纤维素系生物物质的糖化分解方法以及糖化分解装置

摘要

本发明提供利用亚临界状态的高温高压水将纤维素系生物物质中的纤维素和/或半纤维素分解为单糖或寡糖用的，热效率和糖类的收得率高的方法和装置。在利用亚临界状态的高温高压水将纤维素或半纤维素分解为糖类时，使处于高温高压状态下的压力容器内的浆液快速蒸发，使蒸汽通往充填纤维素系生物物质的浆液的正在加热中的压力容器内，以将大量的浆液急冷到亚临界状态以下，防止糖类过分分解为有机酸等，而且通过回收热能谋求节省能量。又可以将纤维素系生物物质充填于通水性容器中，将该通水性容器与水一起封入压力容器中。

说明书

技术领域

本发明涉及以生物物质，特别是以纤维素系生物物质为原料高效率制造糖类用的分解方法以及装置。

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(生物乙醇)的尝试。在这里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。

植物的主要成分是纤维素(作为6个碳构成的C6单糖的葡萄糖的聚合物)、半纤维素(5个碳构成的C5单糖与C6单糖的聚合物)、木质素、淀粉等，而乙醇是以C5单糖、C6单糖、作为他们的复合体的寡糖等糖类为原料，利用酵母菌等的发酵作用产生的。

为了使纤维素和半纤维素等纤维素系生物物质分别为糖类，工业上采用3种方法，即：1)利用硫酸等强酸的氧化力加水分解的方法，2)利用酵素分解的方法，3)利用超临界水或亚临界水等的氧化力的方法。但是，1)的酸分解方法所添加的酸会对酵母菌等的发酵形成妨碍，因此将纤维素、半纤维素分别为糖类之后，必须进行中和处理以中和使糖类乙醇发酵之前添加的酸，由于该处理的费用问题，该方法实用化有经济上的困难。

又，2)的酵素分解方法是能够以常温恒压处理的，但是目前还没有找到有效的酵素，即使是找到了估计酵素的生成成本也高，以工业规模实现还没有条件。

在这里，3)的利用超临界水或亚临界水将纤维素等加水分解作为糖类的方法，有专利文献1公开的，使纤维素粉末与240～340℃的加压热水接触，加水分解为特征的非水溶性多糖类的制造方法。又，对形成碎片的生物物质加以加压到104℃～230℃的饱和水蒸气压以上的热水使其在规定的时间内加水分解，提取半纤维素，然后用加热到纤维素加水分解温度以上的加压热水使其分解，这种分解提取纤维素的方法公开于专利文献2。又在专利文献3公开了具有如下所述特征的葡萄糖及/或水溶性纤维寡糖的制造方法，其使平均聚合度100以上的纤维素与温度为250℃以上450℃以下，压力各15MPa以上450MPa以下的超临界水或亚临界水接触0.01秒以上5秒以下，然后冷却使其与温度为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，使其加水分解的方法。

另一方面，专利文献4公开了如下所述方法，即将含有以低分子量醇为主成分的溶剂和生物物质类废弃物收容于密闭容器中，将密闭容器内加热加压到低分子量醇的超临界状态进行处理的生物物质类废弃物处理方法。又在专利文献5公开了用C1～C8的脂肪族醇中加入5～20体积％的水的混合溶剂，在醇的超临界条件或亚临界条件下对纤维素系生物物质等进行处理的生物物质分解、液化方法。

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2001-170601号公报

专利文献5：日本特开2005-296906号公报

发明内容

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，与用强酸的加水分解方法相比，由于不需要酸的中和处理，是成本低，环保的处理方法。而且用超临界水或亚临界水时由于其强有力的氧化力，用数秒钟到数分钟就能够完成纤维素和半纤维素的分解，因此分解完后如果不立即冷却，好不容易生成的糖类就有可能过分分解成有机酸等，这是这个方法的缺点。

在实验室水平的小规模分解装置中，也考虑可以使加热容器内的超临界水或亚临界水急剧冷却，防止过分分解，但是在工业规模的分解装置中，短时间使大量的超临界水或亚临界水急冷非常困难。因此使用高温高压的超临界水或亚临界水的纤维素系生物物质的分解方法在工厂生产规模中糖类的收率低，这是妨碍实用化的主要原因。

又，由于使用大量的超临界水或亚临界水，浆液的加热需要大量的能量，这也成为处理成本上升的原因。在利用醇等为溶剂的浆液在超临界或亚临界状态下进行的纤维素系生物物质的分解方法中，蒸汽压非常高，因此需要更大的能量，使用的装置也要求耐压。

本发明的目的在于，提供利用亚临界状态下的高温高压水将纤维素系生物物质中的纤维素和/或半纤维素分解为单糖类和寡糖(以下称为糖类)的方法和装置，而且是热效率和糖类的收率优异的方法和装置。

本发明人发现，在利用亚临界状态的高温高压水将纤维素或半纤维素分解为糖类时，如果使处于高温高压状态下的压力容器内的浆液快速蒸发，使蒸汽通往充填纤维素系生物物质的浆液的正在加热中的压力容器内，能够将大量的浆液急冷到纤维素的分解温度，防止糖类过分分解为有机酸等，而且通过回收热能谋求节省能量，因而提出了本发明。

具体地说，本发明是一种使用多个压力容器的纤维素系生物物质的糖化分解方法，其特征在于，

在各压力容器中依序执行充填工序、升温工序、分解工序、降温工序、以及排出工序，充填工序是将纤维素系生物物质粉碎与水混合，将混合的浆液(以下称为“浆液”)充填于压力容器中的工序，升温工序是将压力容器封闭后升温的工序，分解工序是利用高温高压水的氧化力将纤维素系生物物质中的纤维素和/或半纤维素分解为糖类的工序，降温工序是使压力容器内的高温高压浆液快速(flash)蒸发以降温的工序，排出工序是将压力容器内的浆液取出到压力容器外的工序，在多个压力容器中，在任一压力容器中实施充填工序时，在任一其他压力容器实施排出工序，正在实施充填工序的压力容器中充填的浆液与正在实施排出工序的压力容器排出的浆液之间进行热交换，在多个压力容器中，在任一压力容器中实施升温工序时，在任一其他压力容器实施降温工序，将正在实施降温工序的压力容器排出的闪蒸蒸汽提供给正在实施升温工序的压力容器以进行热量的回收(权项1)。

而且，本发明是一种具备多个压力容器的纤维素系生物物质的糖化分解装置，其特征在于，在各压力容器中依序执行：将纤维素系生物物质粉碎与水混合，将混合的浆液充填于压力容器中的充填工序、将压力容器封闭后升温的升温工序、利用高温高压水的氧化力将纤维素系生物物质中的纤维素和/或半纤维素分解为糖类的分解工序、使压力容器内的高温高压浆液快速蒸发以降温的降温工序、取出压力容器内的浆液的排出工序，在多个压力容器中，在任一压力容器中实施充填工序时，在任一其他压力容器实施排出工序，正在实施充填工序的压力容器中充填的浆液与正在实施排出工序的压力容器排出的浆液之间进行热交换，在多个压力容器中，在任一压力容器中实施升温工序时，在任一其他压力容器实施降温工序，将正在实施降温工序的压力容器排出的闪蒸蒸汽提供给正在实施升温工序的压力容器以进行热量的回收(权项23)。

在本发明的纤维素系生物物质的糖化分解方法和糖化分解装置中，在多个压力容器内依序执行5个工序。而且通过将处于降温工序的压力容器与处于升温工序的别的压力容器连接，能够利用快速蒸发对处于降温工序中的压力容器内的浆液进行急冷。同时能够利用高温的闪蒸蒸汽对进行升温工序的压力容器内的浆液进行加热，能够节约浆液加热所需要的能量。

又由于从高压容器的气相部分减压，浆液中的溶解的成分或固形物质不移动，闪蒸蒸汽通过用的喷嘴和配管没有被堵塞的危险。也不需要特别的温度控制装置。还有，将提供给被预热的一方(处于升温工序的压力容器)的闪蒸蒸汽提供至浆液中，效果更好。

又，在本发明的纤维素系生物物质的糖化分解方法和糖化分解装置中，处于排出工序的压力容器排出的浆液与处于充填工序的别的压力容器中充填的浆液进行热交换，因此能够进一步节省加热所需要的能量。

而且，本发明是一种使用多个压力容器的纤维素系生物物质的糖化分解方法，其特征在于，在各压力容器中依序执行充填工序、升温工序、分解工序、降温工序、以及排出工序，充填工序是将纤维素系生物物质充填于通水性容器之后，将该通水性容器和水封入压力容器的工序，升温工序是将压力容器封闭后升温的工序，分解工序是利用高温高压水的氧化力将纤维素生物物质中的纤维素和/或半纤维素分解为糖类的工序，降温工序是使压力容器内的高温高压水快速蒸发以降温的工序，排出工序是取出通水性容器内的纤维素系生物物质残渣的工序，在多个压力容器中，在任一压力容器中实施充填工序时，在任一其他压力容器实施排出工序，正在实施充填工序的压力容器中充填的水与正在实施排出工序的压力容器排出的高温水之间进行热交换，在多个压力容器中，在任一压力容器中实施升温工序时，在任一其他压力容器实施降温工序，将正在实施降温工序的压力容器排出的闪蒸蒸汽提供给正在实施升温工序的压力容器以进行热量的回收(权项2)。

而且，本发明是一种具备多个压力容器的纤维素系生物物质的糖化分解装置，其特征在于，在各压力容器中依序执行：将充填纤维素系生物物质的通水性容器以及水封入压力容器的充填工序、将压力容器封闭后升温的升温工序、利用高温高压水的氧化力将纤维素生物物质中的纤维素和/或半纤维素分解为糖类的分解工序、使压力容器内的高温高压水快速蒸发以降温的降温工序、以及取出压力容器内的纤维素系生物物质残渣的排出工序，在多个压力容器中，在任一压力容器中实施充填工序时，在任一其他压力容器实施排出工序，正在实施充填工序的压力容器中充填的水与正在实施排出工序的压力容器排出的高温水之间进行热交换，在多个压力容器中，在任一压力容器中实施升温工序时，在任一其他压力容器实施降温工序，将正在实施降温工序的压力容器排出的闪蒸蒸汽提供给正在实施升温工序的压力容器以进行热量的回收(权项24)。

在利用亚临界状态的高温高压水将纤维素或半纤维素分解成糖类时，如果在具有开孔部或间隙等，水能够在容器内外移动的通水性容器中充填纤维素系生物物质，将该通水性容器和水封入压力容器(压紧封入)，则与将纤维素系生物物质做成浆液进行高温高压处理的情况相比，能够防止细微的浆液残留物对配管或容器造成污染。

在所述5个工序都需要相同的时间的情况下，最好是使用的压力容器的数目为5的倍数(权项3、25)。因为能够在进行两次热回收的同时顺利地实施一连串的处理工序。

所述分解工序以外的4个工序所需要的时间都相同，而且所述分解工序所需要的时间为分解工序以外的4个工序所需要的时间的n倍(n为自然数)，所使用的压力容器台数为(4+n)的倍数。(权项4、26)分解工序比其他工序都长n倍的情况下，如果进行分解工序的压力容器的台数采用进行其他工序的压力容器的n倍，则能够在进行两次热回收的同时顺利地进行一连串的处理工序。

如果所述分解工序的温度为140℃以上180℃以下的温度，则能够将半纤维素分解为糖类(主要是C5单糖)(权项5、6)。在半纤维素含量多的生物物质的情况下，在高温处理时，由于C5单糖等会过分解为有机酸等，所以最好是用比较温和的条件进行分解处理。

其后，对所述排出工序产生的浆液进行固液分离，将半纤维素分解，溶解于溶剂一侧之后的固体成分被分离，重新作为原料浆液再度提供给所述充填工序，同时如果所述分解工序的温度为240℃以上280℃以下的温度，则将半纤维素分解为糖类(主要是C6单糖)(权项7)。

同样，将所述排出工序后的通水性容器再度提供给所述充填工序，同时使所述分解工序的温度为240℃以上280℃以下，这样可以将纤维素分解为糖类(权项8)。

首先，在140℃以上180℃以下的温度范围将生物物质中的半纤维素分解为糖类之后，如果进行固液分离，可以将纤维素作为固体分离。将该纤维素作为浆液提供给充填工序，如果在240℃以上280℃以下的温度范围进行分解工序，可以将纤维素分解为糖类。纤维素和半纤维素的含量具有相同程度的生物物质的效果。

如果所述分解工序的温度为240℃以上280℃以下，将纤维素分解为糖类(主要是C6单糖)(权项9)。在纤维素含量多个的生物物质的情况下，不太需要考虑半纤维素的过分分解，因此在比较高的温度只将纤维素分解为糖类比较有效。

最好是在所述充填工序置中，在原料浆液或封入压力容器中的水中添加2mol％以上10mol％以下的乙醇(权项10、11)。通过在原料浆液中添加少量的乙醇，利用亚临界水将纤维素和/或半纤维素分解为糖类的分解反应速度变慢。借助于此，调整分解工序中纤维素和/或半纤维素的分解时间，容易防止其过分分解为有机酸，因此能够提高收率。

而且本发明是使用多个压力容器的纤维素系生物物质的糖化分解方法，其特征在于，在各压力容器中依序执行排出充填工序、升温工序、分解工序、以及降温工序，排出充填工序是在降温工序实施后将压力容器内的浆液取出，在相同的压力容器中充填将纤维素系生物物质粉碎后与水混合的浆液的工序，升温工序是将压力容器封闭后升温的工序，分解工序是利用高温高压水的氧化力将纤维素系生物物质中的纤维素和/或半纤维素分解为糖类的工序，降温工序是使压力容器内的高温高压浆液快速蒸发以降温的工序，在多个压力容器中，在任一压力容器中实施升温工序时，在任一其他压力容器实施降温工序，从正在实施降温工序的压力容器排出的闪蒸蒸汽被提供给正在实施升温工序的压力容器以回收热量(权项12)。

而且本发明是具备多个压力容器的纤维素系生物物质的糖化分解装置，在各压力容器中依序执行：在降温工序实施后从压力容器内取出高温浆液，在相同的压力容器中充填将纤维素系生物物质粉碎后与水混合的浆液的排出充填工序、将压力容器封闭后升温的升温工序、利用高温高压水的氧化力将纤维素系生物物质中的纤维素和/或半纤维素分解为糖类的分解工序、以及使压力容器内的高温高压浆液快速蒸发以降温的降温工序，在多个压力容器中，在任一压力容器中实施升温工序时，在任一其他压力容器实施降温工序，从正在实施降温工序的压力容器排出的闪蒸蒸汽被提供给正在实施升温工序的压力容器以回收热量(权项27)。

而且本发明是一种使用多个压力容器的纤维素系生物物质的糖化分解方法，其特征在于，在各压力容器中依序执行排出充填工序、升温工序、分解工序、以及降温工序，排出充填工序是在降温工序实施后将压力容器内的纤维素系生物物质的残渣取出，在相同的压力容器中封入充填纤维素系生物物质的通水性容器以及水的工序，升温工序是将压力容器封闭后升温的工序，分解工序是利用高温高压水的氧化力将纤维素系生物物质中的纤维素和/或半纤维素分解为糖类的工序，降温工序是使压力容器内的高温高压水快速蒸发以降温的工序，在多个压力容器中，在任一压力容器中实施升温工序时，在任一其他压力容器实施降温工序，从正在实施降温工序的压力容器排出的闪蒸蒸汽被提供给正在实施升温工序的压力容器以回收热量(权项13)。

而且本发明是一种具备多个压力容器的纤维素系生物物质的糖化分解装置，其特征在于，在各压力容器中依序执行：在降温工序实施后从压力容器取出纤维素系生物物质的残渣，在相同的压力容器中封入充填纤维素系生物物质的通水性容器以及水的充填排出工序、将压力容器封闭后升温的升温工序、利用高温高压水的氧化力将纤维素系生物物质中的纤维素和/或半纤维素分解为糖类的分解工序、以及使压力容器内的高温高压水快速蒸发以降温的降温工序，在多个压力容器中，在任一压力容器中实施升温工序时，在任一其他压力容器实施降温工序，从正在实施降温工序的压力容器排出的闪蒸蒸汽被提供给正在实施升温工序的压力容器以回收热量(权项28)。

这样，用1台压力容器实施排出工序和充填工序，变成总共4个工序，构成的压力容器也用4台(或4的倍数)就够了，时间也缩短了，因此有提高生成能力的优点。还有，在总工序数目为4个的本发明的糖化分解方法和糖化分解装置中，在排出充填工序，排出的高温浆液与相同的压力容器中充填的浆液(原料浆液)之间也能够进行热交换。

同样，在总工序数目为4个的本发明的糖化分解方法和糖化分解装置中，在排出充填工序，排出的高温水与相同的压力容器中充填的水之间也能够进行热交换。

最好是所述4个工序都需要相同的时间，使用的压力容器的数目为4的倍数(权项14、29)。因为进行两次热回收同时顺利进行一连串的处理工序。

最好是所述分解工序以外的3个工序所需要的时间都相同，而且所述分解工序所需要的时间为分解工序以外的3个工序所需要的时间的n倍(n为自然数)的情况下，所使用的压力容器台数为(3+n)的倍数(权项15、30)。分解工序比其他工序长n倍的情况下，如果使实施分解工序的压力容器的数目为进行其他工序的压力容器的n倍，这样能够进行两次热回收，同时顺利地进行一连串处理。

在总共4个工序的糖化分解方法中，如果所述分解工序的温度为140℃以上180℃以下的温度，则能够将半纤维素分解为糖类(主要是C5单糖)(权项16、17)。

又将在所述排出充填工序产生的浆液固液分离，将半纤维素分解溶解于溶剂一侧后的固体部分分离，重新作为原料浆液，作为所述排出充填工序再度提供给同样的压力容器，同时如果使所述分解工序的温度为240℃以上280℃以下，则能够将纤维素分解为糖类(主要是C6单糖)(权项18)。

同样，将所述排出工序后的通水性容器再度提供给所述充填工序，同时使所述分解工序的温度为240℃以上280℃以下，能够将纤维素分解为糖类(权项19)。

而且，如果所述分解工序的温度为240℃以上280℃以下，则能够将纤维素分解为糖类(主要是C6单糖)(权项20)。

又，最好是在所述排出充填工序中，在原料浆液或封入压力容器中的水中添加2mol％以上10mol％以下的乙醇(权项21、22)。这些温度条件和乙醇的添加是理想的，其理由如同对总共5个工序的糖化分解方法的充填工序的说明那样。

在这里，添加于原料浆液中的乙醇在降温工序中大部分转移到闪蒸蒸汽中，被回收到处于升温工序的别的压力容器内的浆液中。在排出工序中被取出的包含糖类的水溶液被提供给乙醇发酵，变换为生物乙醇，但是在乙醇发酵的当初如果有乙醇残留，则会阻碍酵母进行的发酵。权项10、11、21的发明中，一边维持分解工序中的乙醇浓度一边在排出工序后的包含纤维素和/或半纤维素的浆液中减少乙醇，因此具有乙醇发酵不容易受到妨碍的特征。

还有，如专利文献4或专利文献5所述，以醇等为主成分的介质形成亚临界状态时，例如在280℃，压力容器内形成12MPa以上的高压。但是权项7的发明中，在相同的280℃压力只有7.5～9.7MPa左右，能够使加压的能量得到节约同时减小压力容器的耐压要求，在经济上是理想的。

本发明的上述目的、其他目的、特征以及优点从参照附图作出的如下所述的具体实施形态的详细说明中能够得到更清除的了解。

如果采用本发明，可以使用多台压力容器，以低成本而且高收率将纤维素系生物物质中的纤维素和/或半纤维素分解为糖类。又，如果采用本发明，预热到糖化分解反应适合的温度，容易回收其他工序中的压力容器的废热，因此能够节约需要的热量的大约60％，在经济上是非常有利的。

而且将纤维素系生物物质充填到通水性容器中与水一起封入压力容器中，这样也能够防止配管的污染，能够进一步提高工作效率

附图说明

图1表示实施形态1的糖化分解装置的操作步骤。

图2表示将实施形态1的糖化分解装置作为连续分批系统运行的情况下的时间表。

图3表示将实施形态2的糖化分解装置作为连续分批系统运行的情况下的时间表。

图4是表示生物物质的糖化分解反应的反应时间与糖类的收率(％)的关系曲线。

图5表示将实施形态3的糖化分解装置作为连续分批系统运行的情况下的时间表。

图6表示在实施形态4中，将干燥甘蔗渣压紧充填的一个例子。

具体实施方式

下面参照适合的附图对本发明的实施形态进行说明。还有，本发明不限于以下所述。

实施形态1

下面参照图1对作为本发明的实施形态1，全部工序有5个，使用5台压力容器的糖化分解装置的操作步骤进行说明。

首先将纤维素系生物物质(例如甘蔗渣或甜菜残叶、稻秸、麦秸等草木系生物物质)粉碎到数毫米以下，用水或乙醇水溶液(2～10mol％)使其形成固形物浓度30％左右的浆液。然后如图1(a)所示，将该浆液(原料浆液)充填于No.1的压力容器内(充填工序)。在使糖化分解装置启动时，由于没有从其他压力容器排出的热能，因此原料浆液不能利用热交换预热。

No.1～No.5的压力容器依序反复进行充填工序→升温工序→分解工序→降温工序→排出工序，No.2～No.5的4台压力容器各工序之间分别保持时间差运行。也就是说，图1(a)～图1(e)中，No.1为充填工序时，No.2为排出工序，No.3为降温工序，No.4为分解工序，No.5为升温工序。

还有，图1(a)～图1(e)中，「预热充填」代表充填工序，「预热升温」代表升温工序，「加热升温」代表分解工序，「闪蒸(flash)」表示降温工序，「排水」表示排水工序。

已经使糖化分解装置动作，No.1的压力容器中进行第2次以后的充填工序的情况下，处于排出工序中的No.2的压力容器排出的浆液(包含糖类)与No.1的压力容器中充填的原料浆液之间进行热交换，对原料浆液进行预热。

接着，将No.1的压力容器密闭(升温工序)。这时，如图1(b)所示，No.4的压力容器变成降温工序，因此No.4的压力容器上部的高温气体被当作闪蒸蒸汽提供给No.1的压力容器，进行热回收(最好是如上所述闪蒸蒸汽提供给压力容器内的水溶液)。其结果是，No.1的压力容器内的浆液的温度进一步上升，节约了使浆液达到亚临界状态用的能量。

接着，如图1(c)所示，用高温蒸汽等热源对No.1的压力容器内部进行加热，使浆液处于亚临界状态(分解工序)。这时，如果在原料浆液中，在2mol％以上10mol％以下的浓度范围内添加乙醇，能够使分解反应速度降低，因此使得纤维素或半纤维素的分解反应容易控制。

在这里，本申请所述的分解工序不仅是浆液处于亚临界状态的时间，也包括将升温工序中温度上升的浆液加热到亚临界状态所需要的时间。

还有，一旦对原料浆液添加乙醇到超过10mol％的浓度，则分解时间会延长到所需要的时间以上，同时容器的耐压程度也提高。而且在排出工序中排出的浆液中也存在高浓度的乙醇，因此实用价值收到损害。

接着如图1(d)所示，将经过适当的分解时间的No.1的压力容器与处于预热工序中的No.3的压力容器连接，将No.1的压力容器下部的高温浆液作为闪蒸蒸汽提供给No.3的压力容器。借助于此，能够使No.1的压力容器内部急冷到糖化分解温度以下，使糖过度分解反应为有机酸等的反应停止。同时，No.3的压力容器内的浆液的温度上升。

在这里，在分解工序中使生物物质中的半纤维素糖化分解的情况下，不升温到纤维素糖化分解的温度范围(240～280℃)，而调整到只有半纤维素糖化分解的140～180℃的温度范围。

另一方面，在使生物物质中的纤维素糖化分解的情况下，升温到纤维素糖化分解的温度范围(240～280℃)。

接着，如图1(e)所示，温度下降，通常压力下降到常压或接近常压的No.1的压力容器打开，排出包含糖类的浆液(排出工序)。在分解工程的温度为240～280℃的情况下，这时浆液为110～150℃左右，因此与处于充填工序的No.5的压力容器中充填的浆液之间进行热交换。借助于此，使No.5的浆液得到预热，同时能够冷却从No.1取出的浆液。

在图1(a)～图1(e)中，主要对No.1的压力容器的操作进行了说明，但是对No.2～No.5的压力容器也进行与No.1一样的操作。又，在图1(a)～图1(e)中，对No.1以外的压力容器利用闪蒸蒸汽和高温浆液进行的排热回收(热交换)部分省略，但是当然，对于这些热交换，也与进行No.1的压力容器一样的排热回收(热交换)。

在排出工序排出并且利用热交换冷却的浆液中，糖类与残存固形物质共存。在分解工序为140～180的温度范围的情况下，残存固形物质主要是纤维素和木质素。

该浆液在利用固液分离方法去除残存固形物质后，被提供给乙醇发酵，利用酵母的发酵作用等制造生物乙醇。这样的乙醇发酵技术是众所周知的技术，因此在这里省略其说明。利用本发明得到的糖类，借助于酵母以外的公知的发酵处理也能够变换为生物乙醇。

下面参照图2对将使用图1(a)～图1(e)所示的5台压力容器的分解装置作为连续分批系统运行的情况下的时间表进行说明。还有，在图2中工序所需要的时间为5分钟。

首先，从No.1的压力容器开始进行充填工序，逐个保持5分钟的时间差用No.2～No.5的压力容器进行充填工序，各压力容器依序反复进行「C」→「PH」→「GL」→「F」→「DC」这5个工序，因此纤维素系生物物质的糖化分解处理为5分钟×5个工序＝25分钟一个周期。然后No.1～No.5的压力容器以逐个保持5分钟的时间差连续进行这一循环。

处于降温工序的No.1的压力容器的闪蒸蒸汽被提供给处于升温工序的No.2的压力容器，以回收热量。同样，处于降温工序的No.2、No.3、No.4、以及No.5的压力容器的闪蒸蒸汽被分别提供给处于升温工序的No.3、No.4、No.5的压力容器以进行热回收。

又，处于排出工序的No.1的压力容器排出的浆液与处于充填工序的No.5的压力容器中充填的浆液进行热交换。同样，处于排出工序的No.2、No.3、No.4、以及No.5的压力容器的高温浆液分别与处于充填工序的No.1、No.2、No.3以及No.4的压力容器中充填的浆液进行热交换。借助于这样的连续分批系统，可以短时间而且省能地连续使纤维素系生物物质糖化分解。

实施形态2

下面参照图3对全部工序数目为4个，使用通常运行时将排出工序和充填工序作为排出充填工序平行进行的4台压力容器的分解装置被作为连续分批系统运行的情况下的时间表进行说明。还有，在图3中，各工序所需要的时间采用5分钟。

首先，对No.1的压力容器进行最初的充填工序C₀，逐个相差5分钟在No.2～No4的压力容器进行最初的充填工序C₀。在运行开始时，进行与图1所示的糖化分解装置的充填工序相同的工序，因此在图3中，将最初进行的排出充填工序表示为最初的充填工序C₀。在通常运行时，各压力容器依序反复进行「C」→「PH」→「GL」→「F」这4个工序，因此纤维素系生物物质的糖化分解处理为5分钟×4个工序＝20分钟一个周期。然后No.1～No.4的压力容器以逐个保持5分钟的时间差连续进行这一循环。

处于降温工序的No.1的压力容器的闪蒸蒸汽被提供给处于升温工序的No.2的压力容器，谋求热回收，处于降温工序的No.2、No.3、No.4的压力容器的闪蒸蒸汽分别被提供给处于升温工序的No.3、No.4和No.5的压力容器，进行热回收。

在这里，在实施降温工序后从处于排出充填工序的No.1的压力容器去除浆液，然后将原料浆液充填于相同的压力容器中。也就是说，在降温工序结束后的No.1的压力容器中，排出工序与充填工序作为排出充填工序平行实施。这时，如果所排出的浆液温度十分高，这也可以在与充填的原料浆液之间进行热交换。

运行结束的情况下，实施最后的降温工序的No.1的压力容器进行最后的排出工序C_X，逐个保持5分钟的时间差在No.2～No.4的压力容器进行最后的排出工序C_X。运行结束后进行与图1所示的糖化分解装置的排出工序相同的工序，因此在图3中将最后进行的排出充填工序表示为最后的排出工序C_X。

如果采用这种连续分批系统，则能用比图1和图2所示的糖化分解装置少的压力容器以更短的时间实施连续糖化处理。

分解工序中添加乙醇的影响

在这里，对作为纤维素系生物物质在亚临界状态使试剂纤维素糖化分解的情况下的乙醇的添加影响进行研究。对上述纤维素，分别用纯水和5重量％(2mol％)的乙醇水溶液以相同的280℃进行通水试验，结果示于图4。

图4表示反应时间与糖类的收率(％)的关系。糖类的最高收率本身几乎看不出有添加乙醇的影响。但是在糖类的生成速度和分解速度上，显然添加乙醇的情况要低一些，例如达到最高收率的时间，由于添加乙醇而增加到大约三倍(0.7分钟→2.0分钟)。

在亚临界状态下的反应时间在工业规模上以秒为单位进行控制是困难的，因此在原料浆液中添加乙醇提高糖类的收率被认为是有效的。

实施形态3

下面参照图5说明在亚临界状态下纤维素系生物物质不容易糖化分解，不得不使分解工序比其他4个工序时间长的情况，而且将使用8台压力容器的全部工序数为5的分解装置作为连续分批系统的情况下的时间表进行说明。还有，在图5中分解工序所需要的时间为20分钟，其他工序所需要的时间为5分钟。

首先从No.1的压力容器开始进行充填工序，逐个保持5分钟的时间差用No.2～No.78的压力容器进行充填工序。各压力容器依序反复进行「C」→「PH」→「GL」→「F」→「DC」这5个工序，在这里，纤维素系生物物质的糖化分解处理为20分钟，因此(5分×4个工序)+(20分×1个工序)＝40分钟一个周期。然后No.1～No.8的压力容器以逐个保持5分钟的时间差连续进行这一循环。

在这里，图5所示的连续分批系统中，分解工序是其他工序的4倍长。因此采用与工序数相同的5台压力容器的情况下，如果分解工序以外的工序也不采用20分钟，则不能够回收闪蒸蒸汽和高温浆液的热能，因此处理时间变得非常长。所以在本实施形态的糖化分解装置中，使用8台压力容器，即使是分解工序采用20分钟，其他工序也保持5分钟，能够有效地进行热回收。

也就是说，No.1的压力容器处于降温工序时，对处于升温工序的No.6的压力容器提供闪蒸蒸汽。同样，处于降温工序的No.2、No.3、No.4、No.5、No.6、No.7以及No.8的压力容器分别向处于升温工序的No.7、No.8、No.1、No.2、No.3、No.4以及No.5的压力容器提供闪蒸蒸汽以谋求回收热量。

又，处于排出工序的No.1的压力容器排出的高温浆液与处于充填工序的No.8的压力容器中充填的浆液进行热交换。同样，处于排出工序的No.2、No.3、No.4、No.5、No.6、No.7以及No.8的压力容器的高温浆液分别与处于充填工序的No.1、No.2、No.3、No.4、No.5、No.6以及No.7的压力容器中充填的浆液进行热交换。

分解工序以外的4个工序都要求相同的时间，并且分解工序所需要的时间为其他4个工序所需要时间的n倍(n为自然数，在这里为4。)的情况下，如果使用的压力容器的数目为(4+n)的倍数台(在这里是8台)，这与实施形态1相同，作为连续分批系统，可以用短时间而且省能的方式使纤维素系生物物质连续糖化分解。

在实施形态3中，压力容器采用8台，但是如果将一连串的成批系统作为两个系统，则总共使用16台的压力容器即可。又，对于全部工序数为4的糖化分解装置，也可以进行相同的操作。

实施形态4

下面对上述实施形态1～3中，作为充填工序或排出充填工序，将纤维素系生物物质加以粉碎，与水混合作为浆液后，充填于压力容器的情况进行说明。但是本发明的充填工序或排出充填工序不一定要将纤维素系生物物质做成浆液，也可以将甘蔗渣等纤维素系生物物质充填于具有开孔部或间隙等，水能够在容器内外移动的通水性容器中充填纤维素系生物物质，将该通水性容器和水封入压入容器(压紧封入)，这样也能够使纤维素系生物物质糖化分解。

通水性容器只要是能够耐受压力容器内的高温，不管是什么材料都可以，但是最好是耐用的不锈钢等。又，对于形状没有特别限制，可以适当选择长方体、圆筒等，但是采用与压力容器形状相同的形状(圆筒)能够提高容积效率，在这点上比较理想。又，作为确保通水性的手段，可以将通水性容器的一部分或全部做成网状，也可以设置缝隙或圆形的开孔，也可以将上面打开，只要是水能够在容器内外移动，没有特别限制。

图6表示在通水性容器中充填干燥的甘蔗渣作为纤维素系生物物质的一个例子。在该图中，将甘蔗渣充填于底面和侧面有许多开孔部的圆筒状的通水性容器(上面打开)。这时，干燥的甘蔗渣不必粉碎，保持原来的长度也可以，也可以切断为适当的长度。

最好是充填后用压机等从上面进行压缩，将干燥的甘蔗渣在通水性容器内压缩(压紧充填)，也可以将预先压缩的干燥的甘蔗渣充填于通水性容器中。干燥甘蔗渣压缩前的松装比重为5～10kg/m³左右，但是通过压缩能够使比重达到50kg/m³以上的松装比重。如果在该压缩状态下封入容器内并注满水，则压力容器内的固形物浓度为百分之几的程度，与浆液有相同水平的固形分浓度，能够得到将干燥甘蔗渣做成浆液相同程度的容积效率。

如图6所示，在通水性容器内将干燥甘蔗渣压缩的情况下，最好是反复进行将干燥甘蔗渣投入通水容器内并进行压缩的处理，在通水性容器内压紧充填尽可能多的干燥甘蔗渣，但是如果能够压紧充填充分数量的干燥甘蔗渣，则采用一次加压处理也可以。

还有，干燥甘蔗渣等纤维素系生物物质在封入压入容器之前，将松装比重调整到50kg/m³以上300kg/m³以下为宜，更理想的是调整到100kg/m³以上，200kg/m³以下。因为松装比重低则与浆液化的情况相比，固形和浓度变低，因此容积效率变低。另一方面，如果松装比重调整得过大，则水不容易渗入纤维素系生物物质内部，分解反应不容易进行。

为了使干燥的甘蔗渣等纤维素系生物物质浆液化，每1kg原料需要0.5～2kW左右的粉碎用的能量，但是在本实施形态中，不需要进行粉碎作业，即使是进行粉碎的情况下，也不需要粉碎成微小的尺寸，因此纤维素系生物物质的前处理所需要的工作量为十分之一到二分之一。

在将纤维素系生物物质做成浆液充填到压力容器中的情况下，为了防止配管堵塞有必要降低固形物浓度或进行粉碎。纤维素系生物物质含水量多，浆液的固形分浓度如果也包含纤维素系生物物质内的水分，则即使是10％左右流动性也低。但是，如果在通水性容器中充填纤维素系生物物质，与水一起封入压力容器，则压力容器内的固形分浓度如上所述可以做得与浆液相同。

又，在将纤维素系生物物质浆液化的情况下，有时候在配管和压力容器的内壁附着固形物，作为残存固形物残留于其上。这种残存固形物不仅降低了配管和压力容器的容积效率，而且反应后的微小粉末混入未反应的浆液中，因此使清洗频度增加。但是，如果在通水容器中充填纤维素系生物物质，将其与水一起封入压入容器内进行加热，则纤维素系生物物质被静置于通水容器内不动，通过配管移送的只是水，因此不发生这样的问题。

还有，将纤维素系生物物质在140℃以上180℃以下进行加热，使半纤维素分解为糖类后，将残留的固形分在240℃以上280℃以下进行加热使纤维素分解为糖类的情况下，充填工序或排出充填工序中充填浆液化的纤维素系生物物质的情况下，有必要对半纤维素分解后的固形物进行固液分离，新添加水形成浆液，但是如果在通水性容器中充填纤维素系生物物质，将其与水一起封入压力容器内进行加热，则只要从压力容器排出包含糖类的水就可以了，通水性容器具有还能够起固液分离的作用的优点。还有，在通水性容器内与生物残渣一起残留的包含糖类的水如果也通过对生物物质残渣的洗涤操作进行回收，则能够更加有效地回收糖类。

在充填工序或排出工序中，如果在通水性容器中充填纤维素系生物物质，将其与水一起封入压力容器内，则在排出工序或排出充填工序中，从压力容器排出包含糖类的高温水，从压力容器内取出通水性容器，从通水性容器取出固形残渣(纤维素系生物物质中包含的纤维素和/或半纤维素被分解为糖类后残留的固形分，主要是木质素和灰分)加以废弃。

还有，这种残渣可以使用于对压力容器内进行加热时作为燃料，因此在能够使压力容器内的固形分浓度提高的本实施形态中，从压力容器中取出的残渣也多，可以抑制石油等燃料的使用。

在降温工序中，使压力容器内的高温水闪蒸蒸发，与正在实施充填工序的压力容器中充填的水之间进行热交换。除此以外，与在充填工序或排出充填工序中充填浆液化的纤维素系生物物质的情况相同。

例如在充填工序中，将纤维素系生物物质充填于通水容器中，将其与水一起封入压力容器内的情况下，在表示实施形态1的糖化分解装置的操作步骤的图1中，(原料浆液)变成(充填纤维素系生物物质的通水性容器和水)。

根据上面所述，对于本行业的普通技术人员来说，本发明的许多改良和其他实施形态是显然的。从而上述说明只应该作为例示解释，是以对本发明的普通人员示教执行本发明的最佳实施形态为目的而提供的。在不超出本发明的精神的情况下，其结构和/或功能的细节可以有实质上的变更。

工业应用性

本发明作为使纤维素系生物物质分解，以制造糖类的方法和装置在生物、能源等领域是有用的。