(yīng)器14的內(nèi)部。該動(dòng)作位置控制示例使用于將稍微壓密的原料10無需進(jìn)一步壓密地投入至反應(yīng)器14的情況等。
[0078]像這樣的原料10的堆積密度的調(diào)節(jié)是，如果上述距離LI和原料供給口距離L2已定，則可以以投入管22的閘側(cè)端部24的位置為基準(zhǔn)通過調(diào)節(jié)活塞31的伸縮位置來進(jìn)行。該活塞31的伸縮位置的調(diào)節(jié)可以通過調(diào)節(jié)位置傳感器38、39的位置來進(jìn)行。[0079]如以上所述，根據(jù)上述糖化反應(yīng)設(shè)備60，在制造生物乙醇等時(shí)，在試圖將原料10以短的間隔投入至反應(yīng)器14的情況下，可以通過原料投入裝置20的活塞泵30以較高的頻率將原料10投入至反應(yīng)器14內(nèi)。此外，可以將原料10以能夠在短時(shí)間內(nèi)升溫至適合反應(yīng)的溫度的堆積密度投入至反應(yīng)器14內(nèi)。
[0080]除此以外，即使因原料10不同而水分狀態(tài)等發(fā)生了變化，也可以將投入至反應(yīng)器14的原料10的壓密狀態(tài)等通過控制原料投入裝置20的活塞泵30來進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此可以將原料10調(diào)節(jié)為適合于反應(yīng)器14的堆積密度后投入至反應(yīng)器14內(nèi)，在反應(yīng)器14內(nèi)可以使糖化率高的反應(yīng)穩(wěn)定。
[0081]又，通過活塞泵30投入原料10，以此在投入管22的內(nèi)部不會(huì)殘留原料10地將其投入至反應(yīng)器14內(nèi)。
[0082]另外，在上述實(shí)施形態(tài)中，以使生物質(zhì)原料10通過兩個(gè)階段糖化分解后得到C5糖液和C6糖液而制造生物乙醇的設(shè)備為例進(jìn)行了說明，但是盡管為其他的設(shè)備但是將相同的原料投入至反應(yīng)器并試圖在短時(shí)間內(nèi)使其反應(yīng)的情況下也可以應(yīng)用，并不限于上述實(shí)施形態(tài)。
[0083]又，在上述實(shí)施形態(tài)中，作為移動(dòng)控制活塞泵30的活塞31的動(dòng)作示例說明了兩個(gè)示例(圖5A、圖5B)，但是也可以將它們組合，或者根據(jù)其他條件進(jìn)行不同的動(dòng)作位置控制，活塞泵30的動(dòng)作位置控制并不限于上述實(shí)施形態(tài)。此外，活塞31的動(dòng)作位置控制除了通過限位開關(guān)以外，也可以通過驅(qū)動(dòng)活塞31的液壓使原料10的堆積密度達(dá)到合適的狀態(tài)，并不限于上述實(shí)施形態(tài)。
[0084]此外，也可以在上述實(shí)施形態(tài)的靠近投入管22的閘閥26的原料供給口側(cè)設(shè)置排液閥、泄壓閥、均壓閥等。
[0085]又，上述實(shí)施形態(tài)示出一個(gè)示例，在不影響本發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變更，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施形態(tài)。
[0086]工業(yè)應(yīng)用性:
根據(jù)本發(fā)明的糖化反應(yīng)設(shè)備可以利用于尤其是將生物質(zhì)原料高效地糖化分解，并試圖提聞糖化率的情況。
【權(quán)利要求】
1.一種糖化反應(yīng)設(shè)備，具備: 使原料發(fā)生糖化反應(yīng)的反應(yīng)器；和 將所述原料以規(guī)定間隔投入至所述反應(yīng)器內(nèi)的原料投入裝置； 所述原料投入裝置形成為將所述原料以通過投入至所述反應(yīng)器內(nèi)以此崩解并分散的堆積密度投入至反應(yīng)器內(nèi)的結(jié)構(gòu)； 所述反應(yīng)器具有使由所述原料投入裝置投入的所述原料上升至糖化反應(yīng)溫度的加熱蒸汽供給部、和使投入的原料在高溫高壓下糖化反應(yīng)規(guī)定時(shí)間后從排出口排出的輸送機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糖化反應(yīng)設(shè)備，其特征在于， 所述原料投入裝置具有將所述原料投入至所述反應(yīng)器的活塞泵、和對具備通過所述活塞泵投入的原料的原料供給口的投入管進(jìn)行開閉的閘閥； 所述活塞泵的活塞形成為具備在從所述投入管的原料供給口的閘側(cè)端部至閘閥之間進(jìn)行密封的密封部，并且所述活塞與從所述原料供給口的閘側(cè)端部至閘閥之間的投入管接觸的狀態(tài)下通過所述密封部密封高壓的反應(yīng)器側(cè)與低壓的原料供給口側(cè)之間的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的糖化反應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述活塞泵形成為能夠控制相對于所述原料供給口的閘側(cè)端部的、所述活塞的閘閥側(cè)停止位置及原料供給口側(cè)停止位置中的任意一個(gè)以能夠調(diào)節(jié)所述原料的堆積密度的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糖化反應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述加熱蒸汽供給部形成為供給使所述反應(yīng)器的內(nèi)部的上部氣層壓力達(dá)到比通過所述輸送機(jī)構(gòu)輸送的原料的液層溫度的飽和蒸汽壓和內(nèi)部的蒸汽以外的氣體的分壓的總和高的壓力的加熱蒸汽的結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的糖化反應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述反應(yīng)器具有排出從所述原料投入裝置投入的原料中的空氣的排放部。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的糖化反應(yīng)設(shè)備，其特征在于，具備: 在所述原料中混合蒸汽以進(jìn)行預(yù)熱，將該被預(yù)熱的原料供給至所述原料投入裝置內(nèi)的混合機(jī)；和 將從所述反應(yīng)器排出的原料減溫.減壓的閃蒸罐； 形成為使通過所述閃蒸罐減壓的 蒸汽返回至所述混合機(jī)而與原料混合，以此在反應(yīng)溫度以下預(yù)熱原料溫度的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的糖化反應(yīng)設(shè)備，其特征在于，所述混合機(jī)形成為向所述原料中混合酸催化劑的結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】C12P7/10GK103894113SQ201310635393
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月27日
【發(fā)明者】西野毅, 和泉憲明, 田尻浩笵, 楠田浩雅, 津澤正樹 申請人:川崎重工業(yè)株式會(huì)社