JP2002523641A - 高剪断混合なしの、中程度のコンシステンシーのパルプのオゾンによる漂白 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オゾン含有ガスを用いる、中程度のコンシステンシーを有するパルプの漂白方法を提供する。 【解決手段】 オゾン含有ガスを用いる、中程度のコンシステンシーのパルプの漂白方法が開示されている。高度に濃縮されたオゾン搬送流が、機械的な混合を用いることなく、又は中強度の混合を伴って、パルプ流内に導入される。それ故、繊維を破壊する剪断応力を使用することなく、層流状態におけるオゾンの迅速な反応による促進が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の分野 本発明は、オゾン含有ガスを用いる、中程度のコンシステンシー(consistency
) を有するパルプの漂白方法に関するものである。特に、本発明は、前記パルプ
に相当な量のオゾンを導入する際に、即座に有効であるがパルプ保護的な混合を
与えることによる、オゾンの非常に迅速な反応の好ましい用途に関するものであ
る。

【０００２】発明の背景 オゾンを用いるパルプの漂白のための多くの方法は旧知である。これらの方法
は、中程度のコンシステンシーを有するパルプ、すなわち、約７〜１６％のコン
システンシーを有するパルプを用いる漂白段階を行う方向で発展されてきた。

【０００３】 通常、現在の実践されている中程度のコンシステンシー（ＭＣ）を有するパル
プのオゾン漂白については、オゾンを発生させ、その後、ＭＣパルプ流内にオゾ
ン含有ガスを導入する前に圧縮が行われると説明できる。ガス−液体−繊維懸濁
液は、該懸濁液が漂白タワーに導かれる前に、一つ又は複数の高剪断ミキサー内
で激しく処理される。オゾンは、前記パルプ流に沿った複数箇所に導入されてよ
い。排出ガスは、過剰のオゾンが残っているので、処理されるべきである。 記載された原理は、酸素漂白法の適用の結果であるかもしれない。しかしなが
ら、酸素は非常に遅い速度で作用し、そして使用される温度は、オゾン漂白に用
いられる温度よりも充分に高い。 代表的且つ頻繁な問題は、前記懸濁液の均一性を保つことの困難性から生じる
。二相流への分離が容易に起こり、そしてオゾン化速度は大きく低下する（その
最高速度の１％に、又は０．１％にさえ低下する）。これは重要な問題であるが
、一層高品質のオゾンを使用することにより、ガス空隙がより少なくなり、従っ
て、激しく撹拌する必要はより少なくなるので、前記問題は減少され得る。従来
技術の現況における代表的な解決法は、一つよりも多いミキサーを使用すること
である。しかしながら、この事は問題を無くさず、そして前記パルプに一層大き
い剪断応力を適用することにより、得られる生成物の強度特性は大きく影響され
る。 このようなミキサーに伴う基本的な問題は短い滞留時間であり、そして混合時
間が増加した場合は、望ましくないバックミキシング(backmixing)が起こり得る
。 前記ミキサーを出た後、ガス−パルプ懸濁液はすぐに、単位容積当たり比較的
小さい気液界面を有する二相流へ分離する。この事の化学的な結論は、少ない容
量及び不均一な漂白結果である。この現象の明らかな証拠は、危険性及び経済的
損失の両方を示す、漂白段階の後にときどき残る多量の過剰オゾンである。

【０００４】従来技術の記載 激しく撹拌しながら、パルプ流内に、キャリアー・ガス中の高圧オゾンを導入
し、次いでキャリアー・ガスを除去することからなるパルプの漂白方法は、例え
ば、ＥＰ−Ａ５１１４３３に開示されている。この文献の主な論点は、ミキサー
内に射出した後のパルプからのガスの除去である；この反応は基本的に、流動化
ミキサーのすぐ後に設置されている垂直反応槽内で、１０秒以内に起こると言わ
れる。約３〜１０重量％（６．８容量％）のオゾンを含有する約１０〜１３bar
のガスが使用される。好ましくは、このガス−パルプ混合物は、その後に含まれ
る多量のキャリアー・ガスを有効に分離するため、垂直反応段階の後の水平通路
内で行われる。

【０００５】 オーストリア特許願第２２０３／９２号には、中程度のコンシステンシーのパ
ルプが、オゾンを１２０ｇＯ₃ ／ノーマルｍ³ ガス（５．６容量％）よりも多く
含むオゾン含有ガスで処理される方法であって、前記ガスが低い差圧（好ましく
は、１bar 未満）を有する微細な気泡として導入される方法が記載されている。
高いオゾン含有率を有するガスを使用すると、所望の漂白を行うためにガス中に
充分な量のオゾンを含ませることができると考えられた。更に、前記第２２０３
／９２号には、流動化効果を有する又は有しない混合物の使用、及び前記混合段
階に続くオゾン反応段階、並びにその間の脱ガス段階を伴う付加的なオゾン添加
段階の使用が開示されている。特徴としては、高度に濃縮されたオゾンが幾つか
の箇所で静止ミキサー中に導入され、可能であれば、各段階の間で不活性キャリ
ア・ガス（通常、酸素）を除去し、そしてオゾンと繊維との間の最終反応は、漂
白リアクター、代表的には伝統的な逆流タワー型の漂白リアクター中で起こる。

【０００６】 中程度のコンシステンシーのパルプ用のオゾン漂白方法を開示している幾つか
の他の刊行物に共通な特徴は、オゾン搬送ガスの射出に関連する流動化ミキサー
の使用、及びその後の比較的延長された反応段階及びガス分離の使用である。

【０００７】 化学的な工程用語では、ＭＣオゾン化は、ガス相中のオゾン分子が繊維の近傍
に移送されるべきであり、次いで繊維又は他の物質と反応すると言うように記載
され得る。オゾンは気液界面を通って、液体から繊維に向かって拡散すべきであ
る。適用される混合は、気泡の寸法及び相対速度、及び更に繊維−液体界面の量
にも影響を及ぼす。オゾンと繊維物質との相互作用を完全に支配する律速段階は
、気液界面を通るオゾンの移送である。与えられた容積中の気液移送速度は、泡
の寸法、すなわち気液表面積：ｍ² ガス／ｍ³ 懸濁液、及びオゾンの分圧に大き
く依存する。繊維物質自体の中の拡散のような他の律速段階は、温度によって支
配的な影響を受ける、パルプの性質及びコンシステンシーにより決定される。

【０００８】 物質移動へのその依存性に起因して、オゾンの反応速度は、理論的及び経験的
に、一次である。 従って、有用なプロセス解決法は、以下によって特徴付けられなければならな
い； −滞留時間分布（ＲＴＤ）は、（バックミキシングが、通常、混合物中で起こる
のと対照的に）層流パターンを伴わなければならず、この事は、バックミキシン
グを避けるために特定の反応槽の幾何学的形状、例えば適切なタービン及びジャ
マ板を必要とする。 −移動／ミキサー／反応槽における平均滞留時間は、オゾンの完全転化のための
移送時間及び反応時間と一致しなければならない；従って、反応槽の直径、形状
及び使用可能なタービンの回転数は、流速に適合しなければならない。 −全てのオゾンは、一工程で導入されるべきである。

【０００９】 高いガス空隙、すなわち、ほとんどの現在のオゾン発生機により発生されたオ
ゾンの低い濃度は、前記状態の改善の可能性を制限する。オゾン発生機のその後
の発生における低減されたガス空隙は、混合の必要性を減少させ、そしてエネル
ギーの必要性並びに装置の寸法を減少させるであろう。一層高いオゾン濃度は、
オゾン化率も増加させるであろう。

【００１０】本発明の開示 本発明の方法に従って、高濃度、高圧のオゾンがパルプ配管中に導入され、こ
れにより、層流に近い条件が得られ、有効な脱リグニン化のために充分な高濃度
のオゾンが、懸濁液の物質移動領域に到達する。 本発明の一つの観点によれば、従来技術の方法において存在する非律速物質移
動最低基準を克服するための、均一な分布並びに充分な物質移動領域を得るため
に必要な有効な分散を提供する有効な射出ノズルを使用して、オゾンが導入され
る。それ故、繊維を破壊する高剪断流体化ミキサーに対する必要性が除かれる。 本発明の別の観点によれば、動力学的な低ないし中強度のミキサーが、オゾン
射出部位のすぐ下流側のパルプ流中に設けられる。このようなミキサーは、前記
パルプ流に、流動化エネルギーを充分に下回り、そして繊維に機械的な影響を及
ぼさないエネルギー量を与える。 最新技術の助けを借りて、例えば、スウェーデン国特許願第９５０２３３９−
６に開示されているように、１８〜２０容量％までの濃度のオゾンが発生され得
る。３００ｇＯ₃ ／Ｎｍ³ のような高濃度に対する言及が、従来技術の刊行物で
なされたが（例えば、ＥＰ−Ａ−４２６６５２，優先日１９８９年１０月３０日
）、しかし、このような濃度は最近まで技術的に実現可能ではなかった。高いオ
ゾン濃度（ｍ³ 当たり３００ｇ、及びそれより高濃度）及び高い圧力（１０bar
及びそれより高圧）を好ましい射出技術と一緒に使用すると、オゾンと繊維との
間の反応は、逆流漂白タワーをその後使用することが必要でない速度で起こり得
る。前記ガス圧は、オゾン発生のための適切な導電率を保持するために、所望に
より他のガス又は液体（例えば、アルゴン）と混合した、予備圧縮された酸素を
使用することにより得られる。 酸素は、オゾン用に使用される最も一般的なキャリア・ガスである。高度に濃
縮されたオゾンには、通常、爆発の危険が考えられる。オゾン発生技術が発達し
たので、適切な酸素−オゾン混合物に対する許容限界は、繰り返し上方に押し上
げられ、そして、オゾンを安全に取り扱うための絶対的な濃度限界はまだ全く確
立されていないことは明らかである。それ故、本発明の方法の使用を更に好都合
にする非常に高いオゾン濃度の使用もまた可能であろう。本発明によれば、パル
プ流に導入されるガス中のオゾン濃度は、繊維を破壊する機械的な衝撃を全く伴
うことなく漂白を行うために充分である。 炭水化物成分自体も、延長された時間オゾンに暴露される場合は、オゾンによ
って攻撃され得るので、前記パルプ内の高度に濃縮されたオゾンの初期分布は、
選択性のために重要である。高剪断ミキサー中に生じ得るようなバックミキシン
グの不存在、及び層流条件の存在は、前記現象を防止する。

【００１１】好ましい態様の説明 図１は、中程度のコンシステンシーのミキサーを使用する従来技術のオゾンパ
ルプ漂白方法と本発明の方法との、時間に対する反応速度の変化の比較を示す。

【００１２】実施例１ 約１５bar の圧力及び１４容量％のオゾン濃度を有するオゾン搬送ガスが、１
０００トン／日を運ぶ中程度のコンシステンシーのパルプ配管中に、放射状に配
置されたノズルのカラーを介して導入される。好ましくは、前記ノズルは、本質
的にパルプ流に垂直な方向で、パルプ流内に放射状にガスを導入するために配置
されている。前記ガスを均等に分布させるために充分な多数のノズルが、使用さ
れるべきである。この製造規模において、最大１ｍｍの入口直径を有する１８６
個のノズルが使用され得る。充分な平均滞留時間（１０〜４０秒）が、前記パル
プに対する何らかの他の撹乱の前に与えられなければならない。

【００１３】実施例２ 好ましくは、ガス射出部位のすぐ後に、中強度（低剪断）ミキサーが、先の実
施例のパルプ流中に適合される。前記ミキサーのタービンは好ましくは、層流滞
留時間分布（ＲＴＤ）を保持し、そして良好な放射状の混合効果を与えるために
釣り合わせられたブレード角及び回転速度を有する二重又は三重スクリューであ
る。中央ブレードは、外側のスクリュー・ブレードよりも一層傾いた角度を有し
ている。或いは又、オゾンを導入するための多孔性の金属射出装置が、前記ター
ビンの周りに又は前記タービンに配置されていてよい。

【００１４】 図１は、短い間隔でゼロに急速に低下する非常に高い能力を有する伝統的な中
程度のコンシステンシーのミキサーを用いる系と、これに比べて、長時間一定に
保持される中程度に高い能力を有する本発明の系との比較を示す。破線は、従来
技術の伝統的な中程度のコンシステンシーのミキサー技術を示す。最初の急峻な
セクションは、高度な反応及び均一な分布を有するミキサーの効果を示す。低い
速度のセクションは、ガス−懸濁液界面の崩壊の影響を示す。この反応は、不均
一分布を伴って起こり、そしてパルプは、高剪断混合により機械的な応力を受け
る。 実線は本発明の系を示す。全工程を通して、中程度に速い反応が、穏やかな応
力を受けたパルプ中で、オゾンの均一分布と共に起こる。

【００１５】 表１は、代表的な慣用のＭＣ漂白系，従来技術の系及び本発明の系の間の数値
の比較を示す。

【表１】 ^* 記：ガス空隙率は、工程の問題に比例する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、中程度のコンシステンシーのミキサーを使用する従来技術のオゾンパ
ルプ漂白方法と本発明の方法との、時間に対する反応速度の変化の比較を示す図
である。

【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書

【提出日】平成１２年１０月２５日（２０００．１０．２５）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＲ， ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，Ｇ Ｂ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，Ｍ Ｇ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ， ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，Ｖ Ｎ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ Ｆターム(参考） 4L055 AD08 BB18 CB47 CB60 EA22 EA25 FA04 FA05 FA22

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルプ流内に、加圧酸素又は加圧酸素と少なくとも一種のガ
   ス若しくは液体の混合物から生成され且つ少なくとも約２０容量％のオゾン濃度
   を有するオゾン含有ガスの流れを、同時に高剪断混合を適用することなく、導入
   することからなる、中程度のコンシステンシーを有するセルロースパルプの漂白
   方法。
2. 【請求項２】 オゾンの導入が、少なくとも１０bar の圧力で行われる請求
   項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記オゾン含有ガスが、前記ガスを前記パルプ流内に導入す
   るために適した少なくとも二つのノズルを介して導入される請求項１又は２記載
   の方法。
4. 【請求項４】 前記ノズルが、前記パルプ流に基本的に垂直な方向に前記ガ
   スを導入するために適する請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 ガスの導入の後に、前記パルプ流が、動力学的な低ないし中
   強度のミキサーに供給される請求項１ないし４の何れかに記載の方法。
6. 【請求項６】 オゾン搬送ガスが、多孔性の金属射出部材により導入される
   請求項１ないし５の何れかに記載の方法。