JP6518070B2 - エタノール合成方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、シンガス等の原料ガスからエタノールを合成する方法及び装置に関し、特に、原料ガス中のベンゼン等の炭化水素化合物を除去したうえでエタノール合成を行うのに適したエタノール合成方法及び装置に関する。

シンガス（syngas）等の原料ガスからエタノールを製造するプラントは公知である（特許文献１、２等参照）。この種プラントでは、シンガス中のＢＥＴＸ（ベンゼン、エチルベンゼン、トルエン、キシレン）等の芳香族化合物、その他の炭化水素化合物を除去する工程が必要になる場合が多い。例えば、嫌気性微生物の発酵作用によってエタノールを精製する場合には、ＢＥＴＸ等が嫌気性微生物の活動に悪影響を及ぼすことが考えられる（特許文献３等参照）。

シンガスからＢＥＴＸを除去する方法としては、ＰＳＡ（圧力変動吸収法；pressure-swing adsorption）方式や水吸収方式が考えられる。
ＰＳＡ方式は、ゼオライトなどの固体吸収剤にシンガス中のＢＥＴＸを吸収させるものである。その後、真空引きによって固体吸収剤からＢＥＴＸを脱離させることによって、固体吸収剤を再生させる。
水吸収方式は、水にＢＥＴＸを吸収させるものである。吸収後の水は大気中に放散することで、ＢＥＴＸを蒸発させる。

特開２００４−５０４０５８号公報 特開２０１２−２１７８８６号公報 特開２０１４−０５０４０６号公報（［００９６］、［０１０２］）

ＰＳＡ方式には以下の課題がある。
（１）固体吸収剤がシンガス中の硫黄によってダメージを受けやすいために、固体吸収剤を定期的に交換する必要がある。
（２）固体吸収剤はＢＥＴＸだけでなく水をも吸収するために、シンガス中の水分除去が不可欠である。
（３）固体吸収剤を再生するために真空ポンプ等を駆動したり、水分除去のため加熱したりするための電力消費が大きい。
（４）固体吸収剤がＣＯやＨ_２などの原料成分をも吸収するために、エタノールの生産効率が低下する。

水方式には以下の課題がある。
（１）水のＢＥＴＸに対する溶解度が低いために大量の水が必要である。
（２）水の再生のために大気放散する際、ＢＥＴＸが環境へ放出されて大量の空気と混合される。このＢＥＴＸを回収して処理するのはほぼ不可能である。

本発明は、上記事情に鑑み、シンガス等の原料ガスからＢＥＸＴ（ベンゼン、エチルベンゼン、トルエン、キシレン）等の芳香族化合物、その他の炭化水素化合物を効率的に除去し、かつエタノールを効率的に生産することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明方法は、シンガス等の原料ガスからエタノールを合成するエタノール合成方法において、
前記エタノールの合成工程前の原料ガスと、エタノールを含有する吸収液とを接触させて、前記原料ガスに含まれる炭化水素化合物を前記吸収液に吸収させる吸収工程と、
前記吸収工程後の吸収液から前記炭化水素化合物を分離して前記吸収液を再使用可能にする分離再生工程と、
を備えたことを特徴とする。

前記炭化水素化合物としては、ＢＥＴＸすなわちベンゼン、エチルベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族化合物が挙げられる。エタノールは、水よりもこれら炭化水素化合物に対する吸収能力が高い。したがって、エタノールを含む吸収液を用いることにより、原料ガスから炭化水素化合物を効率的に除去することができる。ひいては、原料ガスの品質を向上でき、合成目的のエタノールを効率的に生産することができる。また、吸収液の所要流量を減らすことができ、設備の大型化を避けることができる。さらに、分離再生工程によって、吸収液の炭化水素化合物に対する吸収能力を回復（再生）でき、吸収液を循環再使用することができる。

前記エタノール合成工程では、前記吸収工程後の原料ガスを培養液に導入し、前記培養液中の嫌気性微生物の発酵によって前記原料ガスからエタノールを合成し、
更に、前記エタノール合成工程後の培養液からエタノールを精製する精製工程を備え、
前記吸収工程後の吸収液を前記精製工程に送ることで、前記精製工程の少なくとも一部が、前記分離再生工程を兼ねることが好ましい。
これによって、吸収工程後の吸収液専用の分離再生工程を省略することができ、処理プロセスを簡易化できる。炭化水素化合物を吸収する吸収物質と、合成の目的物質とを、互いに同一物質（エタノール）とすることで、別物質とするよりも工数及び設備コスト等の点で有利になる。
これに対して、エタノールを用いた吸収部を、エタノール以外の物質（例えばブタノール等）を合成するプラントに用いた場合には、吸収工程後、エタノールを加熱や冷却等によって系から除外したり回収したりする必要があり、付加設備が多くなり、コストが嵩む。また、エタノールを合成するプラントにおいて、エタノール以外の物質（例えばブタノール等）で炭化水素化合物を吸収した場合には、吸収工程後、当該エタノール以外の物質を加熱や冷却等によって系から除外したり回収したりする必要があり、付加設備が多くなり、コストが嵩む。

更に、前記吸収工程後の吸収液を吸収後液タンクに貯留する貯留工程を備え、
前記吸収後液タンク内の吸収液を前記分離再生工程に供することが好ましい。
原料ガス中の炭化水素化合物の分圧が変動することによって、吸収工程後の吸収液の炭化水素化合物濃度が変動したとしても、この吸収工程後の吸収液を吸収後液タンクに貯留することによって、炭化水素化合物濃度を平均化して、ピーク時の濃度よりも十分に低い濃度で安定させることができる。この安定的に低い炭化水素化合物濃度の吸収液を分離再生工程に供することによって、分離再生の処理能力を超過するのを避けることができ、炭化水素化合物濃度のピーク時に対応するために設備を大型化する必要はない。

本発明に係るエタノール合成装置は、シンガス等の原料ガスからエタノールを合成するエタノール合成部を有するエタノール合成装置において、
前記エタノール合成部への導入前の原料ガスと、エタノールを含有する吸収液とを接触させて、前記原料ガスに含まれる炭化水素化合物を前記吸収液に吸収させる吸収部と、
前記吸収後の吸収液から前記炭化水素化合物を分離して前記吸収液を再使用可能にする分離再生部と、
を備えたことを特徴とする。
これによって、原料ガスから炭化水素化合物を効率的に除去することができ、原料ガスの品質を向上させて、合成目的のエタノールを効率的に生産することができる。また、吸収液の所要流量を減らすことができ、設備の大型化を避けることができる。さらに、分離再生部において、吸収液の炭化水素化合物に対する吸収能力を回復（再生）させることができ、この吸収液を吸収部に戻すことによって循環再使用することができる。

前記エタノール合成部が、発酵によって前記原料ガスからエタノールを合成する嫌気性微生物を培養液中で培養する培養槽を有し、
更に、前記吸収後の原料ガスを前記培養槽に送る吸収後ガス路と、
前記エタノール合成後の培養液からエタノールを精製する精製部と、
前記吸収後の吸収液を前記精製部に送る再生往路と、を備え、
前記精製部の少なくとも一部が、前記分離再生部として提供されていることが好ましい。
これによって、吸収後の吸収液専用の分離再生部を省略することができる。この種嫌気性微生物によるエタノール合成システムでは、通常、エタノール合成後の培養液からエタノールを精製する精製部が設備されているから（特許文献１等参照）、この既存の精製部を利用して、吸収液の再生を行うことができる。したがって、設備が大掛かりになるのを防止でき、設備コストの増大を回避できる。

前記精製部が、順次接続された複数段の蒸留塔を備え、
前記培養槽が、１段目の第１蒸留塔に接続され、
前記再生往路が、前記第１蒸留塔の後段に連なる第２蒸留塔に接続されており、
さらに、前記第２蒸留塔の缶出液の一部を前記吸収液として前記吸収部へ戻す再生復路を設けることが好ましい。
前記エタノール合成後の培養液を第１蒸留塔で蒸留することによって、比較的高濃度のエタノール蒸留液を得ることができる。このエタノール蒸留液を第２蒸留塔に導入するとともに、前記吸収後の吸収液を第２蒸留塔に導入する。これら２つの液は、互いに混合したうえで第２蒸留塔に導入するのが好ましいが、互いに別々に第２蒸留塔に導入し、第２蒸留塔内で混合してもよい。この混合液を第２蒸留塔において蒸留することで、前記吸収後の吸収液由来の炭化水素化合物を分離して除去する。
再生往路を第１蒸留塔にではなく第２蒸留塔に接続することで、前記吸収後の吸収液のエタノール濃度が、第１蒸留塔での蒸留前の培養液との混合によって低下するのを防止できる。したがって、第２蒸留塔での蒸留ないしは分離再生の負担を軽減でき、精製効率ないしは分離効率を確保できる。そして、第２蒸留塔の缶出液の一部を再生復路から吸収部へ戻すことによって、前記一部の缶出液を吸収液として再使用することができる。

更に、前記吸収後の吸収液を貯留する吸収後液タンクを備え、
前記再生往路が、前記吸収後液タンクから前記精製部へ延びていることが好ましい。
原料ガス中の炭化水素化合物の分圧が変動することによって、吸収後の吸収液の炭化水素化合物濃度が変動したとしても、この吸収後の吸収液を吸収後液タンクに貯留することによって、炭化水素化合物濃度を平均化して、ピーク時の濃度よりも十分に低い濃度で安定させることができる。したがって、精製部すなわち分離再生部の処理能力をピーク時に合わせる必要がなく、設備の大型化を避けることができる。

前記吸収液が、エタノールと水の混合物であることが好ましい。
エタノールと水の混合物にベンゼン等の炭化水素化合物を吸収させた液のほうが、エタノール１００％にベンゼン等の炭化水素化合物を吸収させた液よりも、共沸点でのエタノールと炭化水素化合物の分離率を高くできる。したがって、分離再生工程（分離再生部）における炭化水素化合物の分離効率を高くできる。前記混合物におけるエタノールと水の比率は、所望の吸収効率を確保でき、かつ所望の分離効率を確保できるように設定することが望ましい。前記混合物のエタノール含有率が低過ぎると（水分量が多過ぎると）、収部における炭化水素化合物の吸収効率が低下する。前記混合物のエタノール含有率が高過ぎると（水分量が少な過ぎると）、分離再生部における炭化水素化合物の分離効率が低下する。

本発明によれば、原料ガスから炭化水素化合物を効率的に除去でき、エタノールを効率的に生産することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係るエタノール合成装置を示す回路構成図である。

以下、本発明の一実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、エタノール合成装置１は、シンガス生成部２（原料ガス生成部）と、エタノール合成部１０と、前処理部２０と、エタノール精製部４０を備えている。詳細な図示は省略するが、シンガス生成部２は、産業廃棄物等を処理する廃棄物処理施設にて構成されている。言い換えると、エタノール合成装置１は、廃棄物処理システムに組み込まれている。シンガス生成部２にはガス化炉が設備されており、このガス化炉において、廃棄物が高濃度の酸素ガスによって燃焼されて低分子レベルまで分解され、最終的にシンガス２ａ（原料ガス）となる。シンガス２ａは、一酸化炭素（ＣＯ）及び水素（Ｈ_２）に加えて、二酸化炭素（ＣＯ_２）や窒素（Ｎ_２）を主要成分として含有している。更に、生成時（吸収工程前）のシンガス２ａは、微量ないしは少量（ｍｏｌ-ｐｐｍオーダー〜数ｍｏｌ％オーダー）の硫化水素（Ｈ_２Ｓ）、酸素（Ｏ_２）の他、ＢＥＴＸ（ベンゼン、エチルベンゼン、トルエン、キシレン）等の芳香族化合物をはじめとする炭化水素化合物を含有していることがある。

エタノール合成部１０は、培養槽１１と、培養原液供給部１２を含む。培養槽１１には培養液８が蓄えられている。培養液８中で嫌気性微生物１９が培養されている。嫌気性微生物１９としては、例えば上掲特許文献１、３（特開２００４−５０４０５８号公報、特開２０１４−０５０４０６号公報）等に開示された嫌気性細菌を用いることができる。嫌気性微生物１９は、その発酵作用によって、一酸化炭素（ＣＯ）、水素（Ｈ_２）等からエタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）等を合成する。

培養原液供給部１２が培養槽１１に接続されている。培養原液供給部１２は、嫌気性微生物１９を入れる前の培養液８の原液を培養槽１１に供給する。培養液８の原液は、水を主成分とし、この水に嫌気性微生物１９のための各種栄養成分が溶解されている。

シンガス生成部２とエタノール合成部１０との間に前処理部２０が設けられている。前処理部２０は、脱硫部２１と、脱酸素部２２と、ＢＥＴＸ吸収部２３とを含む。シンガス生成部２の側（上流側）から脱硫部２１、脱酸素部２２、ＢＥＴＸ吸収部２３の順に直列に接続されている。脱硫部２１は、Ｆｅ_２Ｏ_３等の脱硫剤を含む。脱酸素部２２は、Ｃｕ等の遷移金属触媒を含む。

ＢＥＴＸ吸収部２３は、吸収器３０と、吸収前液タンク３１と、吸収後液タンク３２を含む。吸収前液タンク３１には、後記吸収工程前の吸収液３ａが貯留されている。

吸収器３０は、鉛直（上下）に延びる筒型の容器になっている。吸収器３０内の上端部には散液器３３が配置されている。吸収前液タンク３１から吸収前液路３４が延びて散液器３３に接続されている。吸収器３０内の底部には、吸収工程後の一時貯留吸収液３ｂが貯められている。

脱酸素部２２から吸収前ガス路２４が延びて吸収器３の底部に接続されている。吸収器３０における吸収前ガス路２４との接続部は、好ましくは一時貯留吸収液３ｂの液面よりも上方に配置されている。また、吸収器３０の上側部から吸収後ガス路２５が延びて培養槽１１の底部に接続されている。

吸収器３０内の温度は、好ましくは常温（例えば１０℃〜４０℃程度）である。温度が低いほど、ＢＥＸＴが吸収されやすい。
吸収器３０の内圧は、好ましくは大気圧より高圧であり、より好ましくは５気圧（ゲージ圧）以上、一層好ましくは１０気圧以上であるが、これに限られず、大気圧ないしは大気圧以下でもよい。

吸収器３０の底部から吸収後液路３５が延びて吸収後液タンク３２に接続されている。吸収後液タンク３２には、吸収後貯留液３ｃ（吸収工程後の吸収液）が貯留されている。吸収後液タンク３２の内容積は、エタノール合成装置１の処理容量にもよるが、例えば１ｍ^３〜１０ｍ^３程度、好ましくは２ｍ^３程度である。

吸収液３ａ，３ｂ，３ｃは、エタノール（Ｃ_２Ｈ_５ＯＨ）と水（Ｈ_２Ｏ）を含む混合液である。吸収液３ａ，３ｂ，３ｃのエタノール濃度は、例えば５０ｗｔ％〜９５ｗｔ％程度である。吸収液３ａ，３ｂ，３ｃにおけるエタノール以外の成分の殆どは、水で占められている。吸収液３ａのエタノール含有率が低過ぎると（水分量が多過ぎると）、ＢＥＴＸの吸収効率が低下する。吸収液３ｃのエタノール含有率が高過ぎると（水分量が少な過ぎると）、後述する分離再生工程におけるＢＥＴＸの分離効率が低下する。

さらに、吸収液３ｂ，３ｃは、ＢＥＴＸを含む。一時貯留吸収液３ｂのＢＥＴＸ濃度は例えばｐｐｍオーダー〜数％オーダーの範囲で大きく変動する。吸収後貯留液３ｃのＢＥＴＸ濃度は、一時貯留吸収液３ｂのＢＥＴＸ濃度のピーク値よりも十分に低い濃度で安定している。
なお、吸収前の吸収液３ａは、極めて微量のＢＥＴＸを含み得る。吸収液３ａのＢＥＴＸ許容濃度は、吸収後貯留液３ｃのＢＥＴＸ濃度よりも十分に小さく、例えば数十ｍｏｌ-ｐｐｍ以下が望ましい。

エタノール合成部１０の後段にエタノール精製部４０が配置されている。
エタノール精製部４０は、複数段（図１では２段のみ図示）の蒸留塔４１，４２…を備えている。これら蒸留塔４１，４２…が順次直列に連なっている。各蒸留塔４１，４２…は、鉛直に延びている。

培養槽１１の培養液８内から培養後液路１４が引き出されており、この培養後液路１４が、１段目の第１蒸留塔４１の中間部に接続されている。第１蒸留塔４１の下端部には、第１リボイラー４４が設けられるとともに、水処理部４（waste water treatment）が接続されている。

第１蒸留塔４１の上端部には、第１コンデンサー４３が設けられている。第１コンデンサー４３から一次凝縮液路４７が延び、２段目（後段）の第２蒸留塔４２の中間部に接続されている。

一方、前記吸収後液タンク３２から再生往路３６が引き出されて精製部４０へ延びている。この再生往路３６が、合流部４７ｃにおいて一次凝縮液路４７と合流している。したがって、再生往路３６は、合流部４７ｃより下流側の一次凝縮液路４７を介して、第２蒸留塔４２に接続されている。

第２蒸留塔４２の上端部には、第２コンデンサー４５が設けられている。第２コンデンサー４５から二次凝縮液路４９が延びている。

第２蒸留塔４２の下端部には、第２リボイラー４６が設けられている。また、第２蒸留塔４２の下端部から二次缶出液路４８が延びて、第３段目の蒸留塔（図示省略）に接続されている。二次缶出液路４８から再生復路３７が分岐している。この再生復路３７が、吸収部２３へ延び、吸収前液タンク３１に接続されている。

上記のエタノール合成装置１によってエタノールを合成する方法を説明する。
＜原料ガス生成工程＞
シンガス生成部２において廃棄物を燃焼させてシンガス２ａを生成する。生成時（吸収工程前）のシンガス２ａ中のＢＥＴＸ濃度は、原料の廃棄物成分に応じて大きく変動する。

＜前処理工程＞
シンガス２ａを培養槽１１に導入するのに先立ち、前処理部２０による前処理工程に供する。前処理工程として、脱硫工程、脱酸素工程、ＢＥＴＸ吸収工程が含まれる。
＜脱硫工程＞
詳しくは、先ず、脱硫部２１において、シンガス２ａ中のＨ_２ＳをＦｅ_２Ｏ_３等の脱硫剤に吸収させて除去する。
＜脱酸素工程＞
次に、脱酸素部２２において、Ｃｕ等の遷移金属触媒を用いて、シンガス２ａ中のＯ_２を、シンガス２ａ中の他のガス（ＣＯ、Ｈ_２等）と反応させて除去する。予め脱硫部２１でＨ_２Ｓを除去しておくことで、脱酸素部２２のＣｕ触媒がダメージを受けるのを防止できる。

＜吸収工程＞
次に、ＢＥＴＸ吸収部２３において、シンガス２ａ中のＢＥＴＸをエタノールに吸収させて除去する。
詳しくは、脱酸素部２２からのシンガス２ａが、吸収前ガス路２４を経て、吸収器３０に導入されて、吸収器３０内を上昇する。
また、吸収前液タンク３１の吸収液３ａが、吸収前液路３４を経て、散液器３３に導入され、散液器３３から吸収器３０内に散液されて落下する。
これによって、吸収器３０内において、シンガス２ａと吸収液３ａとが互いに対向流を構成しながら接触し、シンガス２ａ中のＢＥＴＸが吸収液３ａに吸収される。
エタノールのＢＥＴＸに対する吸収能力は、水の千倍以上であるため、ＢＥＴＸの吸収液として水１００％を用いた場合と比べて吸収液３ａの所要流量を大幅に低減できる。吸収器３０内を高圧にすることによって、シンガス２ａのＢＥＴＸ分圧を高くでき、吸収液３ａのＢＥＴＸ吸収率を高くできる。
この吸収工程に先立ち、脱酸素部２２においてＯ_２を予め除去しておくことで、吸収液３ａのエタノールがＯ_２と反応して蟻酸等の不要成分が生成されるのを防止できる。

吸収器３０の上部における吸収後シンガス２ｂのＢＥＴＸ濃度は、吸収前シンガス２ａのＢＥＴＸ濃度よりも低くなる。また、吸収器３０内において、吸収液３ａ中のエタノールの一部が気化する。このため、吸収後シンガス２ｂは、エタノールを含む。
シンガス２ａの初期温度（吸収器３０に導入時の温度）は、常温よりも高温で、例えば３０℃〜５０℃程度であり、好ましくは４０℃程度である。このシンガス２ａからエタノールの気化熱が奪われることで、吸収器３０内の温度がほぼ常温（例えば２５℃程度）に保たれる。

吸収器３０の底部には、ＢＥＴＸを吸収した一時貯留吸収液３ｂが一時貯留される。この一時貯留吸収液３ｂのＢＥＴＸ濃度は、吸収器３０の底部におけるシンガス２ａのＢＥＴＸ分圧と概略平衡する。
シンガス２ａのＢＥＴＸ分圧は、シンガス生成部２で燃焼する廃棄物成分に応じて変動しやすいため、一時貯留吸収液３ｂのＢＥＴＸ濃度も変動しやすい。

＜貯留工程＞
一時貯留吸収液３ｂは、吸収後液路３５を経て、吸収後液タンク３２に送られ、吸収後貯留液３ｃとして吸収後液タンク３２に貯留される。
シンガス２ａのＢＥＴＸ分圧の変動に伴って一時貯留吸収液３ｂのＢＥＴＸ濃度が変動しても、吸収後液タンク３２への貯留によってＢＥＴＸ濃度を平均化することができる。これによって、吸収後貯留液３ｃのＢＥＴＸ濃度を、一時貯留吸収液３ｂのＢＥＴＸ濃度のピーク値よりも十分に低い濃度で安定させることができる。したがって、後述する分離再生工程において、吸収後貯留液３ｃからＢＥＴＸを分離して吸収液３ａを再生させる際、分離再生部４２の分離再生処理能力を上記ピーク値に合わせる必要がなく、分離再生部４２の負担を軽減でき、設備の大型化を避けることができる。
吸収後液タンク３２に攪拌機を設けて吸収後貯留液３ｃを撹拌することで、吸収後貯留液３ｃのＢＥＴＸ濃度の均一化を促進してもよい。

＜合成工程＞
吸収工程後のシンガス２ｂは、吸収後ガス路２５を経て、培養槽１１に導入され、培養液８に溶け込む。そして、培養液８内の嫌気性微生物１９が、発酵を行なうことによって、シンガス２ｂ中のＣＯ及びＨ_２等からエタノールを合成する。ＢＥＴＸの吸収除去を経たシンガス２ｂを培養槽１１に導入することによって、嫌気性微生物１９に悪影響が及ぶのを防止でき、エタノールの発酵生成を確実に行わせることができる。

このとき、シンガス２ｂ中のエタノールも培養液８に溶け込む。つまり、上記吸収工程で吸収液３ａからエタノールが気化したとしても、そのエタノールを、エタノール合成部１０で生成するエタノールと一緒にすることができる。そして、後述する精製工程によってエタノールを回収することができる。したがって、エタノールの無駄を抑えることができる。また、上記吸収工程でのエタノールの気化流量を、嫌気性微生物１９によるエタノール生産流量の例えば１０分の１程度に抑えることで、嫌気性微生物１９の発酵活動が減退するのを防止できる。

＜ガス放出工程＞
培養槽１１内のガスは、ガス放出路１３から放出される。放出ガス成分は、主に未反応のＣＯ及びＨ_２やＣＯ_２、Ｎ_２であり、更に微量のエタノールやＢＥＴＸ等を含み得る。この放出ガスは、回収して再利用してもよく、適宜除害したうえで放出してもよい。

＜培養液導出工程＞
培養槽１１内の培養液８の一部８ａは、所定の流量で培養後液路１４へ導出される。導出培養液８ａは、エタノールと水の混合液である。更に、導出培養液８ａには、嫌気性微生物１９の生体又は屍骸等のバイオマス、その他の固体成分（浮遊物質：suspended solids）が含まれている。固体成分は、フィルタ（図示省略）によって捕捉回収して、培養槽１１に戻したり、分解処理したりすることが好ましい。

＜精製工程＞
導出培養液８ａは、固体成分の除去後、エタノール精製部４０へ送られ、精製工程に供される。
詳しくは、導出培養液８ａは、先ず第１蒸留塔４１に導入されて蒸留され、下側の一次缶出液８ｂと、上側の一次留出蒸気９ａとに分離される。一次缶出液８ｂの大部分は、水（Ｈ_２Ｏ）である。この一次缶出液８ｂの一部は、第１リボイラー４４に送られて加熱され、蒸気となって第１蒸留塔４１に戻される。また、一次缶出液８ｂの残部は、水処理部４へ送られ、好気処理等される。処理後の一次缶出液８ｂは、廃棄してもよく、培養槽１１に戻してもよい。

一次留出蒸気９ａは、比較的高濃度のエタノールガスと、第１蒸留塔４１において分離しきれなかった水すなわち水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を含む。この一次留出蒸気９ａが、第１蒸留塔４１の上端部から第１コンデンサー４３に送られて冷却凝縮され、一次凝縮液９ｂとなる。一次凝縮液９ｂの一部は、第１蒸留塔４１に戻される。一次凝縮液９ｂの残部は、一次凝縮液路４７を経て、第２蒸留塔４２へ送られる。

＜合流工程＞
併行して、一定流量の吸収後貯留液３ｃが、吸収後液タンク３２から送出され、再生往路３６を経て、合流部４７ｃにおいて一次凝縮液９ｂと混合される。これによって、吸収後貯留液３ｃと一次凝縮液９ｂとの混合液からなる二次蒸留前液９ｃが出来る。二次蒸留前液９ｃは、比較的高濃度のエタノールと水を含み、更に、吸収後貯留液３ｃ由来のＢＥＴＸ等を含む。高エタノール濃度の吸収後貯留液３ｃを、低エタノール濃度の培養液８ａと混合するのではなく、高エタノール濃度の一次凝縮液９ｂと混合することで、混合液９ｃのエタノール濃度を高く維持できる。したがって、精製部４０の負担を軽減でき、精製効率を確保できる。具体的には、リボイラー４６の所要供給熱量を低減できる。

＜分離再生工程＞
二次蒸留前液９ｃは、第２蒸留塔４２に導入されて蒸留され、上側の二次留出蒸気９ｄと、下側の二次缶出液９ｅとに分離される。二次留出蒸気９ｄは、比較的低濃度のエタノールガス及び水蒸気の他、吸収後貯留液３ｃ由来のＢＥＴＸガスや、培養液８ａ由来のメタノールガス等の低沸点物質を含む。二次缶出液９ｅは、比較的高濃度のエタノールと水との混合液であり、吸収後貯留液３ｃ由来のＢＥＴＸを殆ど含まない。要するに、エタノール精製部４０の第２蒸留塔４２によって、吸収後貯留液３ｃのエタノールからＢＥＴＸを分離でき、ＢＥＴＸに対する吸収能力を回復させて、吸収液３ａとして再使用可能にすることができる。したがって、エタノール精製部４０の少なくとも一部（第２蒸留塔４２）が、吸収後貯留液３ｃからＢＥＴＸを分離して吸収液３ａを再生させる分離再生部として提供されている。また、精製工程の少なくとも一部が、分離再生工程を兼ねる。したがって、別途、吸収後貯留液３ｃ専用の分離再生部を設備する必要はなく、分離再生工程を精製工程とは別に単独で行う必要はない。この結果、設備が大掛かりになるのを防止でき、設備コストの増大を回避できるとともに、処理プロセスを簡易化できる。

さらに、二次蒸留前液９ｃは、エタノールと水の混合物であり、かつこの混合物にＢＥＴＸを混入させたものであるために、エタノール１００％にＢＥＴＸを混入させた液よりも共沸点でのエタノールとＢＥＴＸの分離率を高くできる。したがって、二次留出蒸気９ｄのエタノール濃度を一層低くでき、かつ二次缶出液９ｅのＢＥＴＸ濃度を一層低くできる。

二次留出蒸気９ｄは、第２コンデンサー４５に導入されて冷却凝縮され、二次凝縮液９ｆとなる。二次凝縮液９ｆの一部は、第２蒸留塔４２に戻される。二次凝縮液９ｆの残部は、燃料等に利用してもよく、後処理を経て廃棄してもよい。

二次缶出液９ｅの一部は、第２リボイラー４６に送られて加熱され、蒸気となって第２蒸留塔４２に戻される。

＜後段精製工程＞
二次缶出液９ｅの他の一部は、二次缶出液路４８を経て、第３段目の蒸留塔（図示省略）へ送られることで、更に蒸留精製される。この第３段目以降の蒸留精製によって、９９ｗｔ％以上の高濃度エタノール液を得ることができる。

＜再使用工程＞
二次缶出液９ｅの残部（一部）は、再生復路３７によって吸収部２３へ戻され、吸収前液タンク３１に貯められる。これによって、二次缶出液９ｅの残部（一部）を吸収液３ａとして再使用することができる。

本装置１によれば、ＢＥＴＸを吸収する吸収物質と、合成の目的物質とを、互いに同一物質（エタノール）とすることで、別物質とするよりも処理プロセス及び設備コスト等の点で有利になる。
これに対して、エタノールによるＢＥＴＸ吸収部２３を、エタノール以外の物質（例えばブタノール等）を合成するプラントに用いた場合には、吸収工程後、エタノールを加熱や冷却等によって系から除外したり回収したりする必要があり、付加設備が多くなり、コストが嵩む。また、エタノールを合成するプラントにおいて、ＢＥＴＸをエタノール以外の物質（例えばブタノール等）で吸収した場合には、吸収工程後、当該エタノール以外の物質を加熱や冷却等によって系から除外したり回収したりする必要があり、付加設備が多くなり、コストが嵩む。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の改変をなすことができる。
例えば、ＢＥＴＸの吸収液として、ほぼ１００％のエタノール液を用いてもよい。この場合、吸収後のエタノール液を蒸留することで、ＢＥＴＸをエタノールとの混合物として取り出すことができる。この混合物のＢＥＴＸとエタノールとの含有比は、モル比でほぼ１：１程度になる。
シンガス生成部２は、製鉄所であってもよく、石炭燃焼部であってもよい。
原料ガスは、一酸化炭素及び水素を含むシンガス２ａに限られず、一酸化炭素及び水素のうち何れか一方だけを含んでいてもよく、一酸化炭素に代えて二酸化炭素と水素を含んでいてもよい（特許文献２等参照）。
合成工程では、原料ガスを触媒と接触させることでエタノールを合成してもよい（特許文献２等参照）。
原料ガスから分離すべき炭化水素化合物は、ＢＥＴＸ（ベンゼン、エチルベンゼン、トルエン、キシレン）に限られず、ナフタレン等の他の芳香族化合物であってもよく、アセチレン等であってもよい。
エタノール合成装置１の回路構成は適宜改変できる。例えば、再生往路３６が、一次凝縮液路４７と合流せずに、第２蒸留塔４２に直接、接続されていてもよい。

本発明は、例えば産業廃棄物の焼却処理で生じるシンガスからエタノールを合成するエタノール合成システムに適用できる。

１ エタノール合成装置
２ａ 吸収前シンガス（吸収工程前（吸収前）の原料ガス）
２ｂ 吸収後シンガス（吸収工程後（吸収後）の原料ガス）
３ａ 吸収前液（吸収工程前（吸収前）の吸収液）
３ｂ 吸収後一時貯留液（吸収工程後（吸収後）の吸収液）
３ｃ 吸収後貯留液（吸収工程後（吸収後）の吸収液）
８ 培養液
８ａ 導出培養液（エタノール合成後の培養液）
９ｅ 二次缶出液（第２蒸留塔の缶出液）
１９ 嫌気性微生物
１０ エタノール合成部
１１ 培養槽
２３ ＢＥＴＸ吸収部（吸収部）
２５ 吸収後ガス路
３２ 吸収後液タンク
３６ 再生往路
３７ 再生復路
４０ エタノール精製部（精製部）
４１ 第１蒸留塔（蒸留塔）
４２ 第２蒸留塔（分離再生部、蒸留塔）

Claims (7)

1. 原料ガスからエタノールを合成するエタノール合成方法において、
   前記エタノールの合成工程前の原料ガスと、エタノールを含有する吸収液とを接触させて、前記原料ガスに含まれる炭化水素化合物を前記吸収液に吸収させる吸収工程と、
   前記吸収工程後の吸収液から前記炭化水素化合物を分離して前記吸収液を再使用可能にする分離再生工程と、
   前記吸収工程後の吸収液を吸収後液タンクに貯留する貯留工程を備え、
   前記吸収後液タンク内の吸収液を前記分離再生工程に供することを特徴とするエタノール合成方法。
2. 前記エタノール合成工程では、前記吸収工程後の原料ガスを培養液に導入し、前記培養液中の嫌気性微生物の発酵によって前記原料ガスからエタノールを合成し、
   更に、前記エタノール合成工程後の培養液からエタノールを精製する精製工程を備え、
   前記吸収工程後の吸収液を前記精製工程に送ることで、前記精製工程の少なくとも一部が、前記分離再生工程を兼ねることを特徴とする請求項１に記載のエタノール合成方法。
3. 前記吸収液が、エタノールと水の混合物であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエタノール合成方法。
4. 原料ガスからエタノールを合成するエタノール合成部を有するエタノール合成装置において、
   前記エタノール合成部への導入前の原料ガスと、エタノールを含有する吸収液とを接触させて、前記原料ガスに含まれる炭化水素化合物を前記吸収液に吸収させる吸収部と、
   前記吸収後の吸収液から前記炭化水素化合物を分離して前記吸収液を再使用可能にする分離再生部と、
   を備え、前記エタノール合成部が、発酵によって前記原料ガスからエタノールを合成する嫌気性微生物を培養液中で培養する培養槽を有し、
   更に、前記吸収後の原料ガスを前記培養槽に送る吸収後ガス路と、
   前記エタノール合成後の培養液からエタノールを精製する精製部と、
   前記吸収後の吸収液を前記精製部に送る再生往路と、を備え、
   前記精製部の少なくとも一部が、前記分離再生部として提供されていることを特徴とするエタノール合成装置。
5. 前記精製部が、順次接続された複数段の蒸留塔を備え、
   前記培養槽が、１段目の第１蒸留塔に接続され、
   前記再生往路が、前記第１蒸留塔の後段に連なる第２蒸留塔に接続されており、
   さらに、前記第２蒸留塔の缶出液の一部を前記吸収液として前記吸収部へ戻す再生復路を備えたことを特徴とする請求項４に記載のエタノール合成装置。
6. 更に、前記吸収後の吸収液を貯留する吸収後液タンクを備え、
   前記再生往路が、前記吸収後液タンクから前記精製部へ延びていることを特徴とする請求項４又は５に記載のエタノール合成装置。
7. 前記吸収液が、エタノールと水の混合物であることを特徴とする請求項４〜６の何れか１項に記載のエタノール合成装置。
   

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