JP7292296B2

JP7292296B2 - 溶解パルプの製造方法

Info

Publication number: JP7292296B2
Application number: JP2020546415A
Authority: JP
Inventors: ケトゥネン、アウボ; ラークソ、サンプサ; ハータイネン、ティーナ; パーナネン、マルクス
Original assignee: アンドリッツオサケユキチュア
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2023-06-16
Anticipated expiration: 2039-03-06
Also published as: BR112020018106A2; RU2020132767A3; JP2021517215A; US20210040688A1; CL2020002312A1; CN111819323A; FI20185213A1; WO2019170962A1; EP3762535A1; CN111819323B; CA3093032A1; FI130070B; RU2020132767A

Description

本発明は、溶解パルプの製造方法に関する。

近年、繊維産業及びその他のポリマー産業のニーズに対応するための新しい繊維質原料を開発する必要性が高まっている。繊維を製造するための１つの解決策は、溶解パルプの製造を増加させることであり、これにより、繊維産業においてビスコース繊維が綿に部分的に置き換わるが、これだけでなく他にもいくつかの用途がある。

溶解パルプ（ｄｉｓｓｏｌｖｉｎｇｐｕｌｐ）は、特性及び化学組成の点で製紙用のパルプとは異なる。溶解パルプの製造では、セルロース濃度が可能な限り高く、ヘミセルロース（キシラン等）の濃度が可能な限り低いパルプの製造に努め、その一方で、可能な限り多くのセルロースとヘミセルロースが紙パルプに残るようにして、蒸解及び漂白中に、漂白された紙パルプからリグニンを除去するように努める。紙パルプは、主成分であるセルロース（α－セルロースと呼ばれる）に加えて、最大２５％のヘミセルロースを含有することができ、その一方で、溶解パルプは、常に９０％以上のα－セルロースを含有し、含有するヘミセルロースの量は典型的には約５％未満でなければならない。

溶解パルプの低ヘミセルロース濃度は、典型的には、チップ及び／又はパルプを強アルカリ性及び強酸性条件下で処理することによって求められる。溶解パルプは、従来、酸予備加水分解を備えた亜硫酸塩プロセス又は硫酸塩プロセスのいずれかで製造されてきた。溶解パルプの製造に硫酸塩プロセスを使用した場合、アルカリ蒸解の前に、木材チップは予備加水分解にかけられ、ここでは、アルカリ蒸解の前に、酸性条件下でかなりの量のヘミセルロースが除去された。予備処理の強度はＰ因子（Ｐｆａｃｔｏｒ）で示され、Ｐ因子は、予備加水分解を備えた硫酸塩プロセスでは、通常、木材の種類に応じて５００から１，０００まで変化する。Ｐ因子の概念は、例えば、Ｓｉｘｔａ，Ｈ．（編），ＨａｎｄｂｏｏｋｏｆＰｕｌｐ，第１巻，２００６年，３４３－３４５頁で説明されている。

式中、ｋ_ｒｅｌは、酸触媒による加水分解の相対速度であって温度に依存し、ｔは、時間に等しい。

繊維ラインの終端で、パルプは、紙パルプと同様に漂白段階で処理され、ここで、最も重要な違いはアルカリ漂白段階であり、これは最大収率を維持する漂白よりも高い温度で行われる。さらに、ビスコースパルプを製造するために、硫酸塩蒸解及び亜硫酸塩蒸解はいずれも、典型的に、紙パルプ製造よりも低いカッパに蒸解されてきた。

上記のように、典型的には溶解パルプ製造において、苛性抽出は、酸性蒸解プロセスの後に行われるか、又はチップは、アルカリ蒸解の前に高温高圧で酸予備加水分解段階にかけられる。酸性条件下でのチップの蒸解は、アルカリ性条件下よりも要求が厳しくなる。酸性条件の場合、より良い材料が必要とされ、アルカリの潤滑効果なしでは装置の摩耗が大きくなる。この理由のため、酸性条件下でチップを蒸解せずに、又は可能な限り穏やかな酸処理を使用しながら、溶解パルプを製造できることが有利であろう。酸処理に関する別の問題は、ヘミセルロースの除去に加えて、酸処理はまたセルロースの収率の低下をもたらし、その結果、酸処理が強いほど、パルプ収率が典型的に低くなる可能性がある。

針葉樹では、ヘミセルロースは、主にグルコマンナンとキシランで構成されている。広葉樹のヘミセルロースは、ほぼ完全にキシランで構成されている。キシランは、典型的には強アルカリ性条件下で溶解する。

セルロース蒸解に含まれる蒸解化学物質の量は、パルプ製造において、「有効アルカリ（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅａｌｋａｌｉ）」という用語で示される。有効アルカリ濃度値は、蒸解液（ｃｏｏｋｉｎｇｌｉｑｕｏｒ）の水酸化物イオン（ＯＨ）濃度を表す。この用途では、有効アルカリ（ｇ／ｌ）は、ＮａＯＨとして示される。

蒸解後のパルプからのヘミセルロースを溶解するための非常に効果的な方法の１つは、蒸解されたパルプをアルカリで処理する苛性抽出（ｃａｕｓｔｉｃｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ）である。処理方法は、低温苛性抽出又は高温苛性抽出のいずれかである。低温苛性抽出では、有効アルカリ濃度は６０～１１０ｇ／ｌのレベルであり、温度は典型的には２０～５０℃のレベルである。使用されるもう１つの方法は、高温苛性抽出であり、有効アルカリ濃度は典型的には４～２０ｇ／ｌのレベルであり、温度は８０～１４０℃である。これらのプロセスは、Ｒｙｄｈｏｌｍ、Ｓ．著、ＰｕｌｐｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓｅｓ，１９６７年、９９２～１０２３頁で広く扱われている。高温苛性抽出の効率は、低温苛性抽出の効率よりも大幅に低く、一般に、酸亜硫酸塩蒸解との関係でのみ使用される。工業プロセスでは、低温苛性抽出の低温は不都合であり、なぜなら、追加の冷却が必要であり、濾過性が低いために低温パルプの洗浄が非常に困難であるためである。よく知られているように、苛性抽出は、濃水酸化ナトリウム溶液又は蒸解に使用される白液を使用して行うことができる。例えば、特許出願ＷＯ２０１３／１７８６０８は、通常のアルカリ濃度のクラフト蒸解で製造されたパルプを使用して、６５℃以下の温度で行われる苛性抽出を用いて溶解パルプを製造できる解決策を提示した。この解決策では、低温苛性抽出は蒸解及び酸素段階の後に行われ、苛性抽出の残留化学物質は酸素段階中及び並行蒸解ラインで利用される。そのプロセスでは、キシランに富むアルカリ溶液を、並行ラインでの蒸解に使用することができる。この解決策の１つの難しさは、危険な硫化水素の形成を防ぐために、白液の残留硫化物を、パルプを酸処理する前に化学物質で酸化する必要があることである。その酸処理は、例えば、最初の漂白段階であり得る。

本発明の目的は、前述の課題を解決することであり、且つ、苛性抽出の残留アルカリを、顕著なキシランの再吸収なしで同じ繊維ラインでの蒸解に利用することができ、溶解パルプ製造の酸性条件を、苛性抽出なしの場合の溶解パルプの製造と比較して緩和することができる方法を提供することである。

予期せぬことに、キシランは、有効アルカリ濃度が６０～１２０ｇ／ｌのレベルにある場合、７０～１１０℃のレベルの高温で蒸解された無漂白パルプからも選択的に溶解することが実験で観察されている。アルカリ濃度が高いほど、より多くのキシランを溶解できる。したがって、高温で行われる苛性抽出を使用して、広葉樹パルプからかなりの量のヘミセルロースを除去することもできる。逆に、針葉樹の他の重要なヘミセルロース成分であるグルコマンナンは、これらの条件下では有意に溶解しないことが観察されている。

粉砕された広葉樹系繊維質材料（ｃｏｍｍｉｎｕｔｅｄｈａｒｄｗｏｏｄ－ｂａｓｅｄｆｉｂｒｏｕｓｍａｔｅｒｉａｌ）から溶解パルプを製造するための新規な方法であって、以下の連続する工程を含む方法：
－５～２５０のＰ因子が達成されるように、粉砕された繊維質材料を酸性条件下で処理する工程；
－パルプを生成するために、粉砕された繊維質材料を、クラフト蒸解プロセスにおいてアルカリ蒸解液を用いて蒸解する工程；
－蒸解されたパルプを、苛性抽出において、７０～１１０℃の温度で、６０～１２０ｇ／ｌの有効アルカリ濃度で少なくとも５分間、処理する工程；
－苛性抽出されたパルプを洗浄する工程；
－苛性抽出されたパルプを酸素脱リグニンする工程。

本発明による解決策は、特に連続蒸解に適しているが、バッチ蒸解にも適用可能であり、本発明による解決策において、苛性抽出はクラフト蒸解（ｋｒａｆｔｃｏｏｋｉｎｇ）と組み合わされ、これにより、既知のプロセスよりも効率的にパルプ中の低キシラン濃度を達成することが容易になる。苛性抽出が蒸解段階と酸素段階の間に行われることにより、苛性抽出からの残留アルカリを、同じ蒸解釜プラントで簡単な接続を用いて利用することができる。苛性抽出されたパルプから分離された濾液は、有効アルカリ濃度が少なくとも５０ｇ／ｌ、典型的には６０～１１０ｇ／ｌであり、蒸解に導かれる。濾液は、例えば、プレス又は分別洗浄機で分離され、その目的は、アルカリに関して可能な限り最も濃縮された濾液を得ることである。分別洗浄（ｆｒａｃｔｉｏｎａｔｉｎｇｗａｓｈ）は、苛性抽出段階でのアルカリ蓄積を促進し、アルカリ濃度を高めるために使用できる。苛性抽出に先立つ蒸解釜洗浄（ｄｉｇｅｓｔｅｒｗａｓｈ）などの洗浄段階に、可能な限り高いアルカリ濃度の洗浄液を供給すると、その洗浄段階からのパルプのアルカリ濃度が増加する。そうすると、白液（ｗｈｉｔｅｌｉｑｕｏｒ）を添加した後に、より高いアルカリ濃度が達成され、その結果、苛性抽出に先立つ洗浄段階でさらに濃縮された洗浄液が得られる。分別洗浄では、苛性抽出後、より希薄な濾液が蒸解に送られるため、苛性抽出物を希釈することはできない。同時に、蒸解の最終段階でのアルカリ濃度は高く、パルプ蒸解中のキシランの再吸収を最小限に抑える。

本発明による方法は、１つの好ましい実施形態によれば、以下の連続する工程を含む：
ａ）５～２５０のＰ因子が達成されるように、粉砕された繊維質材料を酸性条件下で処理する工程；
ｂ）パルプを生成するために、繊維質材料を、約１２０～１７５℃の蒸解温度でアルカリ蒸解液を用いて蒸解する工程；
ｃ）蒸解する工程からパルプを排出する前に、パルプを冷却及び／又は洗浄するために、アルカリ洗浄液をパルプに供給する工程；
ｄ）蒸解されたパルプに白液を供給し、混合する工程；
ｅ）パルプを、７０～１１０℃で５～１２０分間処理する工程；
ｆ）工程ｅ）の後にパルプから第１の濾液を除去する工程であり、これにより、パルプ流に向流してパルプ洗浄液として使用するために送られる濾液を生成する、工程；
ｇ）工程ｅ）の後にパルプから第２の濾液を分離する工程であり、その濾液が工程ｂ）に送られて、蒸解液の一部を構成する、工程；
ｈ）工程ｇ）の後に、パルプを酸素段階に送り、さらに処理する工程。

工程ａ）では、酸性の廃蒸解液が形成され；必要に応じて、繊維質材料から抽出することができる。工程ｄ）では、白液を、蒸解釜の底部にあるパルプに、又は蒸解釜から除去されたパルプ内に供給することができる。

工程ｆ）及び工程ｇ）の目的は、パルプから少なくとも２つの濾液を除去することであり、第１の濾液は可能な限り高い有効アルカリ濃度を有する。有効アルカリ濃度が高い（少なくとも５０ｇＮａＯＨ／ｌ）濾液を、最初にパルプから分離する。この濾液は、工程ｃ）において、パルプ流に向流してパルプ洗浄液として使用される。第２の濾液も苛性抽出されたパルプから分離され、第１の濾液よりも低いアルカリ濃度を有する。この濾液は、アルカリ源として蒸解釜で使用され、工程ｂ）に添加される。第１の濾液は、例えば、分別洗浄機の増粘段階中に生成された濾液であってもよく、それにより、苛性抽出されたパルプから分離された液相を含む。第２の濾液は、典型的には洗浄段階で生成される濾液である。濾液は、分別洗浄機又は連続プレス及び洗浄プレスなどの同じ装置内で形成することができる。他の配置もまた可能である。苛性抽出は、分別洗浄なしで行うこともできる。分別洗浄の利点は、より高いアルカリ濃度とより効率的なヘミセルロース除去とを達成するのに役立つことである。

パルプは、苛性抽出段階の前に酸素脱リグニンされない。実施し得る酸素段階の前に苛性抽出が行われる場合、苛性抽出及び酸素段階の後の酸性段階において残留硫化物の硫化水素への変換は起こらない。

酸素脱リグニン（ｏｘｙｇｅｎｄｅｌｉｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）段階は、それ自体が知られているアルカリ段階であり、典型的には、加圧されて発生し、反応時間の少なくとも一部の間、酸素が繊維の周囲に存在する。酸素段階は、１つ、２つ、又はそれ以上の工程を有することができ、その場合、反応工程は、化学混合及び反応容器又は管によって達成される反応遅延を含む。通常、酸素及びアルカリ、並びに必要に応じて金属が繊維に損傷を与えるのを防ぐための抑制剤が酸素段階に投入されるか、あるいは繊維に同伴された金属が他の手段によって除去され又は非反応性にされる。

一実施形態では、蒸解段階は、連続的な単一又は２容器の液圧式又は気相式蒸解釜で行われる。この方法は、例えば、蒸解釜と予備加水分解容器との組合せを用いて、１つ又は複数の蒸解容器内で行うことができる。

一実施形態では、蒸解段階は、バッチ蒸解釜プロセスとして行われる。

溶解したキシランは、苛性抽出の濾液とともに蒸解に入る。蒸解中に少なくとも２０ｇのＮａＯＨ／ｌという十分に高い有効アルカリ濃度が維持されている場合には、苛性抽出からの溶解したキシランは、蒸解の終端近くの繊維質材料（チップ等）中に有害な量で沈殿しない。蒸解の最初の部分は、より低いアルカリ濃度を有することができ（その場合、一部のキシランが沈殿する可能性がある）、その理由は、蒸解のアルカリ濃度が高いレベルに上昇すると、沈殿したキシランが再び溶解するからである。

本発明による解決策では、蒸解に必要な白液の全部又は大部分、少なくとも６０％、典型的には少なくとも８０％、最も好ましくは９０％以上が供給され、蒸解後に褐色紙料・苛性抽出に混合される。苛性抽出は、７０～１１０℃、好ましくは８０～１００℃の温度範囲で蒸解段階と酸素段階との間で行われる。白液は、苛性抽出のアルカリ源として使用できる。白液の有効アルカリ濃度は９０～１３０ｇ／ｌＮａＯＨ、典型的には１００～１２０ｇ／ｌである。新規な解決策によれば、新鮮な蒸解液（すなわち白液）は、全く供されないか、又は４０％未満、典型的には２０％未満が蒸解釜又は蒸解段階自体に供される。

苛性抽出後のパルプ増粘及び／又は洗浄の濾液は、パルプ流に向流して、蒸解釜又は蒸解釜プラントに向かって送られる。このようにして供給される白液はこれらの循環中に蓄積され、苛性抽出に必要なアルカリ濃度を達成するのに役立つ。換言すれば、濾液が向流して（ｃｏｕｎｔｅｒ－ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ）循環すると、蒸解釜洗浄（ｄｉｇｅｓｔｅｒｗａｓｈ）及び苛性抽出後のパルプ増粘及び／又は洗浄の間に、アルカリが蓄積する。したがって、パルプの濃度が典型的には８～１２％であっても、必要なアルカリ濃度レベルが得られる。

白液と濾液は、苛性抽出に必要な温度レベルを達成するために必要に応じて処理することができ、これは７０～１１０℃、好ましくは８０～１００℃である。工業的規模では、温度は、典型的には７０～９５℃である。苛性抽出の処理時間は、５分以上、典型的には５～１２０分である。苛性抽出では、パルプ懸濁液の液相の有効アルカリ濃度は６０～１２０ｇ／ｌ、好ましくは６５～１１０ｇ／ｌ、最も好ましくは７０～１１０ｇ／ｌである。パルプ洗浄機のアルカリに富む濾液の一部は、蒸解段階に運ばれ、その他の一部は、蒸解段階の終端（例えば、蒸解釜の底部）に供給される。全ての濾液又はほぼ全て（少なくとも８０％）の濾液が、蒸解釜を循環することが不可欠であり、なぜなら、そうしないと、貴重な化学物質が、蒸解釜を通過して蒸発プラントに送られる濾液によって失われるからである。蒸解段階で得られたアルカリに富む黒液（有効アルカリ濃度が２０ｇＮａＯＨ／ｌを超える）は、蒸解プロセスの始端に循環され、ここでアルカリが消費され、蒸発プラントに運ばれた黒液中で通常の残留アルカリレベル（１０ｇＮａＯＨ／ｌ未満）を達成する。

新規な方法の本質的な特徴によれば、パルプは、蒸解と苛性抽出との間で酸素脱リグニンされない。苛性抽出後、パルプはさらに処理され、典型的には、最初に酸素段階が含まれる。酸素段階の前に苛性抽出が行われる場合、パルプの残留硫化物は酸素段階の間に酸化され、酸素段階の後に来る酸性処理の間に硫化水素が形成されるリスクはない。

パルプは、漂白段階でさらに処理することができ、これには、例えば、酸性段階Ａ、Ｚ及びＤ、並びにアルカリ性段階Ｅ及びＰが含まれ得る。さらなる処理段階の間に、パルプ中のキシラン濃度をさらに減らすことができる。キシランの除去は、温度が１００～１３０℃、ｐＨが２～３の酸性段階（Ａ段階）で強化することができる。このＡ段階は、苛性抽出段階の後、好ましくは酸素段階の後に行われる。

本発明による解決策では、ヘミセルロース除去はまた、例えば、通常の予備加水分解段階又は様々な酸パルプ処理を用いて、酸処理によって強化することができる。本発明による解決策は、蒸解前の軽い酸処理と有利に組み合わせることができ、ここで、酸加水分解におけるＰ因子は５～２５０であり、木材に含まれるヘミセルロースの一部が溶解する。この種の酸処理は、予備加水分解の硫酸塩蒸解プロセスを使用するときに通常行われるように、予備加水分解容器で行うことができるが、通常よりも低い温度又は短い遅延で行うことができる。酸処理は、気相又は液相のいずれかで蒸解容器の上部で行うこともできる。連続蒸解釜プラントでは、チップは、典型的には、大気圧にあり約１０～４５分の遅延を有するチップビン内で蒸気処理される。チップビンを約１～１０バールの圧力に加圧することで軽い酸処理を行うことができ、その時点で蒸気温度を１２０℃超に上げることができ、加水分解反応が起こり始める。チップビン内における目的は、５～５０のＰ因子値である。好ましくは、チップビンの圧力レベルは約２バールであり、温度は約１３５℃であってもよく、その時点で、大気圧レベルのチップビンはわずかな変更のみを必要とし、複数のチップを低圧フィーダーでそのビン内に供給することができる。加水分解処理が気相のチップビン内で行われる場合、蒸気釜への実際のチップ供給をアルカリ性条件下で行うことができ、酸性条件によるビン外部チップ供給装置の摩耗を回避する。気相加水分解中に形成された凝縮液は回収され、ビンに入るチップ内に循環して戻され、これにより、チップのｐＨがより迅速に低下し、加水分解反応が加速される。

新規な方法を実現できる典型的なシステムを示す。

新規な方法は、提供された図面を参照してより詳細に説明され、本発明の一実施形態が、図１に概略的に示されている。図１は、新規な方法を実現できる典型的なシステムを示している。このシステムは、少なくとも蒸解容器（ｃｏｏｋｉｎｇｖｅｓｓｅｌ）２、苛性抽出容器（ｃａｕｓｔｉｃｅｘｔｒａｃｔｉｏｎｖｅｓｓｅｌ）３、及び洗浄機（ｗａｓｈｅｒ）４を含む。蒸解釜２は、気相式の蒸解釜（ｖａｐｏｒｐｈａｓｅｄｉｇｅｓｔｅｒ）であるが、液圧式の蒸解釜（ｈｙｄｒａｕｌｉｃｄｉｇｅｓｔｅｒ）にすることもできる。この方法は、例えば、蒸解釜と予備加水分解容器との組合せを用いて、１つ又は複数の蒸解容器内で行うことができる。特にいくつかの蒸解容器を備えた配置では、この方法の実施は本明細書に記載された細部から逸脱することができるが、同じ動作原理が適用される。このシステムはまた、上部分離器６を有する加水分解反応器５を含み、これは、チップ供給システム（図示せず）からライン７を介して、チップスラリーなどの粉砕された広葉樹系繊維質材料の懸濁液を受け取る。

予備加水分解容器（ｐｒｅｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓｖｅｓｓｅｌ）５は、気相式反応器又は液圧式容器であってもよく、材料を所望の加水分解温度に加熱するための加熱循環を備える。

供給材料は、容器５の上部にある倒立上部分離器６に送られる。容器の上部は気相ゾーンとすることができ、これを通して、繊維質材料が上部分離器６から液体及びチップのカラムの表面に落下する。上部分離器では、液体が繊維質材料から分離され、ライン８を介してチップ供給システムに送られる。蒸気と加圧空気を導入して、加水分解に適した圧力と温度を作り出すことができる。繊維質材料の温度は、自己加水分解温度を超えて上昇し（１４０℃超、例えば１５５℃を超えることができる）、この温度に上昇されて加水分解を促進する。目的は、条件を決定する５～２５０のＰ因子値である。自動加水分解は、有機酸が繊維質材料から放出されるときに起こる。希酸を添加した場合、加水分解温度は１５０℃未満、例えば１５０℃～１２０℃になる可能性がある。繊維質材料及び液体は、容器５内を並流して下向きに流れる。形成された加水分解物は、スクリーン９を通してライン１０を介して除去され、さらなる処理に供することができる。

加水分解容器５の底部で、希釈液が蒸解容器２からライン１１を介して繊維質材料に添加され、ライン１２を介して蒸解容器２の上部分離器１３への繊維質材料の輸送を助ける。戻りライン１１の希釈液はアルカリ性であるため、繊維質材料が予備加水分解容器から蒸解釜２に流れるときに、繊維質材料をアルカリ性にする。黒液フィルターからのリジェクトは、ライン１５を介してライン１１に導入することができ；リジェクトには、繊維と未蒸解の繊維質材料が含まれている。

繊維質材料は、ｐＨ１３又はそれに近いようなアルカリ性状態（例えばｐＨ１２～１４）にある。一例として、繊維質材料は、例えば、蒸解釜内の滞留時間及びアルカリ濃度に応じて、１２０～１７５℃又は１３０～１６０℃の温度範囲で蒸解釜内に保持することができる。そのような場合、Ｈ因子は１００～５００であり、典型的には２００～３００である。

蒸解釜２内の温度は、蒸気及び場合によっては空気又は不活性ガスを加えることによって上昇し、制御される。蒸解釜は、気相式又は液圧式のフル容器にすることができる。加水分解容器の底部の圧力は、繊維質材料及び液体のカラムの蒸気圧と液圧の組合せである。この組み合わされた圧力は、蒸解釜の上部の圧力よりも高くなっている。この差圧により、ライン１２、１４を介して繊維質材料を蒸解釜の上部分離器に輸送する。さらに、蒸解釜が液圧式蒸解容器である場合、加熱液循環を使用して、繊維質材料を所望の温度に加熱することができる。

蒸解釜には、いくつかの並流及び向流蒸解ゾーンを含めることができる。最上部の蒸解ゾーンは、繊維質材料と液体の並流ゾーンにすることができる。

蒸解釜は、スクリーン１６、１７及び１８を備える。繊維質材料は、ゾーンＩにおいて蒸解液を用いて処理される。蒸気の供給によって制御されるゾーンＩの温度は、例えば１４４℃である。供給される蒸解液の有効アルカリ濃度は、典型的には２０～５０ｇＮａＯＨ／ｌであり、これはゾーンＩで消費されるため、スクリーン１６で除去される廃蒸解液の有効アルカリ濃度は１０ｇＮａＯＨ／ｌ未満、例えば、４ｇＮａＯＨ／ｌであり、その温度は、例えば、１５１℃である。ゾーンＩの廃蒸解液は、ライン１９を介して、典型的には蒸発プラントに運ばれる。

蒸解ゾーンＩの後には、スクリーン１６と１７の間にある向流蒸解ゾーンＩＩが続く。処理は向流として示されているが、並流にすることもできる。ゾーンＩＩの終端で、廃蒸解液が循環２０内に抽出され、循環２０は、１つ又は複数のスクリーン１７、ポンプ２１、及び間接熱交換器２２を含む。蒸解液は、ライン２３を介して循環２０の材料に添加される。蒸解に必要なアルカリ投与量の大部分（例えば５０％）が、ライン２３を介して循環２０への繊維質材料の懸濁液に添加される。これにより、蒸解釜内で高い有効アルカリ濃度（２５ｇＮａＯＨ／ｌ超、好ましくは３５ｇ／ｌ超）が得られる。加熱された循環２０は、典型的には、懸濁液が並流蒸解ゾーンＩＩＩに流れる前に、繊維質材料の懸濁液及びその蒸解液を蒸解温度（典型的には１２０～１７５℃）に加熱する。高アルカリ濃度及び高ｐＨを達成するために導管２３を介して添加される蒸解液は、以下の特性を有することができる：木材の総アルカリ量は約８～１６％、ＮａＯＨとして測定した有効アルカリ濃度は約４０～８０ｇ／ｌ（典型的には約５０～７０ｇ／ｌ）、パルプの流量は約２．０～６．０ｍ^３／ＢＤＭＴ（ｍ^３／ｂｏｎｅｄｒｙｍｅｔｒｉｃｔｏｎｓ）、典型的にはパルプの流量は約３．０～５．０ｍ^３／ＢＤＭＴ。ライン２３の蒸解液の有効アルカリ濃度は、例えば、５８ｇＮａＯＨ／ｌであり、その温度は、例えば、９４℃である。

必要に応じて、白液を、ライン２０’を介して循環２０に送ることができる。

繊維質材料は、蒸解反応が進行するにつれて、蒸解温度で蒸解釜ゾーンＩＩＩ内を並流して下向きに移動する。蒸解釜の下部では、高温の廃蒸解液が、スクリーンアセンブリ１８を用いて、チップなどの蒸解された繊維質材料から抽出される。これに沿ってさらに配置されたパルプ洗浄機からの洗浄濾液は、１つ又は複数の導管２７を介して蒸解釜の底部に供給されて、蒸解反応を終了し、蒸解されたチップスラリーの温度を下げる。

次いで、パルプは、蒸解釜から、排出装置２５を介して導管２６へと除去される。

高温の廃蒸解液は、スクリーンアセンブリ１８及び導管２４を介して蒸解釜から抽出される。その高温液は、比較的高い新鮮なアルカリ濃度、すなわち残留アルカリ濃度を有する。導管２４内の液の有効アルカリ濃度は、典型的には少なくとも２０ｇ／ｌ、好ましくは少なくとも約２５ｇ／ｌ、例えば４１ｇ／ｌである。アルカリと硫化物の両方を含有するこの液は、供給されたチップの予備処理又はゾーンＩで使用するために、導管２４を介して戻りライン１１に送られる。導管２４内の液の温度は、例えば、１４３℃とすることができる。

蒸解されたパルプは、ライン２６を介して容器３内の苛性抽出に送られる。容器３は、従来の蒸解釜ブロータンク又は別のタイプの容器であってもよい。蒸解釜を出るパルプの有効アルカリ濃度は６０～１１０ｇＮａＯＨ／ｌ、例えば９１ｇ／ｌであり、その温度は７０～１１０℃、例えば１０２℃である。蒸解プロセス及びライン３４からの苛性抽出に必要な白液が供給され、ライン２６を流れるパルプと混合される。白液の有効アルカリ濃度は９０～１３０ｇ／ｌＮａＯＨ、典型的には１００～１２０ｇ／ｌ、例えば１１５ｇ／ｌである。苛性抽出は、７０～１１０℃の温度、例えば９０℃で行われる。蒸解釜から排出されるパルプの温度は、蒸解釜の底部に添加される洗浄濾液の温度を調整することによって調整することができる。苛性抽出の所要時間は５～１２０分である。

苛性抽出されたパルプは、容器３からライン２８を介してパルプ濃縮器又は洗浄機４に運ばれ、これは、例えば、プレス、洗浄プレス又は分別洗浄機であってもよく、そのうちの１つ又は複数であってもよい。酸素段階又は漂白段階からの水又は濾液は、ライン３３を介して洗浄液用の洗浄機に送られる。目的は、パルプから少なくとも２つの濾液を分離することであり、第１の濾液は高い有効アルカリ濃度を有している。第１の濾液は、分別洗浄機の増粘段階で生成される濾液であってもよく、これにより、苛性抽出されたパルプから分離された液相が含まれる。第２の濾液は、典型的には、洗浄段階中に生成される濾液である。濾液は、分別洗浄機又は連続プレス及び洗浄プレスなどの同じ装置で形成することができる。

高い有効アルカリ濃度、例えば９４ｇＮａＯＨ／ｌを有する濾液が、最初にパルプから分離される。濾液タンク２９からのこの濾液は、蒸解釜の底部で洗浄液として使用され、可能な限り高い苛性抽出濃度レベルを達成するのに役立つ。蒸解釜の洗浄ゾーンは向流であり、ライン２７のアルカリに富む洗浄液が、スクリーン１８を介して蒸解ゾーンＩＩＩの蒸解液を蒸解釜から排出し、容器３内でパルプを苛性抽出し続ける。

パルプから得られたより希薄な濾液は、蒸解釜内でアルカリ源として使用され、濾液タンク３０からライン２３を介して循環２０に取り出され、それを通して蒸解ゾーンに添加される。蒸解に必要なアルカリ投与量の大部分（少なくとも５０％）が、ライン２３及び循環２０を介して繊維質材料の懸濁液に添加される。

濾液には、苛性抽出中に繊維質材料から分離されたキシランが含まれている。蒸解の終端近くで少なくとも２０ｇのＮａＯＨ／ｌという十分に高い有効アルカリ濃度が維持されるため、苛性抽出からの溶解したキシランは、蒸解中に、チップ等の繊維質材料中に有害な量で沈殿しない。

ライン２３の濾液は、ライン用の間接熱交換器（図示せず）を配置することにより、蒸解釜から抽出された廃蒸解液２４及び／又は１９の熱で加熱することができる。

パルプは、ドロップレッグ３１及びライン３２を介して洗浄機４から除去されて、さらなる処理が行われ、典型的には、最初に酸素段階が含まれる。パルプは、漂白段階でさらに処理することができ、これには、例えば、酸性段階Ａ、Ｚ（オゾン）及びＤ（二酸化塩素）、並びにアルカリ性段階Ｅ（抽出）及びＰ（過酸化物）が含まれ得る。さらなる処理段階の間に、パルプ中のキシラン濃度をさらに減らすことができる。

キシランの除去は、温度が１００～１３０℃、ｐＨが２～３の酸性段階（Ａ段階）でさらに強化することができる。このＡ段階は、苛性抽出段階の後、好ましくは酸素段階の後に来る。

［例１］
本発明による方法を、実験室で分析した。原料は、キシラン濃度１２．１％の広葉樹チップであった。そのチップを通常のアルカリプロファイルで蒸解したところ、蒸解収率は、カッパー価１７．１で５３．３％であり、パルプ中のキシラン濃度は１４．５％であった。これは、チップ内に元のキシランの６２％が残っていることを意味する。

本方法に従ってそのチップをより高いアルカリ濃度で蒸解したところ、蒸解収率は、カッパー価１４．５で５０．４％であり、パルプ中のキシラン濃度は１２．３％であった。これは、チップ内に元のキシランの５０％が残っていることを意味する。このパルプを５０℃の温度で苛性抽出すると、カッパー価が８．７、キシラン濃度が５．０％のパルプが生成された。したがって、チップ内には元のキシランの１６％しか残っていなかった。対応する苛性抽出の温度が９０℃の場合、パルプのカッパー価は８．８で、キシラン濃度は５．９％であり、チップ内には元のキシランの２０％が残っていた。実験室での試験は、特に適切なさらなる処理及び／又は予備処理の後で、両方のパルプが溶解パルプとして使用できることを示しており、また、苛性抽出を７０～１００℃の通常の褐色紙料洗浄温度範囲でも非常にうまく行うことができることを示しており、また、高アルカリプロファイル蒸解が、苛性抽出を成功させるための通常よりも優れた出発点をもたらすことを示している。

［例２］
本発明による方法を、実験室で分析した。原料は、キシラン濃度１５．５％の広葉樹チップであった。そのチップに対して、Ｐ因子が２００の予備加水分解段階を、高いアルカリ濃度での蒸解段階とともに最初に行ったところ、蒸解収率は、カッパー価１０．２で４４．２％であり、パルプ中のキシラン濃度は５．５％であった。したがって、チップ内には元のキシランの１６％が残っていた。このパルプを９０℃の温度で約８０ｇ／ｌのアルカリ濃度で苛性抽出すると、カッパー価が６．９、キシラン濃度が２．６％のパルプが生成された。予備加水分解、蒸解及び苛性抽出後の総収率は４２．３％であった。したがって、元のキシランの７％しか残っていなかった。実験室において同じ原料を使用して、Ｐ因子が５００の従来の予備加水分解・蒸解を使用して溶解パルプを製造した場合、収率は３９．４％、カッパー価は６．６で、パルプ中のキシラン濃度は２．５％であった。これらの実験室での試験は、苛性抽出により、従来の予備加水分解プロセスを使用する場合よりも顕著に高い収率で、高品質の溶解パルプを製造できることを示している。

＜新規な解決策の利点＞
本方法により、苛性抽出を、以前よりもより簡単かつ経済的に、同一ライン内の蒸解プロセスに結び付ける。これは、蒸解のアルカリプロファイルがチップ内の過剰なキシランの沈殿を回避するためである。酸素段階の前に苛性抽出が行われる場合、その後の酸性段階での残留硫化物から硫化水素への変換は起こらない。本方法による苛性抽出により、予備加水分解段階を大幅に軽くすることができ、これによりパルプの収率が大幅に向上する。

Claims

粉砕された広葉樹系繊維質材料から溶解パルプを製造する方法であって、以下の連続する工程を含む方法：
５～２５０のＰ因子が達成されるように、粉砕された繊維質材料を酸性条件下で処理する工程；
パルプを生成するために、酸性条件下で処理された、粉砕された繊維質材料を、クラフト蒸解プロセスにおいて１２０～１７５℃の温度でアルカリ蒸解液を用いて蒸解する工程；
前記蒸解されたパルプを、苛性抽出において、７０～１１０℃の温度で少なくとも５分間処理する工程であり、ここで、パルプ懸濁液の液相の有効アルカリ濃度は６０～１２０ｇ／ｌである、工程；
前記苛性抽出されたパルプを洗浄する工程；
前記洗浄後の前記苛性抽出されたパルプを酸素脱リグニンする工程。
苛性抽出の前に、蒸解から排出されるパルプに、有効アルカリ濃度が９０ｇ／ｌを超える白液を導入することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
濾液が、苛性抽出されたパルプから分離されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
第１の濾液が、苛性抽出の後にパルプから抽出され、この濾液が、パルプ流に向流してパルプ洗浄液として使用するために送られることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
第２の濾液が前記パルプから分離され、この濾液が、蒸解用の蒸解液の少なくとも一部を含むように蒸解に送られることを特徴とする、請求項３又は４に記載の方法。
前記粉砕された繊維質材料が、前記蒸解段階の前に、酸加水分解で処理されることを特徴とする、請求項１～５のいずれか一項の記載の方法。
前記苛性抽出の温度が、８０～１００℃であることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項の記載の方法。
苛性抽出において、前記パルプ懸濁液の有効アルカリ濃度が、７０～１１０ｇ／ｌであることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項の記載の方法。
前記パルプが、分別洗浄で処理されて濾液を形成することを特徴とする、請求項３～８のいずれか一項の記載の方法。
前記第１の濾液が蒸解釜洗浄に送られることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
前記酸素脱リグニンされたパルプのさらなる処理が、酸性段階での前記パルプの処理を含むことを特徴とする、請求項１～１０のいずれか一項の記載の方法。
前記蒸解が、連続的な単一又は２容器の液圧式又は気相式蒸解釜で行われることを特徴とする、請求項１～１１のいずれか一項の記載の方法。
前記蒸解工程が、バッチ式蒸解釜プロセスとして行われることを特徴とする、請求項１～１２のいずれか一項の記載の方法。
以下の工程を含むことを特徴とする、請求項１～１３のいずれか一項の記載の方法：
ａ）５～２５０のＰ因子が達成されるように、粉砕された繊維質材料を酸性条件下で処理する工程；
ｂ）パルプを生成するために、前記繊維質材料を、１２０～１７５℃の蒸解温度でアルカリ蒸解液を用いて蒸解する工程；
ｃ）前記蒸解プロセスから前記パルプを排出する前に、パルプを冷却及び／又は洗浄するために、アルカリ洗浄液をパルプに供給する工程；
ｄ）工程ｃの後、前記パルプに白液を供給して、白液とパルプの混合物を形成する工程；
ｅ）前記の白液とパルプの混合物を、７０～１１０℃で５～１２０分間処理する工程；
ｆ）工程ｅ）の後に前記パルプから第１の濾液を除去する工程であり、これにより、パルプ流に向流してパルプ洗浄液として使用するために送られる濾液を生成する、工程；
ｇ）工程ｅ）の後に前記パルプから第２の濾液を分離する工程であり、これが工程ｂ）に送られて、前記蒸解液の一部を構成する、工程；
ｈ）工程ｇ）の後に前記パルプをさらなる処理に送る工程。