利用廢棄物製造有機物質的裝置及利用廢棄物製造有機物質的方法與流程
2023-07-30 14:48:51 2
本發明涉及利用廢棄物製造有機物質的裝置及利用廢棄物製造有機物質的方法。
背景技術：
近年來，對例如通過使含有由由煉鐵廠的廢氣等合成的一氧化碳的合成氣進行微生物發酵，從而製造乙醇等化學物質的方法的實用化(例如參照專利文獻1)進行著研究。
另外，目前已知一種方法，其包括通過使用催化劑使由生物質合成的合成氣進行反應，來製造乙醇(參照專利文獻2)。
現有技術文獻
專利文獻
專利文獻1：國際公開第2011/087380號公報
專利文獻2：日本特開2012－149089號公報
技術實現要素：
發明所要解決的課題
但是，利用廢棄物製造有機物質的裝置目前為止還未實用化，實際情況是未充分地進行研究。
本發明的主要目的在於，提供一種能夠使用由廢棄物氣化爐的合成氣，優選地製造有機物質的裝置及方法。
用於解決課題的方案
本發明提供第一種的由廢棄物製造有機物質的製造裝置，其具有：合成氣生成爐，其通過使廢棄物進行部分氧化而生成合成氣；有機物質生成部，其利用所述合成氣生成有機物質。所述有機物質生成部具有：合成部，其通過使用金屬催化劑使所述合成氣進行催化反應來合成所述有機物質；發酵器，其通過使所述合成氣進行微生物發酵來生成所述有機物質。
本發明的第一種的由廢棄物製造有機物質的製造裝置中，發酵器可以與合成部的後段連接。
本發明的第一種的由廢棄物製造有機物質的製造裝置中，有機物質可以是乙醇。
本發明的第一種的由廢棄物製造有機物質的製造裝置中，由合成部的合成的有機物質和在發酵器中生成的有機物質也、可以相互不同。
本發明提供第二種的由廢棄物製造有機物質的製造裝置，其具有：合成氣生成爐，其通過使廢棄物進行部分氧化而生成合成氣；有機物質生成部，其利用所述合成氣生成有機物質。所述有機物質生成部具有：合成部，其通過使用金屬催化劑使所述合成氣進行催化反應來合成第一有機物質；發酵器，其與所述合成部串聯地連接，通過使所述第一有機物質進行微生物發酵而生成第二有機物質。
本發明的第二中的由廢棄物製造有機物質的製造裝置中，第一有機物質是碳原子數為6以下的醇、碳原子數為6以下的醛或碳原子數為6以下的羧酸中的至少一種，第二有機物質是選自醇、有機酸、脂肪酸、油脂、酮、二烯、生物質、糖中的至少一種。
本發明提供第一種的由廢棄物製造有機物質的製造方法，通過使廢棄物進行部分氧化來生成合成氣的工序；利用所述合成氣生成有機物質的有機物質生成工序，所述有機物質生成工序包括：通過在合成部中使用金屬催化劑使所述合成氣進行催化反應，合成所述有機物質的合成工序；通過在發酵器中對所述合成氣進行微生物發酵，生成所述有機物質的發酵工序。
本發明的第一種的由廢棄物製造有機物質的製造方法中，可以在合成工序之後進行發酵工序。
本發明的第一種的由廢棄物製造有機物質的製造方法中，有機物質可以是乙醇。
本發明的第一種的由廢棄物製造有機物質的製造方法中，在合成工序中合成的有機物質和在發酵工序中生成的有機物質可以相互不同。
本發明的第二種的由廢棄物製造有機物質的製造方法包括：通過使廢棄物進行部分氧化來生成合成氣的工序；利用所述合成氣生成有機物質的有機物質生成工序。所述有機物質生成工序具有：通過在合成部中使用金屬催化劑使所述合成氣進行催化反應，合成第一有機物質的合成工序；通過在與所述合成部串聯地連接的發酵器中，對所述第一有機物質進行微生物發酵來生成第二有機物質的發酵工序。
本發明的第二種的由廢棄物製造有機物質的製造方法中，第一有機物質可以是碳原子數為6以下的醇、碳原子數為6以下的醛或碳原子數為6以下的羧酸中的至少一種，第二有機物質是選自醇、有機酸、脂肪酸、油脂、酮、二烯、生物質、糖中的至少一種。
發明的效果
根據本發明，可以提供能夠使用由廢棄物氣化爐的合成氣優選地製造有機物質的裝置及方法。
附圖說明
圖1是本發明一個實施方式的由廢棄物製造有機物質的製造裝置的示意圖。
標記說明
1 製造裝置
11 合成氣生成爐
12 有機物質生成部
13 合成部
14 發酵器
具體實施方式
以下，對實施本發明的優選的方式的一個例子進行說明。但是，下述的實施方式僅僅是示例。本發明不受下述實施方式任何限定。
(第一實施方式)
圖1是本實施方式的由廢棄物製造有機物質的製造裝置的示意圖。圖1所示的製造裝置1是用於利用含有廢棄塑料等的廢棄物製造有機物質的裝置。製造的有機物質可以是例如醇、有機酸、脂肪酸、油脂、酮、生物質、糖等。作為醇、有機酸、脂肪酸、油脂、酮、生物質、糖等具體例，例如可舉出乙醇或乙酸、丁二醇等。以下，本實施方式中，以合成乙醇的例子進行說明。
製造的有機物質的用途沒有特別限定。製造的有機物質可以用作例如塑料或樹脂等的原料，也可以用作燃料。
製造裝置1具有合成氣生成爐11。向合成氣生成爐11供給包含塑料或樹脂等有機物的廢棄物。廢棄物在合成氣生成爐11中進行部分氧化，生成合成氣。合成氣含有一氧化碳和氫氣。使廢棄物進行部分氧化而生成的合成氣通常以1:1.5～1.5:1的摩爾比含有一氧化碳和氫。
合成氣生成爐11與有機物質生成部12連接在一起。在合成氣生成爐11中生成的合成氣供給至有機物質生成部12。可以在合成氣生成爐11和有機物質生成部12之間設置合成氣的提純裝置、或合成氣的改性裝置及二氧化碳的分離裝置等。
有機物質生成部12具有合成部13和發酵器14。合成部13與合成氣生成爐連接。在合成氣生成爐11中生成的合成氣供給至合成部13。合成部13具有金屬催化劑。在合成部中，通過使用金屬催化劑使合成氣進行催化反應，合成有機物質。作為催化反應所優選使用的金屬催化劑，例如可舉出由銠、錳、鋰、鎂形成的4元催化劑等。在合成部13中的催化反應中，相對於1摩爾一氧化碳，消耗2摩爾氫。
發酵器14與合成部13連接。即，發酵器14和合成部13串聯地連接。向發酵器14供給由合成部13的排出氣體。合成部13中，與一氧化碳相比氫被更多地消耗，因此，排出氣體中至少含有一氧化碳。
發酵器14含有微生物。微生物使由合成部13的排出氣體發酵而生成乙醇。作為在生成乙醇的情況下優選使用的微生物的具體例，例如可舉出梭菌屬等的厭氧性羰基營養性細菌等。發酵器14中的微生物發酵中，從系統中的水得到微生物發酵所需要的氫，因此，即使不存在氫，利用一氧化碳也可合成乙醇。
如上所述，使廢棄物部分氧化而生成的合成氣通常以1.5:1～1:1.5的摩爾比含有一氧化碳和氫。合成部13中的催化反應中，相對於1摩爾一氧化碳，消耗2摩爾的氫。因此，例如在僅設置合成部的情況下，合成氣中的一氧化碳不會完全消耗。
製造裝置1中，將使用了金屬催化劑的合成部13和發酵器14串聯地連接在一起。因此，在合成部13中剩餘的一氧化碳在發酵器14中被消耗，成為乙醇。因此，製造裝置1中，可以提高合成氣中的一氧化碳的使用率。因此，製造裝置1中，可以高效率地製造乙醇。
此外，本實施方式中，發酵器14與合成部13的後段連接在一起。在發酵器14中，比合成部13更容易發生副反應。因此，與合成部13相比，在發酵器14中生成更多的副生成物。因此，優選將副生成物的生成量較少的合成部13配置於前段，將副生成物的生成量較多的發酵器14配置於後段。通過這樣，可以抑制合成部13中的催化劑由於在發酵器14中產生的副生成物而發生劣化。但是，本發明不限定於該結構。合成部13也可以與發酵器14的後段連接在一起。
以下，對本發明優選的實施方式的另一個例子進行說明。在以下的說明中，以共同的符號參照實質上具有與上述第一實施方式共同的作用的部件，並省略說明。另外，在以下的實施方式中，與第一實施方式共同地參照圖1。
(第二實施方式)
第一實施方式中，對在合成部13中合成的有機物質和在發酵器14中生成的有機物質為相同種類的例子進行說明。但是，本發明不限定於此。
本發明中，在合成部13中合成的有機物質和在發酵器14中生成的有機物質可以相互不同。在該情況下，可以製造多種有機物質。
例如，在合成部13中合成的有機物質可以為乙醇，且在發酵器14中生成的有機物質為乙酸。例如，在合成部13中合成的有機物質可以為乙醛，在發酵器14中生成的有機物質為乙醇。
此外，第一實施方式中，對合成部13和發酵器14串聯地連接的例子進行了說明。但是，第二實施方式中，合成部13和發酵器14未必一定串聯地連接。例如，合成部13和發酵器14可以並聯地連接。另外，合成部13也可以與發酵器14的後段連接。在第二實施方式中，合成部13和發酵器14的連接方式可以根據，例如在合成部13中合成的有機物質的種類及在發酵器14中生成的有機物質的種類等適宜決定。
(第三實施方式)
第一及第二實施方式中，分別對合成部13及發酵器14將各自合成的氣體用作原料的例子進行了說明。但是，本發明不限定於此。
例如，本實施方式中，在合成部13中合成第一有機物質。在發酵器14中通過使第一有機物質進行微生物發酵，生成第二有機物質。通過這樣，可以製造難以通過使合成氣直接進行微生物發酵而得到的有機物質。另外，通過在發酵器14中不使第一有機物質的全部進行發酵，也可以製造第一有機物質和第二有機物質這兩種物質。
第一有機物質及第二有機物質的種類沒有特別限定。例如，第一有機物質可以是碳原子數為6以下的醇、碳原子數為6以下的醛或碳原子數為6以下的羧酸中的至少一種，第二有機物質是選自醇、有機酸、脂肪酸、油脂、酮、二烯、生物質、糖中的至少一種。
第三實施方式中，對發酵器14與合成部13的後段連接在一起的例子進行了說明。但是，本發明不限定於該結構。例如，也可以將合成部13與發酵器14的後段連接在一起。在該情況下，以在發酵器中生成的有機物質為原料，在合成部13中合成其它有機物質。