特許 5694513 アルカリ性濾液の再使用による冷苛性ソーダ抽出を用いてパルプを加工する方法及びシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5694513

(24)【登録日】2015年2月13日

(45)【発行日】2015年4月1日

(54)【発明の名称】アルカリ性濾液の再使用による冷苛性ソーダ抽出を用いてパルプを加工する方法及びシステム

(51)【国際特許分類】

   D21C 3/02 20060101AFI20150312BHJP

【ＦＩ】

   D21C3/02

【請求項の数】40

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2013-508565(P2013-508565)

(86)(22)【出願日】2010年8月18日

(65)【公表番号】特表2013-528715(P2013-528715A)

(43)【公表日】2013年7月11日

(86)【国際出願番号】IB2010002244

(87)【国際公開番号】WO2011138633

(87)【国際公開日】20111110

【審査請求日】2013年8月6日

(31)【優先権主張番号】12/789,265

(32)【優先日】2010年5月27日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】512285236

【氏名又は名称】バイーア スペシャルティ セルロース ソシエダッド アノニマ

(74)【代理人】

【識別番号】100077838

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 憲保

(74)【代理人】

【識別番号】100082924

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 修一

(72)【発明者】

【氏名】レイチ，マルセロ モレイラ

【審査官】 平井 裕彰

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００４／００２０８５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０３１２５３６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２０３２９１（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｄ２１Ｂ １／００〜 １／３８

Ｄ２１Ｃ １／００〜１１／１４

Ｄ２１Ｄ １／００〜９９／００

Ｄ２１Ｆ １／００〜１３／１２

Ｄ２１Ｇ １／００〜 ９／００

Ｄ２１Ｈ１１／００〜２７／４２

Ｄ２１Ｊ １／００〜 ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶解パルプを製造するための冷苛性ソーダ抽出を用いてパルプを製造する方法であって、
有機材料を蒸解釜内で脱リグニンするとともに、得られる褐色紙料を処理して、溶解パルプの製造に用いられる半精製パルプを得る、脱リグニンするとともに処理する工程と、
冷苛性ソーダ抽出工程の間、前記半精製パルプを苛性溶液で抽出して、精製パルプ及びヘミセルロース含有溶液を得る、抽出工程と、
前記精製パルプを洗浄するとともに、前記ヘミセルロース含有溶液と前記精製パルプとを分離し、この洗浄で生じる使用済洗浄液を収集する工程と、
前記使用済洗浄液と前記ヘミセルロース含有溶液を混合して、アルカリ性濾液を得る工程と、
前記使用済洗浄液と前記ヘミセルロース含有溶液を含む前記アルカリ性濾液を濃縮して、濃縮アルカリ性濾液を得る、濃縮工程と、
溶解パルプの製造の際に、前記濃縮アルカリ性濾液の少なくとも一部分を前記蒸解釜内で利用する工程と、
を含む、冷苛性ソーダ抽出を用いてパルプを製造する方法。

【請求項2】

前記アルカリ性濾液の濃縮を蒸発プロセスによって行う、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記蒸発プロセスを連続的に接続された複数のエフェクト内で行う、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記蒸発プロセスを５０℃〜６０℃の温度範囲で行う、請求項２に記載の方法。

【請求項5】

前記蒸発プロセスを−０．５バール〜−０．８４バールの圧力で行う、請求項２に記載の方法。

【請求項6】

前記濃縮アルカリ性濾液が、１リットル当たり９５グラム〜１２５グラムのＮａＯＨという有効アルカリ濃度を有するまで前記蒸発プロセスを行う、請求項２に記載の方法。

【請求項7】

前記濃縮アルカリ性濾液が、１リットル当たり１００グラム〜１１０グラムのＮａＯＨという有効アルカリ濃度を有するまで前記蒸発プロセスを行う、請求項２に記載の方法。

【請求項8】

前記蒸解釜内で使用される前記濃縮アルカリ性濾液に白液を添加することを更に含む、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

白液と濃縮アルカリ性濾液との比率が、１：１．５〜１：２．５である、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記苛性溶液がＮａＯＨ及びＮａ_２Ｓを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項11】

クラフトプロセスにおいて冷苛性ソーダ抽出を用いてパルプを製造する方法であって、
有機材料の第１のバッチを蒸解釜内で蒸解して、褐色紙料を生成する、蒸解工程と、
前記褐色紙料を洗浄するとともにスクリーニングして、半精製パルプを得る、洗浄及びスクリーニング工程と、
前記半精製パルプを、冷苛性ソーダ抽出を用いて抽出して、精製パルプ及びヘミセルロース含有溶液を得る、抽出工程と、
前記精製パルプを洗浄するとともに、冷苛性ソーダ抽出により生成した前記ヘミセルロース含有溶液と前記精製パルプとを分離し、この洗浄で生じる使用済洗浄液を収集する工程と、
前記使用済洗浄液と前記ヘミセルロース含有溶液を混合して、アルカリ性濾液を得る工程と、
前記使用済洗浄液と前記ヘミセルロース含有溶液を含む前記アルカリ性濾液を制御環境で蒸発させて、濃縮苛性溶液を得る、蒸発させる工程と、
溶解パルプの製造の際に、前記濃縮苛性溶液の少なくとも一部分を少なくとも１つの蒸解液として使用して、有機材料の第２のバッチを蒸解する、使用する工程と、
を含む、クラフトプロセスにおいて冷苛性ソーダ抽出を用いてパルプを製造する方法。

【請求項12】

前記濃縮アルカリ性濾液の第２の部分を異なるパルプ加工製造ラインに使用する工程をさらに含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記蒸発プロセスを連続的に結合した複数のエフェクト内で行う、請求項１１に記載の方法。

【請求項14】

前記蒸発させる工程を５０℃〜６０℃の温度範囲で行う、請求項１１に記載の方法。

【請求項15】

前記蒸発させる工程を−０．５バール〜−０．８４バールの圧力で行う、請求項１１に記載の方法。

【請求項16】

前記濃縮アルカリ性濾液が、１リットル当たり９５グラム〜１２５グラムのＮａＯＨという有効アルカリ濃度を有するまで前記蒸発させる工程を行う、請求項１１に記載の方法。

【請求項17】

前記濃縮アルカリ性濾液が、１リットル当たり１００グラム〜１１０グラムのＮａＯＨという有効アルカリ濃度を有するまで前記蒸発させる工程を行う、請求項１１に記載の方法。

【請求項18】

前記蒸解釜内で使用される前記濃縮アルカリ性濾液に白液を添加することを更に含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項19】

白液と濃縮アルカリ性濾液との比率が、１：１．５〜１：２．５である、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

冷苛性ソーダ抽出に用いられる前記苛性溶液がＮａＯＨ及びＮａ_２Ｓを含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項21】

前記蒸解釜内での有機材料の第２のバッチを蒸解することによって第２の褐色紙料を生成する工程と、
前記第２の褐色紙料を洗浄するとともにスクリーニングして、半精製パルプを得る、洗浄するとともにスクリーニングする工程と、
前記第２の褐色紙料に由来する前記半精製パルプを、冷苛性ソーダ抽出を用いて抽出して、第２の精製パルプ及び第２のヘミセルロース含有溶液を得る、抽出工程と、
を更に含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項22】

前記第２の褐色紙料が、冷苛性ソーダ抽出の前に３．０％を超えないＳ１８溶解度を有する、請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

前記第２の褐色紙料が、冷苛性ソーダ抽出の前に１０．０未満のカッパー価を有する、請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

前記第２の褐色紙料が、冷苛性ソーダ抽出の前に１グラム当たり１０００ミリリットルの粘度を有する、請求項２２に記載の方法。

【請求項25】

前記第２の褐色紙料が、冷苛性ソーダ抽出の前に１００以上の粘度対カッパー価比を示す、請求項２２に記載の方法。

【請求項26】

有機材料を蒸解釜内で蒸解して、褐色紙料を生成する、蒸解工程と、該褐色紙料を洗浄するとともにスクリーニングして、粗パルプを得る、洗浄及びスクリーニング工程と、該粗パルプを、冷苛性ソーダ抽出を用いて抽出して、精製パルプ及びヘミセルロース含有溶液を得る、抽出工程とを含む、溶解パルプを得るためにクラフトプロセスにおいて冷苛性ソーダ抽出を用いてパルプを製造する改善された方法であって、該改善が、
冷苛性ソーダ抽出により生成した前記ヘミセルロース含有溶液と前記精製パルプとを分離しながら、前記精製パルプを洗浄するとともにそこから使用済洗浄液を収集する、洗浄工程と、
前記使用済洗浄液と前記ヘミセルロース含有溶液を混合して、アルカリ性濾液を得る工程と、
前記使用済洗浄液と前記ヘミセルロース含有溶液を含む前記アルカリ性濾液を濃縮して、濃縮アルカリ性濾液を得る工程と、
溶解パルプを得るために、前記濃縮アルカリ性濾液の少なくとも一部分を、前記蒸解釜内で更なる有機材料の中和又は蒸解に利用する工程と、
を含む、溶解パルプを得るためにクラフトプロセスにおいて冷苛性ソーダ抽出を用いてパルプを製造する改善された方法。

【請求項27】

溶解パルプを得るために、クラフトプロセスにおいて冷苛性ソーダ抽出を用いてパルプを製造する方法であって、
下流の冷苛性ソーダ抽出段階に由来する濃縮苛性溶液の少なくとも一部分を用いて、有機材料を複数のバッチ蒸解釜内で蒸解し、それにより褐色紙料を生成する、蒸解工程と、
前記褐色紙料を洗浄するとともにスクリーニングして、半精製パルプを得る、洗浄するとともにスクリーニングする工程と、
前記半精製パルプを、冷苛性ソーダ抽出を用いて抽出して、精製パルプ及びヘミセルロース含有溶液を得る、抽出工程と、
冷苛性ソーダ抽出により生成した前記ヘミセルロース含有溶液と前記精製パルプとを分離しながら、前記精製パルプを洗浄するとともに、そこから使用済洗浄液を収集する工程と、
前記使用済洗浄液と前記ヘミセルロース含有溶液を混合して、アルカリ性濾液を得る工程と、
前記使用済洗浄液と前記ヘミセルロース含有溶液を含む前記アルカリ性濾液を制御環境で蒸発させて、濃縮苛性溶液を得る、蒸発させる工程と、
溶解パルプを得るために、前記濃縮苛性溶液の少なくとも一部分を、少なくとも１つの蒸解液として前記バッチ蒸解釜の少なくとも１つに戻す工程と、
を含む、溶解パルプを得るためにクラフトプロセスにおいて冷苛性ソーダ抽出を用いてパルプを製造する方法。

【請求項28】

前記蒸発プロセスを第１のエフェクトで−０．８４バールの圧力でおこない、前記第１のエフェクトの下流にある第２のエフェクトでは−０．５バールの圧力で行う、請求項３に記載の方法。

【請求項29】

前記蒸発プロセスを第１のエフェクトで−０．８４バールの圧力でおこない、前記第１のエフェクトの下流にある第２のエフェクトでは−０．５バールの圧力で行う、請求項１３に記載の方法。

【請求項30】

溶解パルプを得るためにクラフトプロセスにおいてパルプを製造する方法であって、
有機材料の第１のバッチを、白液の一部とそれに続く、別の第２の溶液を含む中和液を用いて中和する工程と、
有機材料の第１のバッチを蒸解釜内で蒸解し、それにより褐色紙料を生成する、蒸解工程と
前記褐色紙料を洗浄するとともにスクリーニングして、半精製パルプを得る工程と、
前記半精製パルプを、冷苛性ソーダ抽出を用いて抽出して、精製パルプ及びヘミセルロース含有溶液を得る工程と、
冷苛性ソーダ抽出により生成した前記ヘミセルロース含有溶液と前記精製パルプとを分離しながら、前記精製パルプを洗浄するとともに、この洗浄で生じる使用済洗浄液を収集する工程と、
前記使用済洗浄液と冷苛性ソーダ抽出により生成した前記ヘミセルロース含有溶液を混合する工程と、
前記使用済洗浄液と前記ヘミセルロース含有溶液を含む前記アルカリ性濾液を制御環境で蒸発させて、濃縮苛性溶液を得る、蒸発させる工程と、
前記苛性溶液の少なくとも一部分を、少なくとも１つの中和液または蒸解液として、有機材料の第２のバッチを処理して溶解パルプを得るために使用する工程と、
を含む方法。

【請求項31】

前記有機材料の前記第２のバッチの処理に用いられる前記中和液は白液の第２の部分とそれに続く濃縮苛性溶液を含む、請求項３０に記載の方法。

【請求項32】

前記蒸発させる工程を、連続的に結合した複数のエフェクト内で行う、請求項３０に記載の方法。

【請求項33】

前記蒸発させる工程を５０℃〜６０℃の温度範囲で行う、請求項３２に記載の方法。

【請求項34】

前記蒸発させる工程を第１のエフェクトでは−０．８４バールの圧力で行い、前記第１のエフェクトの下流の第２のエフェクトでは、第１のエフェクトよりも低い圧力で行う、請求項３３に記載の方法。

【請求項35】

前記濃縮アルカリ性濾液が、１リットル当たり１００グラム〜１１０グラムのＮａＯＨという有効アルカリ濃度を有するまで前記蒸発させる工程を行う、請求項３４に記載の方法。

【請求項36】

前記有機材料の第２のバッチを蒸解するために使用される前記濃縮アルカリ性濾液に白液を添加することを更に含む、請求項３０に記載の方法。

【請求項37】

前記濃縮アルカリ性濾液は、６０％〜７５％の濃縮アルカリ性濾液と、白液とで形成される、請求項３６に記載の方法。

【請求項38】

前記蒸解釜内での有機材料の第２のバッチを蒸解することによって第２の褐色紙料を生成する工程と、
前記第２の褐色紙料を洗浄するとともにスクリーニングして、半精製パルプを得る、洗浄するとともにスクリーニングする工程と、
前記第２の褐色紙料に由来する前記半精製パルプを、冷苛性ソーダ抽出を用いて抽出して、第２の精製パルプ及び第２のヘミセルロース含有溶液を得る、抽出工程と、
を更に含む、請求項３０に記載の方法。

【請求項39】

前記第１のバッチの有機材料の中和に用いられる前記第２の溶液が黒液を含む、請求項３０に記載の方法。

【請求項40】

前記白液が、１リットル当たり９５グラム〜１２５グラムの有効アルカリ濃度を有し、前記第２の溶液が、１リットル当たり３０グラム〜３５グラムの有効アルカリ濃度を有する、請求項３０に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の分野は包括的にはパルプの加工に関し、より具体的には、クラフト化学パルプ化プロセスと関連する冷苛性ソーダ抽出からの廃液を処理する改善された方法及びシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

木材及び植物材料によるパルプは数多くの商業用途を有する。最も一般的な用途の一つは製紙における用途であるが、パルプはレーヨン及び他の合成材料、並びに、例えばフィルタートウ、布地、包装フィルム及び爆薬の製造に使用される酢酸セルロース及びセルロースエステルを含む多数の他の製品を製造するためにも使用することができる。

【0003】

パルプ及び紙を製造するために木材及び植物材料を加工する多数の化学的方法及び機械的方法が存在する。基本的な加工工程は、原材料を準備すること（例えば剥皮及びチップ化）と、木質繊維のセルロースからリグニン及び抽出物を分離するために、木質繊維を機械的手段又は化学的手段（例えば粉砕、叩解又は蒸解）によって分離することと、漂白によって着色物質を除去することと、得られる加工パルプを紙又は他の製品に成形することとを含む。製紙工場は一般的には、パルプ及び紙の製造に加えて、またそれと関連して、化学物質を生産及び再生する設備、副産物を収集及び加工してエネルギーを生産する設備、並びに廃棄物を除去及び処理して環境影響を最小限に抑える設備も有する。

【0004】

「パルプ化」とは一般に、繊維分離を達成するプロセスを指す。木材及び他の植物材料はセルロース、ヘミセルロース、リグニン及び他の微量成分を含む。リグニンは個々の繊維の間に散在する高分子のネットワークであり、個々の木質繊維を結び付ける細胞間接着分子として機能する。パルプ化プロセスの間にリグニン巨大分子は断片化し、それにより個々のセルロース系繊維が遊離し、紙又は他の最終製品の変色及びその後の崩壊を引き起こし得る不純物が溶解する。

【0005】

クラフトプロセスは、一般的に用いられるパルプ化プロセスである。クラフトパルプ化プロセスにより製造された紙は、例えば包装産業において使用される漂白板紙及びライナーボードを作製するために使用することができる。従来のクラフトプロセスでは、「白液」として知られる水酸化ナトリウムと硫化ナトリウムとの水性混合物を用いて木材を処理する。この処理によってリグニンとセルロースとの間の結合が破壊され、リグニンの大部分及びヘミセルロース巨大分子の一部分が、強塩基性溶液に可溶性の断片にまで分解される。リグニンを周囲のセルロースから遊離させるこのプロセスは、脱リグニンとして知られている。その後、可溶性部分をセルロースパルプから分離する。

【0006】

図１は従来のクラフトプロセス１００のフロー図を示す。プロセス１００は、木材チップ（又は他の有機パルプ含有原材料）１１８及びアルカリ性溶液を、蒸解釜と呼ばれる高圧反応槽に供給して脱リグニンを行うことを伴い、これは「蒸解」段階１２１と称される。木材チップを、下流のプロセスにより生成することができるか又は別個の供給源から供給することができる白液１１１と合わせる。脱リグニンは数時間かかる場合があり、脱リグニンの程度は無単位の「Ｈファクター」で表され、これは１００℃で１時間の蒸解が１のＨファクターに等しいものとして一般に定義される。高温のために、反応槽は多くの場合、蒸気の導入によって加圧される。蒸解工程の終盤に、反応槽を大気圧まで減圧させることにより、蒸気及び揮発性物質が放出される。

【0007】

蒸解に使用される白液は例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）及び硫化ナトリウム（Ｎａ_２Ｓ）を含有する苛性溶液であり得る。白液の特性は、有効アルカリ（「ＥＡ」）及び硫化度で表されることが多い。有効アルカリ濃度は、水酸化ナトリウムの重量に硫化ナトリウムの重量の２分の１を加えたものとして計算することができ、液体１リットル当たりの水酸化ナトリウムの当量に相当し、１リットル当たりのグラム数で表される。水酸化ナトリウムとしての有効アルカリ添加量は、木材の炉乾燥重量当たりの水酸化ナトリウムの当量に相当し、百分率で表される。硫化度は、水酸化ナトリウムの重量と硫化ナトリウムの重量の２分の１との総和に対する硫化ナトリウムの重量の２分の１の比率であり、百分率で表される。

【0008】

蒸解後、「褐色紙料」としても知られる褐色の固体セルロース系パルプを、蒸解段階１２１で使用される蒸解釜から放出し、その後、洗浄及びスクリーニングプロセス１２２においてスクリーニング及び洗浄する。スクリーニングによって、パルプと、結束繊維（木質繊維の束）、ノット（未蒸解のチップ）、夾雑物及び他の残渣とが分離される。パルプから分離された物質を「リジェクト」、パルプを「アクセプト」と称する場合もある。アクセプト流中で高い純度を維持しながらリジェクト流中のセルロース系繊維の量を減少させるために、多段カスケード操作が利用されることが多い。更なる繊維の回収は、下流のリファイナを用いて、又は蒸解釜内の結束繊維及びノットの再処理によって達成することができる。

【0009】

次いで、褐色紙料を幾つかの連続した洗浄段階に供し、使用済み蒸解液及び溶解物質をセルロース繊維から分離することができる。蒸解段階１２１に用いられた蒸解釜からの使用済み蒸解液１１２と、洗浄及びスクリーニングプロセス１２２から収集された液体１１３とは一般的に、その色合いのためにどちらも「黒液」と称される。黒液は一般にリグニン断片、断片化したヘミセルロースに由来する炭水化物、及び無機物を含有する。例えば図１において洗浄及びスクリーニングプロセス１２２で生じた黒液１１３を表す矢印によって示されるように、蒸解工程において白液に加えて黒液を使用し、蒸解段階１２１に移行することができる。適切なアルカリ濃度を達成する必要に応じて、又は他の類似の目的のために、アキュムレータータンク（図１には示さない）からの黒液１３５を、蒸解段階１２１の一環として蒸解釜に供給してもよい。

【0010】

次いで、洗浄及びスクリーニングプロセス１２２により除塵した褐色紙料パルプ１３１を白液１１４とブレンドし、反応槽に供給して、ヘミセルロース等の溶解物質及び低分子量セルロースを更に除去することができる。例示的な分離方法はいわゆる冷苛性ソーダ抽出（「ＣＣＥ」）法であり、図１にはＣＣＥ反応段階１２３で表されている。抽出を行う温度は様々とすることができるが、典型的な範囲は６０℃未満である。

【0011】

次いで、ＣＣＥ反応段階１２３で使用される反応装置からの精製パルプ１３２を、使用済み冷苛性溶液及び溶解したヘミセルロースから分離し、ＣＣＥ洗浄段階１２４において第２の洗浄及び分離ユニット内で数回洗浄する。比較的高いアルファセルロース含量を有するが、依然としてリグニンを幾らか含有する、得られる精製褐色パルプ１３３を、更なる脱リグニンのために下流の漂白ユニットに進ませる。一部のパルプ製造プロセスでは、漂白はＣＣＥ反応段階１２３及びＣＣＥ洗浄段階１２４の前に行われる。

【0012】

合成材料又は医薬品の製造等の多数の用途において、純度又は品質の非常に高いパルプを得ることが望ましい。パルプ品質は幾つかのパラメーターによって評価することができる。例えば、アルファセルロースの含有率は加工パルプの相対純度を表す。脱リグニン及びセルロース分解の程度は、それぞれカッパー価（「ＫＮ」）及びパルプ粘度によって測定される。より高いパルプ粘度は、より長いセルロース鎖長及びより少ない分解を示す。１８ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液におけるパルプ溶解度（「Ｓ１８」）から、残留ヘミセルロースの量が推定される。１０ｗｔ％の水酸化ナトリウム水溶液におけるパルプ溶解度（「Ｓ１０」）は、ヘミセルロースと分解したセルロースとの総和を含む、塩基性溶液中の可溶物の総量に関する指標を与える。最終的に、Ｓ１０とＳ１８との差から、分解されたセルロースの量が求められる。

【0013】

従来のプロセスでは、ＣＣＥアルカリ性濾液とも称される、ＣＣＥ洗浄及び分離段階１２４からの濾液１１６は、洗浄及び分離段階１２４からの使用済み冷苛性溶液及び使用済み洗浄液の両方を含む。この濾液１１６は多くの場合、相当量の高分子ヘミセルロースを含有する。ヘミセルロース含量の高い濾液を、蒸解段階１２１の蒸解釜内で蒸解液の一部として使用すると、ヘミセルロースが溶液から析出し、セルロース系繊維へと沈殿する可能性がある。これは高品質パルプの達成を妨げる場合がある。一方、或る特定の用途、例えば高品質糸又は合成織物、液晶ディスプレイ用の材料、アセテート誘導体から作られる製品、ビスコース製品（タイヤコード及び特殊繊維等）、タバコに使用されるフィルタートウ部分、並びに或る特定の食品用途及び製薬学的用途では、最小量の再沈殿ヘミセルロースしか含有せず、アルファセルロース含量の高いパルプが必要とされる。

【0014】

ＣＣＥアルカリ性濾液１１６の一部分を蒸解段階１２１において再使用することができ、残りの部分は、蒸解段階１２１におけるヘミセルロースの再沈殿のリスクを抑えるために回収領域１３４に送られる。回収領域１３４では、分流させたＣＣＥアルカリ性濾液１１６を過剰の黒液と合わせ、濃縮し、かつ、回収ボイラー内で燃焼させて、有機物を消費するとともに無機塩を回収することができ、そうでなければＣＣＥアルカリ性濾液１１６は別のパルプ化ラインまで運ばれているか、又はそれらの組合せである。蒸解段階１２１において適当なアルカリバランスを維持するために、その後、新たなアルカリ供給源が、回収領域１３４に送られたＣＣＥ濾液及び黒液を補充するのに必要とされる場合がある。回収プロセスと新たなアルカリ供給源の準備とにより、製造コストの増大が生じる傾向がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0015】

アルファセルロース含量の非常に高い溶解パルプをもたらす、パルプを加工する方法及びシステムが必要とされている。蒸解時のヘミセルロースの沈殿を最小限に抑えながら、効率の増大をもたらし、ＣＣＥ濾液の有効利用を可能にする、パルプを加工する方法及びシステムが更に必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0016】

一態様では、パルプ製造のための改善された方法及びシステムが特に、冷苛性ソーダ抽出プロセスから得られる精製パルプを洗浄することと、それにより得られるアルカリ性濾液を収集することと、アルカリ性濾液を、例えば蒸発によって濃縮することと、濃縮アルカリ性濾液の少なくとも一部分を上流の蒸解プロセスに利用することとを伴う。

【0017】

１つ又は複数の実施の形態によると、クラフトプロセスと併せて冷苛性ソーダ抽出を用いるパルプ製造のための方法及びシステムが、有機パルプ含有材料を蒸解釜内で脱リグニンする工程と、得られる褐色紙料を処理して、半精製パルプを得る、処理する工程と、半精製パルプを苛性溶液で抽出して、精製パルプ及びヘミセルロース含有溶液を得る、抽出する工程と、ヘミセルロース含有溶液と精製パルプとを分離する工程と、精製パルプを洗浄するとともに、それにより得られるアルカリ性濾液を収集する工程と、アルカリ性濾液を濃縮する工程と、濃縮アルカリ性濾液の少なくとも一部分を蒸解釜内で利用する工程とを含む。濃縮アルカリ性濾液によって、蒸解プロセスを開始するために初めに使用される異なる蒸解液を徐々に置き換えることができ、それにより効率が増大することになる。

【0018】

或る特定の実施の形態では、アルカリ性濾液を濃縮して、例えば水酸化ナトリウムとして１リットル当たり９０グラム以上の有効アルカリを含有する溶液を得る。濃縮アルカリ性濾液を蒸解液の一部として利用することによって、褐色紙料の純度及び得られる精製パルプの純度を高めることができる。

【0019】

更なる実施形態、代替形態及び変形形態もまた本明細書中に記載されるか、又は添付の図面において示される。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】当該技術分野で知られる、パルプ製造と関連して用いられる従来の前加水分解クラフトパルプ化プロセスの一般的なプロセスフロー図である。

【図2】本明細書中に開示される一実施形態に従うパルプ製造プロセスのプロセスフロー図である。

【図3】図２に示される一般的な原理に従う冷苛性ソーダ抽出後の蒸発のためのシステム及び関連プロセスの概念図である。

【図4】特に冷苛性ソーダ抽出と関連して使用することのできる従来の蒸発システム及び蒸発プロセスを示す図である。

【図5】図２及び図３に示される一般的な原理に従う冷苛性ソーダ抽出による濾液の蒸発のためのシステム及び関連プロセスを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

１つ又は複数の実施形態によると、パルプ加工のための方法及びシステムは、白液等の第１の苛性溶液を、原料パルプを含有する或る量の木材又は他の有機材料と、適切なタンク又は反応槽（蒸解釜）内で合わせ、例えば１３０℃〜１８０℃の好適な温度で蒸解して褐色紙料を得ることを伴う。褐色紙料の洗浄及びスクリーニングにより、半精製パルプと、蒸解釜に戻される派生物（黒液等）とが生じる。半精製パルプを別の苛性溶液（同様に白液であってもよい）によって、例えば６０℃未満の好適な温度で抽出して精製パルプを得ることができる。更なる洗浄によって、ヘミセルロース含有溶液を精製パルプから分離することで、別個に収集及び貯蔵することのできるアルカリ性濾液の形態の別の苛性溶液を得ることができる。このアルカリ性濾液を、例えば蒸発又は他の手段によって濃縮し、単独で又は蒸解釜内の第１の苛性溶液と合わせて用いて有機材料を処理して、サイクルを再開することができる。

【0022】

１つ又は複数の実施形態の一態様によると、木材チップ又は他のパルプ含有有機物を、反応槽内で苛性溶液と反応させる。反応が終わると、反応混合物は遊離セルロース系繊維を含有する。これらの繊維を、第２の苛性溶液で更に抽出してヘミセルロースを溶解する。使用済み苛性溶液を溶解されたヘミセルロースとともに、抽出したパルプから分離し、パルプを更なる洗浄に供して、残留苛性溶液及びヘミセルロースを除去する。ヘミセルロースを含有する洗浄液及び使用済み苛性溶液を合わせ、濃縮して濃縮ＣＣＥ濾液を得る。次いで、濃縮されたＣＣＥ濾液を単独で又は別の苛性溶液と合わせて用いて、反応槽内の木材を処理することができる。

【0023】

上記で概説した全ての工程は、従来の設備で行うことができる。本明細書により上記で概説した工程に従うことによって、蒸解に一般に使用される白液の有効アルカリ濃度と同程度の有効アルカリ濃度を有する濃縮ＣＣＥ濾液を得ることができる。

【0024】

一実施形態によるプロセスが図２に示される。プロセス２００は蒸解段階２２１から始まり、従来のクラフトプロセスと同様に、木材チップ又は他のパルプ含有有機材料２１８が、高圧に耐えることが可能な蒸解釜に供給される。蒸解釜は任意の好適な容量、例えばおよそ３６０立方メートルであり得る。典型的な工業的状況では、複数の蒸解釜を並行して稼働させ、種々の蒸解釜をパルプ製造プロセスの種々の段階で操作することができる。

【0025】

蒸解釜において用いられる木材のタイプ又は他の植物材料若しくは有機材料の特定の選択は、所望の最終製品に応じて決まり得る。例えば、マツ、モミ及びトウヒ等のソフトウッドは一部の誘導体化プロセスに使用され、セルロースエーテル（例えば食品、塗料、油回収流体又は油回収泥、紙、化粧品、医薬品、接着剤、印刷製品、農業製品、陶磁器、織物、洗剤及び建材中に添加物として使用することができる）のような、高い粘度を有する製品を得ることができる。ユーカリ及びアカシア等のハードウッドは、非常に高い粘度を有するパルプを必要としない用途に好適であり得る。

【0026】

一実施形態では、蒸解釜を蒸解段階２２１の間、蒸気又は他の適切な手段を用いて第１の所定の温度まで加熱する。この所定の温度は、１１０℃〜１３０℃、より具体的には例えば１２０℃とすることができる。この特定の例での加熱は１５分間〜６０分間（例えば３０分間）の期間にわたって行われるが、設備の詳細及び加熱する有機材料の性質に応じて他の加熱時間を用いてもよい。

【0027】

次いで、好ましくは蒸解釜を蒸気又は他の手段によって、前加水分解段階の第１の所定の温度を上回る第２の温度まで更に加熱する。この第２の前加水分解温度は好ましくは１６５℃前後であるが、この場合も正確な温度は設備及び有機材料を含む多数の変動要素に応じて決まり得る。前加水分解の加熱は３０分間〜１２０分間（例えば６０分間）にわたって行うことができるが、この場合も加熱時間は必要に応じて様々であり得る。前加水分解温度に到達した後、蒸解釜を好適な期間、例えば３５分間〜４５分間、又は前加水分解を完了するのに十分な任意の他の時間にわたってその温度に保持する。

【0028】

好ましい実施形態では、蒸解段階２２１の一環として中和溶液２１０を蒸解釜に添加する。中和溶液２１０は新たに調製した白液とそれに続く黒液とからなるものとすることができるか、又はＣＣＥ濾液とそれに続く黒液とからなるものとすることができる。白液は、例えば水酸化ナトリウムと硫化ナトリウムとの混合物の形態をとることができる。好ましい実施形態では、白液は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）として１リットル当たり８５グラム〜１５０グラムの有効アルカリ、より好ましくは１リットル当たり９５グラム〜１２５グラムの水酸化ナトリウムという有効アルカリ、最も好ましくは１リットル当たり１００グラム〜１１０グラムの水酸化ナトリウムという有効アルカリを有する。白液の硫化度は、１０％〜４０％、好ましくは１５％〜３５％、最も好ましくは２０％〜３０％の範囲を有し得る。

【0029】

黒液中の有効ＮａＯＨ濃度は、１リットル当たり１０グラム〜５０グラムであるものとすることができるが、特定のプロセスに応じて様々であり得る。一実施形態では、中和溶液２１０は白液及び黒液の両方を含み、白液についての有効アルカリ濃度は１リットル当たり８５グラム〜１５０グラムの水酸化ナトリウムであり、黒液についての有効アルカリ濃度は１リットル当たり２０グラム〜５０グラムの水酸化ナトリウムである。好ましい実施形態では、白液及び黒液の両方を含む中和溶液２１０は、それぞれ１リットル当たり９５グラム〜１２５グラム及び１リットル当たり３０グラム〜３５グラムの有効アルカリ濃度を有し、より好ましくはそれぞれ１リットル当たり１００グラム〜１１０グラム及び１リットル当たり３８グラム〜４５グラムの有効アルカリ濃度を有する。中和溶液２１０は、合わせた液体について１リットル当たり３８グラム〜４８グラムのＮａＯＨという有効アルカリ濃度を有し得る。

【0030】

中和溶液２１０は蒸解釜に一度に添加してもよく、そうでなければ蒸解釜に数回に分けて添加してもよい。一実施形態では、白液及び黒液の両方を含む中和溶液２１０を、２回に分けて添加し、それにより白液を初めに蒸解釜に供給し、続いて黒液を添加する。一実施形態では、中和溶液２１０を１３０℃〜１６０℃、より好ましくは１４０℃〜１５０℃の温度で添加する。添加は１５分間〜６０分間、好ましくは３０分間にわたって行うことができる。好ましい実施形態では、中和溶液２１０は、各々１５分間にわたって１４０℃〜１５０℃の温度で２回に分けて添加される。

【0031】

次いで、第１の苛性溶液２１１で中和溶液２１０を置き換えることができ、この第１の苛性溶液２１１を用いて蒸解釜内で木材を蒸解することができる。第１の苛性溶液２１１は中和溶液２１０の組成と同じ組成を有していても、又は異なる組成を有していてもよい。第１の苛性溶液２１１中の水酸化ナトリウム及び硫化ナトリウムの範囲及び好ましい範囲は中和溶液２１０の場合と同じであり、当業者に既知である。

【0032】

蒸解釜は蒸気又は他の手段を用いて蒸解温度まで加熱することができる。蒸解温度は１４０℃〜１８０℃の範囲とすることができ、好ましくは１４５℃〜１６０℃の範囲である。加熱は１０分間〜３０分間又は他の好適な期間にわたるものとすることができる。蒸解釜を蒸解プロセスに好適な期間、例えば１５分間〜１２０分間にわたって蒸解温度に保持する。温度範囲及び蒸解時間は、好ましくは１３０〜２５０の範囲である目標とするＨファクターで選ばれる。

【0033】

中和及び蒸解するための好ましい技法が、本発明の譲受人に譲渡され、本明細書中に完全に記載されているかのように、参照により本明細書中に援用される、同時出願された「高アルファ溶解パルプの生産のための方法及びシステム（Method and System for High Alpha Dissolving Pulp Production）」と題する同時係属中の米国特許出願第１２／７８９，３０７号（代理人整理番号１６１５５１−０００３）に記載されている。

【0034】

蒸解段階２２１の結果として、褐色紙料２１２が得られる。褐色紙料２１２を従来のクラフト手順と同様に、洗浄及びスクリーニングプロセス２２２に供給し、そこで褐色紙料２１２を種々のタイプの篩又はスクリーンを用いてスクリーニングし、遠心除塵する。次いで、褐色紙料２１２をスクリーニング及び洗浄プロセス２２２において洗浄機で洗浄する。洗浄機は市販の任意のタイプ、例えば水平ベルト洗浄機、回転式ドラム洗浄機、真空フィルター、洗浄プレス、圧縮バッフルフィルター、大気圧ディフューザー及び圧力ディフューザーであり得る。洗浄ユニットは、パルプが洗浄水と逆方向に移動するように段階間で向流を用いることができる。一実施形態では、加圧水を用いて褐色紙料２１２を洗浄する。別の実施形態では、希釈苛性溶液を使用して褐色紙料２１２を洗浄する。希釈苛性溶液は、例えば１リットル当たり５グラム未満のＮａＯＨ、より好ましくは１リットル当たり１グラム未満のＮａＯＨという有効アルカリ濃度を有し得る。使用済み洗浄液を収集して、プロセス２００の他の部分で黒液２１３として使用する。一実施形態では、黒液２１３は、蒸解段階２２１において蒸解釜に供給される蒸解液又は他の苛性溶液２１１の一部として使用される。

【0035】

次いで、洗浄及びスクリーニングプロセス２２２による半精製パルプを、この場合も従来の方法と同様に、冷苛性ソーダ抽出（「ＣＣＥ」）段階２２３に用いられる反応装置にスラリーとして圧送し、そこで第２の苛性溶液２１４（第１の苛性溶液２１１と同じであっても、又は異なっていてもよい）と混合して、所望のセルロース系繊維からのヘミセルロースの更なる分離を行う。冷苛性ソーダ抽出は当該技術分野で既知のプロセスである。冷苛性ソーダ処理システムの例は、例えばAli et al.の米国特許出願公開第２００４／００２０８５４号、及びSvenson et al.の米国特許出願公開第２００５／０２０３２９１号（どちらも本明細書中に完全に記載されているかのように、参照により本明細書中に援用される）により詳細に記載されている。

【0036】

ＣＣＥ抽出プロセス２２３におけるヘミセルロース抽出は好適な温度、一般的には１５℃〜５０℃、好ましくは３０℃前後で行われる。パルプスラリーのｐＨは一般的には１３超であり、有効アルカリは１リットル当たり６０グラム〜９０グラムのＮａＯＨである。パルプを冷苛性溶液２１４中に十分な時間浸漬して、ヘミセルロースを溶液中に所望の程度拡散させる。３０℃、ｐＨ１３での抽出についての例示的な滞留時間は３０分である。冷苛性ソーダ抽出は一般に、アルファセルロース含量が９２パーセント〜９６パーセントの範囲内の精製パルプをもたらすことができるが、特に他の望ましい特性（粘度レベル等）を維持しながら、その規模の上限の純度又はそれを超える純度に到達することは歴史的に極めて困難であった。高いプロセス効率を維持しながら高い純度に到達することも困難であった。

【0037】

ＣＣＥ抽出プロセス２２３のブレンド手順及び抽出手順に使用される苛性溶液２１４は、新たに調製した水酸化ナトリウム溶液、下流のプロセスからの回収物、又はパルプ工場若しくは製紙工場の操作における副産物、例えば半苛性白液、酸化白液等を含み得る。水酸化アンモニウム及び水酸化カリウム等の他の塩基性溶液を用いてもよい。

【0038】

ＣＣＥ抽出プロセス２２３において使用される苛性溶液２１４は、好適な水酸化物濃度を有し得る。例えば、苛性溶液２１４は３重量％〜５０重量％の水酸化物濃度、より好ましくは６重量％〜１８重量％の水酸化物濃度を有し得る。抽出は、任意の好適なパルプ粘稠度、例えば約２重量％〜５０重量％、好ましくは約５重量％〜１０重量％で行うことができる。この場合の「粘稠度」という用語は、抽出混合物中のセルロース系繊維の濃度を指す。

【0039】

所望の滞留時間の後、パルプは次の洗浄プロセス２２４において使用済み冷苛性溶液から分離される。使用済み冷苛性溶液は抽出されたヘミセルロースを含有する。パルプはＣＣＥ洗浄ユニット内で洗浄される。例示的な洗浄機としては、水平ベルト洗浄機、回転式ドラム洗浄機、真空フィルター、洗浄プレス、圧縮バッフルフィルター、大気圧ディフューザー及び圧力ディフューザーが挙げられる。洗浄液は例えば純水、又は例えば１リットル当たり１グラム以下のＮａＯＨという有効アルカリ濃度を有する希釈苛性溶液を含み得る。使用済み洗浄液を従来の方法で収集し、使用済み冷苛性溶液と合わせて別の苛性溶液２１６を得ることができ、この苛性溶液２１６は一態様では洗浄プロセス２２４から得られるアルカリ性濾液を含む。抽出及び洗浄されたパルプ２３３はその間、次の漂白段階へ移動する。

【0040】

第３の苛性溶液２１６は濃縮プロセス２２５に供給することが好ましく、例えば濃縮のための蒸発システムに供給することができる。典型的な蒸発システムは、連続して設置された幾つかのユニット又はエフェクトを有し得る。液体は各々のエフェクトを通って移動し、エフェクトの出口で更に濃縮される。真空を適用して、溶液の蒸発及び濃縮を促進してもよい。

【0041】

濃縮プロセス２２５に関連して、薄い黒液２４３を、例えば連続配置の１つ又は複数のエフェクトを用いて蒸発させることで薄い黒液２４３の濃度をプロセス中漸増させることによって、濃い黒液２４４へと濃縮することもできる。濃い黒液２４４を蓄積タンク内に貯蔵し、回収エリア（回収ボイラー）において又は他の目的で使用し、それにより生じる副産物の再使用又は再循環の効率を増大させることができる。

【0042】

蒸発に使用されるエフェクトの数は、所望の濃縮レベル、プラントの容量、及び他の要因に一部依存する。一実施形態では、濃縮段階２２５のための蒸発設備は、例えば１時間当たり７４０トンの液体を加工することが可能な６つのエフェクトを備える。エフェクトは、蒸解段階２２１からの黒液の濃縮に使用されるものと同じタイプであってもよいが、その必要はない。例えば、一連のエフェクトを使用して、蒸解段階から残った薄い黒液を濃縮し、それを保持タンク内に貯蔵することが一般的であり、この場合、黒液を蒸解プロセスに使用するために再循環させるか、そうでなければ異なる目的で他のプロセスに送ることができる。一般に、過剰の黒液が生じ、この過剰の黒液を発電のために焼却炉内で燃焼させる。

【0043】

好ましい実施形態（図３に示される）では、ＣＣＥ洗浄段階２２４からのアルカリ性抽出溶液３１６の濃縮は、６つのエフェクトのうち２つ（この例では、第５のエフェクト３２７及び第６のエフェクト３２８）において減圧下で行い、濃縮溶液３３０、すなわち濃縮ＣＣＥアルカリ性濾液が得られる。蒸解段階２２１からの薄い黒液の濃縮黒液への濃縮は、６つのエフェクトのうち４つにおいてより高圧で行う。この例では、薄い黒液３１３を１つのエフェクト（この例では、第４のエフェクト３２６）に導入し、予備濃縮の後、更なる濃縮のために他の下流のエフェクト３２９に圧送する。使用済み洗浄液３１４と使用済み冷苛性溶液３１５との組合せとすることができる、ＣＣＥ洗浄段階２２４からのアルカリ性抽出溶液３１６の濃縮は、第５のエフェクト３２７及び第６のエフェクト３２８において、一例では１リットル当たり約８５グラム〜１１０グラムのＮａＯＨ、より好ましくは１リットル当たり９５グラム〜１０５グラムのＮａＯＨの範囲内である所望の濃度に達するのに十分な期間、好適な圧力で行うことができる。一実施形態では、アルカリ性抽出溶液３１６は、第５のエフェクト３２７内ではおよそ−０．８４バール（ｇ）の負圧下、第６のエフェクト３２８内ではおよそ−０．５０バール（ｇ）の負圧下で留まり、例えば１リットル当たりおよそ９５グラム〜１０５グラムのＮａＯＨという有効アルカリ濃度を有する濃縮溶液３３０が得られる。

【0044】

有利には、加工プラントは、設備の追加費用がほとんど必要とされることなく、本発明のプロセスを用いるように構成することができる。プラントが、例えば蒸解段階から残った薄い黒液を濃縮させるのに６つのエフェクトを使用するものである場合、エフェクトのうち２つを、ＣＣＥ洗浄プロセスにおいて生成するアルカリ性濾液の濃縮に使用するために再配置することができる。黒液の濃縮に利用可能なエフェクトの数の減少は、黒液蒸発能力をおよそ２０％〜３０％低下させるが、黒液の品質（最終固形物濃度）を維持することができ、４つのエフェクトから得られる黒液を、大きな影響を何ら及ぼすことなく回収ボイラーにおいて燃焼させることが可能であるため、問題ではない。しかしながら、本明細書に記載の本発明の技法に従って、エフェクトのうち２つをアルカリ性濾液の濃縮及び再循環に使用することは、プラントの効率に重大な影響を及ぼす可能性がある。同じ数のエフェクトを２つの異なるプロセスに使用することができるため、操作者が全てのエフェクトにおいて薄い黒液の蒸発に従来のプロセスを使用することを選択することができるように、又は、さほど悪影響を伴わずにエフェクトのうち幾つかをアルカリ性濾液の濃縮に割り当て、効率面での改善を得ることができるようにプラントを構成することができる。

【0045】

図２に戻ると、濃縮アルカリ性濾液溶液２１７は、中和溶液２１０として及び／又は蒸解液２１１の一部として、全体的に又は部分的に再使用することができる。一実施形態では、中和溶液２１０は全て濃縮アルカリ性濾液溶液２１７からなる。別の実施形態では、中和溶液２１０は濃縮アルカリ性濾液溶液２１７と、最初に蒸解釜に添加することができるとともに任意に濃縮アルカリ性濾液溶液２１７を強化するのに使用することもできる白液との両方を含む。第３の実施形態では、濃縮アルカリ性濾液溶液２１７は蒸解液２１１として使用される。第４の実施形態では、濃縮アルカリ性濾液溶液１１７は、蒸解液２１１として使用するために白液と合わせられる。

【0046】

蒸解段階２２１において再使用しない濃縮アルカリ性濾液溶液２１７は、他の目的に使用することができる。例えば、濃縮アルカリ性濾液溶液２１７を、任意に他の目的、例えば図２の例において矢印２５１によって示されるように隣接する製造ラインで（白液として）使用するために分流させることができる。同時に濃縮アルカリ性濾液溶液２１７は、蒸解段階２２１におけるより高い液体濃度の使用を可能にし、それにより繊維へのヘミセルロースの再沈殿を防ぐこともできる。

【0047】

図４及び図５は、冷苛性ソーダ抽出と関連する蒸発プロセスのための従来のシステムと、本明細書中に開示される１つの可能な実施形態とを示し、それらを比較するものである。図４は特に冷苛性ソーダ抽出とともに使用することのできる蒸発プロセスを示す、従来のシステム４００の図である。図４に示されるように、システム４００は多数のエフェクト４６１Ａ〜４６１Ｄ及び４６２〜４６６を含む。蒸解プロセスからの薄い黒液４１３は、エフェクトの１つ、この場合は第４のエフェクト４６４に受け取られ、そこで蒸発プロセスが開始する。パイプ４４１及び４４２は、それぞれ第４のエフェクト４６４を第５のエフェクト４６５に、第５のエフェクト４６５を第６のエフェクト４６６に接続する。第６のエフェクト４６６内での加工の後、半濃縮黒液を中間熱交換器４５０及び４５２に移動させる。半濃縮黒液を熱交換器４５２から第３のエフェクト４６３に供給し、そこからの産物を別の中間熱交換器４５４に移動させる。

【0048】

次いで、半濃縮黒液を熱交換器４５４から第２のエフェクト４６２（１つの本体が２つの液体循環ユニット「Ａ」及び「Ｂ」に分かれている）に供給する。第２のエフェクト４６２内での蒸発の後、黒液の一部を第１のエフェクト（濃縮器）へと直接圧送し、他の部分を蒸発器４５９内で大気圧下でのフラッシュ蒸発に供し、灰混合へと圧送する（４３２）。第１のエフェクトは物理的に４つの蒸発器４６１Ａ〜４６１Ｄからなることができる。蒸発器は円筒多管式の流下膜式蒸発器であり得る。蒸発器４６１Ａ〜４６１Ｄの４つ全てを同時に操作することができ、これによって、より高濃度の黒液の生成を可能にすることができる。灰を含有する液体を、灰混合タンクから蒸発器４６１Ｄへと圧送する。蒸発器４６１Ｄ内での蒸発の後、濃縮重黒液をフラッシュ蒸発器４５９においてフラッシュし、加圧重液タンク（図４には示さない）内に貯蔵する。

【0049】

蒸発システム４００の産出物には、重（濃い）黒液４３０、及び洗浄液貯蔵部に送られる凝縮物４３１がある。濃い黒液４３０は、本明細書で先に記載した目的に使用することができる。凝縮物タンク４４０Ａでは、第２のエフェクト４６２、第３のエフェクト４６３及び第４のエフェクト４６４からの蒸気凝縮物を合わせて清浄凝縮物（「Ａ凝縮物」）を得て、第６のエフェクト４６６の蒸気入口圧力と同様の圧力を受けるまで幾つかの段階を経てフラッシュすることができる。Ａ凝縮物を清浄凝縮物タンク（凝縮物タンク４４０のタンクＡ）に収集し、他の部分、例えば繊維ラインに使用することができる。

【0050】

第４のエフェクト４６４及び第５のエフェクト４６５の清浄側からの凝縮物は、中間凝縮物（「Ｂ凝縮物」）を形成し、これを第６のエフェクト４６６の蒸気入口圧力と同様の圧力を受けるまで幾つかの段階を経てフラッシュするか又は減圧する。フラッシュしたＢ凝縮物を、蒸発システムの他の部分、例えば第６のエフェクト４６６の清浄側である、分離された表面凝縮器４７０の主要なセクションからの処理された若しくは未処理の凝縮物、及び／又はストリップ塔からの処理された凝縮物と合わせる。この合わせた凝縮物は概して、Ａ凝縮物よりも多くの不純物を含有し得る。Ｂ凝縮物を中間凝縮物タンク（凝縮物タンク４４０のタンクＢ）に収集し、パルプ製造プロセスの他の部分、例えば苛性化プラントに使用することができる。

【0051】

概してＡ凝縮物又はＢ凝縮物よりも多くの不純物を含有する汚染凝縮物（「Ｃ凝縮物」）を、第５のエフェクト４６５及び第６のエフェクト４６６の汚染側、分離された表面凝縮器の副次的なセクション、並びに真空システムから収集することができる。Ｃ凝縮物は汚染凝縮物タンク（凝縮物タンク４４０のタンクＣ）内に貯蔵する。

【0052】

図５は、図２及び図３に示される一般的な原理に従う冷苛性ソーダ抽出による濾液の蒸発のプロセスを示す、システム５００の図である。この例では、システム５００は、図４のシステム４００と同じ基本的設備構成及び同じ数のエフェクトを用いるが、他の実施形態ではそうである必要はない。図５の点線は、ＣＣＥ濾液濃縮の更なる機能性を達成するために、図４の設備に追加することのできる更なる接続（パイプ及びバルブを含む）を示す。図５では、システム５００は同様に複数のエフェクト５６１Ａ〜５６１Ｄ及び５６２〜５６６を有する。エフェクト５６１Ａ〜５６１Ｄ、５６２及び５６３は、図４の対応するエフェクト４６１Ａ〜４６１Ｄ、４６２及び４６３と同じ一般用途に適う。しかしながら、図５に示すシステム５００では、薄い黒液５１３は、初めに第４のエフェクト５６４において濃縮された後、バイパスパイプ５３７（追加のバルブ５３６によって制御される）を介して（その他の点では図４の熱交換器４５０と同様である）熱交換器５５０に供給される。このようにして、薄い黒液の濃縮プロセスは第５のエフェクト５６５及び第６のエフェクト５６６を迂回する。

【0053】

図４のシステム４００とは異なり、図５のシステム５００では、ＣＣＥ洗浄工程からの冷苛性ソーダ抽出（ＣＣＥ）濾液５１６は、コネクタパイプ５４１を介して第５のエフェクト５６５に供給され、そこで濃縮プロセスの最初の部分を受ける。ＣＣＥ濾液５１６からの第４のエフェクト５６４の隔離を可能にする新たなバルブ５３８が、図４に追加されている。例えばより少ない量の濃縮が望まれる場合に、ＣＣＥ濾液５１６を第６のエフェクト５６６に直接供給するという選択肢を与えるために、任意の分岐コネクタパイプ５３９を追加してＣＣＥ濾液５１６を第６のエフェクト５６６に結び付けることができる。そうでなければ、第５のエフェクト５６５内での蒸発の後、半濃縮ＣＣＥ濾液はコネクタパイプ５４２を介して第６のエフェクト５６６に供給され、そこで所望の程度の蒸発によって更なる濃縮を受ける。

【0054】

濃縮ＣＣＥ濾液５６０を、ライン５９１を介して凝縮物タンク５４０のタンクＣへと、又はライン５９２を介して凝縮物タンク５４０のタンクＢへと方向付けることができる。先に記載のクラフト加工工程に関連して、濃縮ＣＣＥ濾液５６０を蒸解段階の一環として白液、黒液又は他の溶液と混合することができる。必要に応じて、半濃縮ＣＣＥ濾液を、バルブ５３４によって制御される別の追加のコネクタパイプ５３５を介して、第５のエフェクト５６５から熱交換器５５０に送ってもよい。コネクタパイプ５３５はまた、薄い黒液の濃縮に５つのエフェクトを使用するとともにＣＣＥ濾液の濃縮に単一のエフェクト（第６のエフェクト）のみ使用するという選択肢を与える。この構成は特に、蒸解溶液及び洗浄溶液の様々な混合及び濃縮に関して顕著な柔軟性をもたらす。ＣＣＥ濾液が第５のエフェクト５６５及び第６のエフェクト５６６において濃縮される本実施形態では、凝縮物の流れをバルブのスイッチによって変更することができる。例えば、第４のエフェクト５６４の汚染側からの凝縮物を汚染凝縮物（Ｃ凝縮物）の一部とすることができ、第６のエフェクト４６６の汚染側からの凝縮物を中間凝縮物（Ｂ凝縮物）の一部とすることができ、分離された表面凝縮器の主要セクションからの凝縮物を清浄凝縮物（Ａ凝縮物）の一部とすることができる。

【実施例】

【0055】

本発明の実施形態のプロセスを以下の実施例において実証する。実施例に記載の分析結果は、以下の方法を用いて得られる。

【0056】

２５℃でのパルプのＳ１０溶解度及びＳ１８溶解度を測定するのに使用される方法は、ＴＡＰＰＩ規格Ｔ２３５ ｃｍ−００（本明細書中に完全に記載されているかのように、参照により本明細書中に援用される）に基づく。パルプを１０％及び１８％の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液でそれぞれ抽出する。炭水化物の溶解を、重クロム酸カリウムでの酸化によって決定する。ヘミセルロース及び分解セルロース等の低分子量炭水化物は、水酸化ナトリウム溶液を用いてパルプから抽出することができる。このため、アルカリにおけるパルプの溶解度は、パルプ化プロセス及び漂白プロセスにおけるセルロースの分解及びヘミセルロースの喪失又は保持についての情報を与える。Ｓ１０溶解度の測定のための典型的な手順では、１０グラムの炉乾燥パルプサンプルをビーカーに入れ、７５ｍＬの１０ｗｔ％ＮａＯＨ溶液をパルプに添加する。混合物をパルプが完全に分散するまで十分な時間にわたって分散装置で撹拌する。分散装置の一例は、変速モーターと、シェルを有するステンレス撹拌棒とを有し得る。モーターの速度及びブレードの角度は、撹拌の際にパルプ懸濁液中に空気を取り込まないように調節する。パルプが完全に分散した後、更に２５ｍＬの１０％ＮａＯＨを混合物に添加して、全てのパルプ繊維が確実にアルカリ溶液に覆われるようにする。混合物を含有するビーカーを２５±０．２℃の水浴内に、ＮａＯＨ試薬の最初の添加の時点から６０分間保持する。この時間後、約５０ｍｌの濾液を清浄な乾燥した濾過フラスコ内に収集する。１０．０ｍＬアリコートの濾液を、２５０ｍＬ容フラスコ内で１０．０ｍＬの０．５Ｎ重クロム酸カリウム溶液と混合する。これに３０ｍＬの濃硫酸を撹拌しながら添加すると、溶液は化学反応のために熱くなる。溶液を熱い状態のまま１５分間撹拌する。次いで、５０ｍＬの水を混合物に添加し、混合物を室温まで冷却する。２滴〜４滴のフェロイン指示薬を混合物に添加し、混合物を０．１Ｎ硫酸第一鉄アンモニウム溶液で滴定する。１０ｍＬの１０％ＮａＯＨ溶液を用いて滴定を繰り返す。以下の式を用いてＳ１０溶解度を計算する：
Ｓ（％）＝［（Ｖ_２−Ｖ_１）×Ｎ×６．８５×１０］／（Ａ×Ｗ）
（式中、Ｖ_１（単位はミリリットル）は濾液の滴定に使用される硫酸第一鉄アンモニウム溶液の体積であり、Ｖ_２（同様にミリリットル）は純粋な１０％ＮａＯＨ溶液の滴定に使用される硫酸アンモニウム溶液の体積であり、Ｎは硫酸第一鉄アンモニウム溶液の規定度であり、Ａ（単位はミリリットル）は酸化に使用されるパルプ濾液の体積であり、Ｗはパルプサンプルの炉乾燥重量（グラム）である。

【0057】

上記に使用される１０％ＮａＯＨ溶液を１８％ＮａＯＨ溶液で置き換える以外は、Ｓ１８溶解度の決定についても手順は同じである。

【0058】

カプリエチレンジアミン（ＣＥＤ）溶液におけるパルプ粘度を、ＳＣＡＮ規格ＣＭ １５−９９（本明細書中に完全に記載されているかのように、参照により本明細書中に援用される）に基づく方法を用いて決定する。この方法によって、希釈ＣＥＤ溶液におけるパルプの極限粘度数が決定される。典型的な手順では、パルプのサンプルをＣＥＤ溶液に溶解する。パルプの量を、予測される極限粘度数に関して選択する。秤量したパルプサンプルをポリエチレンボトル（容量およそ５２ｍＬ）に入れ、ボトルを押し潰すことによって残気を追い出す。５本〜１０本の銅線及び２５ｍＬの脱イオン水をパルプに添加し、パルプが完全に離解するまで混合物を適切な振盪機で振盪する。離解までの典型的な時間間隔は１０分〜３０分である。更に２５．０ｍＬのＣＥＤ溶液を混合物に添加する。残気を追い出した後、ボトルを密閉し、およそ３０分間又はパルプサンプルが完全に溶解するまで再度振盪する。試験溶液及び粘度計の温度を２５℃に調節する。試験溶液の一部を吸引によって試験粘度計に引き入れる。流出時間、すなわちメニスカスが粘度計の上標線から下標線まで下降するのにかかる時間を測定する。相対粘度は以下の方程式を用いて計算する：
（η_ｒｅｌ）＝（Ｆ／Ｔｃｅｄ）×Ｔ
（式中、Ｆは粘度計の校正係数であり、Ｔ_ｃｅｄ（秒）は５０％ＣＥＤ溶液についての流出時間であり、Ｔ（同様に秒）は試験溶液についての流出時間である）。当量（η×ｃ）値は、ＳＣＡＮ規格に添付の表に見ることができ、ここで、ηはパルプの極限粘度数（単位はｍＬ／ｇ）であり、ｃはパルプの乾燥重量を試験溶液の体積で除したものとして計算される試験溶液の濃度であり、本例では５０ＭＬである。

【0059】

カッパー価（ＫＮ）は、ＴＡＰＰＩ規格Ｔ２３６ ｏｍ−９９の方法と類似の方法を用いて測定する。ＫＮは、１グラムの炉乾燥パルプを酸化するのに使用される０．１Ｎ過マンガン酸カリウム溶液の体積（ｍＬ）に相当する。典型的な手順では、パルプサンプルをおよそ３００ｍｌの蒸留水中で離解又は溶解させる。離解又は溶解したパルプ試料をビーカーに移し、十分な水をパルプ混合物に添加して、混合物の全体積を約７９５ｍＬにする。１００ｍＬの０．１Ｎ過マンガン酸カリウム溶液及び１００ｍＬの４Ｎ硫酸４Ｎを別のビーカー内で混合し、混合物を素早く２５℃に調節する。酸性化した過マンガン酸カリウム溶液を即座に試験パルプに添加する。添加の後、混合物の全体積はおよそ１０００±５ｍＬである。混合物を１０分間反応させ、その後２０ｍＬの１Ｎヨウ化カリウム溶液を添加して、反応をクエンチする。その直後に、混合物の遊離ヨウ素含量を、パルプ混合物をチオ硫酸ナトリウムの０．２Ｎ溶液で滴定することによって決定する。滴定の終点は、デンプン指示薬を反応の終わり頃に添加することによって示される。滴定はパルプ繊維を除去することなく行う。別の滴定を、パルプを含まないブランク溶液を用いて行う。ＫＮは以下の式を用いて計算する：
ＫＮ＝（ｐ×ｆ）／ｗ
（式中、ｐは試験試料によって消費される０．１Ｎ過マンガン酸カリウムの量（ミリリットル）であり、ｆは５０％の過マンガン酸塩体積とするための補正係数であり、Ｔａｐｐｉ規格に見ることができる「ｐ」に依存し、ｗはパルプサンプルの炉乾燥重量であり、「ｐ」は以下のようにして求められる：
ｐ＝［（ｂ−ａ）×Ｎ］／０．１
（式中、ｂはブランク溶液の滴定において消費されるチオ硫酸塩の量（ミリリットル）であり、ａはパルプサンプルの滴定において消費されるチオ硫酸塩の量であり、Ｎはチオ硫酸塩の規定度である）。

【0060】

実施例１
ＣＣＥ濾液の濃縮
第１の実施例によると、１リットル当たり５．６グラムのＮａＯＨという有効アルカリ濃度の非常に希釈された苛性溶液のストリームを、図３に示す第５のエフェクト３２７に導入して、プラントの稼働を開始するとともに、種々のアルカリ濃度レベルによるその挙動を観察する。−０．７３バールの減圧、５１．５℃〜５６．８℃の温度で溶液から水を除去する。４時間３０分後、粗ＣＣＥ濾液と同様に、１リットル当たり約５０グラムのＮａＯＨという有効アルカリ濃度を有する苛性溶液を第５のエフェクトに供給し、１リットル当たり約５０グラムのＮａＯＨという入口濾液濃度から第６のエフェクトの出口濃度を達成する。時間の関数としての流量、温度、有効アルカリ濃度及び真空レベルを表Ｉに挙げる。

【0061】

【表1】

【0062】

実施例２
従来のクラフトプロセス
第２の実施例によると、工業的加工をシミュレートするベンチスケール蒸解釜（およそ２０リットル容）において実験的クラフトプロセスを行う。２０リットル容のベンチスケール蒸解釜を、３０分間にわたって蒸気で１２０℃に予熱する。好適な量（例えば炉乾燥量基準で４．７ｋｇ）のユーカリ木材チップを蒸解釜に添加する。蒸解釜を６０分間にわたって１６５℃に加熱し、１６５℃で更に４０分間保持して、前加水分解段階を完了させる。従来のクラフトプロセス（ＣＣＥからの濾液を使用しない）については、１リットル当たり１２４．７ｇのＮａＯＨという有効アルカリ濃度を有する４．５１リットルの第１の白液（「ＷＬ１」）を、１５２℃の温度で１５分かけて蒸解釜に添加する。中和についての典型的なアルカリ添加量は、乾燥チップ重量に対してＮａＯＨとして約１２％の有効アルカリ（ＥＡ）である。次いで、１４０℃の温度で１５分かけて添加される、１リットル当たり２５．３ｇのＮａＯＨという有効アルカリ濃度を有する１０．８リットルの熱黒液（「ＨＢＬ１」）を蒸解釜に充填して、中和工程を完了させる。同じ濃度の１０リットルの第２の熱黒液（「ＨＢＬ２」）を蒸解釜に添加して、１４６℃の温度で２３分間にわたって中和された液体を置換し、続いて１．０リットルの熱黒液（「ＨＢＬ２」）と、１リットル当たり１２４．７ｇのＮａＯＨという有効アルカリ濃度を有する４．１６リットルの第２の白液（「ＷＬ２」）との混合物からなる蒸解液を、１０バール及び１５２℃で１２分間にわたって添加する。蒸解相についての典型的なアルカリ添加量は、乾燥チップ重量に対してＮａＯＨとして約１１％の有効アルカリ（ＥＡ）である。蒸解液を１分間当たり３リットルの速度で３分間、９．１バールの圧力下で循環させる。次いで、蒸解釜を１４分間にわたって１６０℃に加熱し、１６０℃で更に２３分間保持する。次いで、蒸解釜を冷却し、反応混合物を希釈苛性溶液で２回洗浄する。各洗浄に、溶液１リットル当たりおよそ０．２ｇのＮａＯＨを含有する１５リットルの水溶液を使用する。得られる褐色紙料は、１０．３のカッパー価、９８８ｍｌ／ｇの粘度、３．６％のＳ１０溶解度及び２．７％のＳ１８溶解度を示す。反応は３９．３％の収率を有する。混合物は、スクリーニングすると０．１３％の棄却率を有し、３９．１％のスクリーニング収率をもたらす。

【0063】

実施例３
中和溶液及び蒸解溶液としての薄い濃縮ＣＣＥ濾液の使用
第３の実施例によれば、中和段階及び蒸解段階のための白液を、１リットル当たり５４ｇのＮａＯＨというＥＡを有するＣＣＥ工程からの濾液（「ＣＣＥ５４」）に置き換える以外は、実施例２に記載されているのと同じパルプ化プロセスを繰り返す。中和物は１１．０のｐＨを有し、蒸解混合物は１リットル当たり１８．５ｇのＮａＯＨというＥｏＣを有する。前加水分解のＰファクターは２９７であり、蒸解反応のＨファクターは４１９である。本実施例では、木材に対する全等価有効アルカリ添加量はそれぞれ、中和相についてはＮａＯＨとして１２％のＥＡ、蒸解相についてはＮａＯＨとして１１％のＥＡである。

【0064】

得られる褐色紙料は、１０．８のカッパー価、１１１８ｍｌ／ｇの粘度、４．５％のＳ１０溶解度及び３．６％のＳ１８溶解度を示す。反応は４０．４％の収率を有する。混合物は、スクリーニングすると０．０９％の棄却率を有し、４０．３％のスクリーニング収率をもたらす。

【0065】

実施例４
中和溶液及び蒸解溶液としての高度に濃縮されたＣＣＥ濾液の使用
第４の実施例によれば、ＷＬ１及びＷＬ２の３分の２を、１リットル当たり１１０ｇのＮａＯＨという有効アルカリ濃度を有する濃縮ＣＣＥ濾液に置き換える以外は、実施例２に記載されているのと同じパルプ化プロセスを繰り返す。得られる褐色紙料は、９．５のカッパー価、９９０ｍｌ／ｇの粘度、４．１％のＳ１０溶解度及び３．０％のＳ１８溶解度を示す。反応は３９．５％の収率を有する。混合物は、スクリーニングすると０．１０％の棄却率を有し、３９．４３％のスクリーニング収率をもたらす。

【0066】

従来のクラフトプロセスと比較すると、白液の３分の２を濃縮ＣＣＥ濾液に置き換えるプロセスでは、従来のクラフトプロセスの粘度及びカッパー価と同様の粘度（本実施例では約９９０ｍｇ／ｌ）及びカッパー価のパルプが製造される。例えば６０％〜７５％の白液を濃縮ＣＣＥ濾液に置き換えるという類似の技法が、より広い範囲にわたって奏功し得ることが予測される。濃縮ＣＣＥ濾液によって僅かに低いカッパー価が達成されることから、白液を濃縮ＣＣＥ濾液に置き換えることが脱リグニンに悪影響を及ぼさないことが示唆される。粘度対カッパー価比（蒸解工程における選択性の尺度）は、濃縮ＣＣＥ濾液を用いるプロセスの場合により高く（従来のプロセスにおける９６に対して１０４）、このことは、濃縮ＣＣＥ濾液を用いる場合に蒸解選択性がより良好であることを示す。

【0067】

濃縮ＣＣＥ濾液で白液の一部を置き換えた場合に、Ｓ１８溶解度が２．７％から３．０％に増大するとともに、Ｓ１０溶解度が３．６％から約４．１％に増大し、このことは、幾らかのヘミセルロースの再沈殿が生じることを示す。所望であれば、Ｓ１８溶解度レベルを他の手段によって更に制御することができる。

【0068】

同じカッパー価（１０．８前後）及びより高い粘度を達成するために蒸解温度を僅かに低下させることによって、プロセスを更に最適化することが可能であるはずである。様々な実験に基づくと、得られる褐色紙料の品質を潜在的に望ましい範囲に維持しつつ、本明細書に記載の原理及び技法に基づく日常的な計算又は最適化から決定することのできる、例えばアルカリ度、白液及び濃縮ＣＣＥ濾液の相対量、蒸解温度及び蒸解時間の僅かな変更をプロセスに加えることができることが期待される。例えば、得られる褐色紙料は１０．０未満のカッパー価、１０００ｍｌ／ｇ未満の粘度、３．０％を超えないＳ１８溶解度、及び／又は１００を超える粘度対カッパー価比をもたらすことができることが期待される。

【0069】

本明細書中に開示される或る特定の実施形態によると、濃縮ＣＣＥ濾液を使用して、新たな白液のみを使用する従来のクラフトプロセスと同じ又は同様の粘度及びカッパー価レベルで蒸解し、それにより効率の増大をもたらすことが可能である。

【0070】

本発明の好ましい実施形態を本明細書中に記載したが、依然として本発明の概念及び範囲に含まれる多くの変形形態が可能である。かかる変形形態は、本明細書及び図面を検討した後で当業者に明らかとなろう。したがって、本発明はいずれもの添付の請求項の精神及び範囲を除き、限定されるものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】