JP2008308812A - ソーダおよびアントラキノンを用いた蒸解に続くリグノセルロースパルプの漂白プロセスおよびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ソーダおよびアントラキノンによる蒸解において、クラフト蒸解と同程度の白色度を得る漂白方法。
【解決手段】ソーダおよびアントラキノンを用いたリグノセルロース物質の蒸解に続くパルプの漂白方法。この方法では、同様の漂白シーケンスを用いた場合、クラフトパルプの漂白と同程度の白色度を達成し得る。いくつかの例において、漂白シーケンスはＯ−Ａ−Ｄｏ−Ｅｏｐ−Ｄ、Ｏ−Ａ−ＺＤｏ−Ｅｏｐ−Ｄ、Ａ−Ｄｏ、またはＡ−ＺＤｏである。
【選択図】なし

Description

以下の開示は、一般にリグノセルロース（例えば木材）パルプの漂白に関する。特に好ましい実施形態において、本発明はソーダおよびアントラキノンを用いたリグノセルロース物質の蒸解に続くパルプの漂白に関する。

基本的に、パルプおよび紙工業においては、木材あるいは非木材に関わらずリグノセルロース物質を製紙に用いられるパルプに転化させる加工方法として根本的に異なるものが２つある。１つの加工方法は化学パルプ化であり、水酸化ナトリウム、硫化ナトリウム、亜硫酸ナトリウムや種々の溶剤などの化学物質を用いて個々の繊維間の結合を分解させる。もう１つの加工方法は機械パルプ化であり、一般にリファイナーと呼ばれる一対の回転盤や回転砥石などの主に機械的な手段を用いてリグノセルロース繊維を互いに分離させる。

クラフト化学パルプ化法（硫酸塩法としても知られる）は典型的な化学パルプ製造プロセスであって、強度の高いパルプを歩留まり約５０％で製造する。クラフト法では、木材は所定温度および圧力下で水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）および硫化ナトリウム（Ｎａ２Ｓ）の水溶液を用いて化学的に処理される。しかし、一般に硫化物あるいは水酸化物を用いた処理の前に添加物や化学的処理を導入することにより、クラフト法による歩留まりをさらに増加させることができる場合がある。従って、歩留まりの増加が一桁であっても、パルプ工場の収益性に対しては重要なインパクトとなり得る。パルプ工場の生産能力がその回収ボイラーの能力向上の限界により制限されている場合、パルプ製造プロセスの歩留まりの増加により、回収システムの限界を回避しつつ生産能力を向上させることができる。蒸解液中に実質的に硫黄がまったく含まれない、他の化学パルプ製造プロセスはソーダ蒸解と呼ばれている。このプロセスでは水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）または炭酸ナトリウム、あるいはそれら２つの化合物を用いてパルプが製造される。

米国特許第４，０１２，２８０号明細書には、アントラキノン（ＡＱ）などの環状ケト化合物を蒸解液に添加し、パルプ化温度においてその蒸解液−ＡＱ溶液を用いてセルロース材を処理することにより、アルカリ化学パルプ製造プロセスにおいて歩留まりが向上することが記載されている。しかし、このようなプロセスにおいては、ＡＱが触媒であることが知られているにも関わらず、ＡＱ添加物は回収されずに単にパルプ製造プロセスにおいて失われるだけである。米国特許第４，１２７，４３９号明細書は、蒸解前の前処理段階においてのみセルロース材をＡＱにさらすよう制限することにより、それ以前のＡＱ処理プロセスを改善したものである。このプロセスでは、前処理液は蒸解前にセルロース材から分離され、残留ＡＱを含む分離された前処理溶液は前処理に再利用される。米国特許第４，１２７，４３９号明細書には、単一の処理領域において処理液が前処理液を向流方向に移動させる連続プロセスにおいて任意に行うことができるセルロースの前処理方法が記載されている。しかし、１つの処理領域内における処理であるため、前処理液の除去および回収は制限される。

米国特許第４，３１０，３８３号明細書には、アントラキノンを用いた上記前処理とは別の方法が開示されており、この方法においては、アルカリ溶液内におけるアントラキノンの溶解度のばらつきが処理領域内でのアントラキノンの内部循環を起すために使用されている。この内部循環はセルロースの向流処理において生じる、アントラキノンの溶解度の変化によるものである。ＡＱ含有溶液は、ＡＱがより溶解されやすい高アルカリ度において向流処理領域の一端に導入される。この高アルカリ度は、セルロースにＡＱを導入しながら高アルカリのクラフト白液を導入することによっても達成される。この向流に流れている液のアルカリ度は、セルロース材によってアルカリが消費されるに従って減少するので、ＡＱ溶液のアルカリ度はＡＱが溶解しなくなり、セルロース上に沈殿する点まで減少する。次に、沈殿したＡＱは下方に向かって流れるセルロースによってアルカリ度がより高い処理領域の他端に戻され、再度溶解する。そして、溶解したＡＱはセルロースの流れに対して向流方向に流れ、このサイクルが繰り返される。このプロセスでは、アントラキノンを回収および再利用することができるが、アルカリ度による溶解度のばらつきのない多硫化物や硫黄などの他の添加物を用いた処理には適用できない。

近年発行された米国特許第６，２４１，８５１号および第６，５７６，０８４号の各明細書は、上記のＡＱパルプ製造プロセスを改善したものである。さらに、米国特許第６，１５３，３００号、第６，０１０，５９４号、欧州特許第０７８６０２９号の各明細書などに開示されるように、特定の漂白シーケンスおよび漂白ステージがこの技術分野において公知である。

ＡＱ蒸解プロセスに関する技術の進歩にも関わらず、特にソーダおよびＡＱを用いた蒸解に続く漂白に関しては何らかの改善が必要である。従って、ここに記載される技術はそのような改善を提供することを目的とする。

本発明の一側面は一般にリグノセルロースパルプの漂白方法に関し、この方法は、
リグノセルロースパルプを生成するために水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、または水酸化ナトリウムおよび炭酸ナトリウムからなるソーダならびにアントラキノンを用いてリグノセルロース物質を蒸解する工程と、
前記リグノセルロースパルプが酸素を含む第１のアルカリと接触する第１ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
前記リグノセルロースパルプを前記第１ステージから除去し、前記リグノセルロースパルプが酸と接触する第２ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
前記リグノセルロースパルプを前記第２ステージから除去し、前記リグノセルロースパルプが第１の二酸化塩素または第１の二酸化塩素およびオゾンと接触する第３ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
前記リグノセルロースパルプを前記第３ステージから除去し、前記リグノセルロースパルプが第２のアルカリおよび過酸化水素と接触する第４ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
前記リグノセルロースパルプを前記第４ステージから除去し、８９（％ＩＳＯ）よりも高い最終白色度を達成するために前記リグノセルロースパルプが１つ以上のステージで第２の二酸化塩素および／または他の漂白化学物質と接触する追加漂白の第５ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
前記リグノセルロースパルプを第５ステージから除去する工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明の他の側面は一般にリグノセルロースパルプの漂白方法に関し、この方法は、
リグノセルロースパルプを生成するためにソーダおよびアントラキノンを用いてリグノセルロース物質を蒸解する工程と、
前記リグノセルロースパルプが酸素を含む第１のアルカリと接触する第１ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
前記リグノセルロースパルプを前記第１ステージから除去し、前記リグノセルロースパルプが１０５℃よりも高い温度の酸と接触する第２ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
前記リグノセルロースパルプを前記第２ステージから除去し、前記リグノセルロースパルプが二酸化塩素または二酸化塩素およびオゾンと接触する第３ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
前記リグノセルロースパルプを第３ステージから除去する工程と、
を含むことを特徴とする。

本発明の少なくともいくつかの態様においては、漂白プロセスの前にソーダおよびアントラキノン（ＡＱ）を用いる蒸解があり、クラフト蒸解によって実現されるものと相違があるとしても実質的に同様な白色度および投入量（漂白化学物質投入量）および他のパルプ強度特性の実現が可能となる。少なくともいくつかの実施形態においては、木材チップ（または他のセルロース材）はソーダＡＱを用いた蒸解の前に炭酸塩（Ｃ）を用いて、あるいは用いずに処理され、その後、漂白シーケンスによる処理が施される。漂白シーケンスにおいては、高温（例えば１０５℃あるいは１１０℃より高い温度）の酸（Ａ）ステージの後に任意の洗浄およびオゾン（Ｚ）ステージあるいは二酸化塩素と結合したオゾン（Ｚ／Ｄ）ステージが続いてもよい。その白色度、化学物質投入量、および他のパルプ強度特性は、同様の漂白シーケンスを用いた従来のクラフト蒸解に関連するものと同程度である。

蒸解前のＣステージの有無に関わらず、ソーダＡＱを用いた蒸解および従来の漂白シーケンス、例えばＯ−Ａ／Ｄ−Ｅｏｐ−Ｄ、Ｏ−Ｚ／Ｄ−Ｅｏｐ−Ｄ、Ｏ−Ｄｏ−Ｅｏｐ−Ｄでは、クラフトパルプと同じ白色度の漂白パルプは得られない（上記シーケンスのＥｏｐは酸素および過酸化物を用いた抽出ステージを示す）。本発明の実施形態の少なくともいくつかによれば、炭酸塩を用いた前処理の有無に関わらず、ソーダＡＱ蒸解の後に高温の酸性ステージ（Ａ）が続き、次の洗浄の後にオゾンステージ（Ｚ）あるいはオゾン・二酸化塩素ステージ（Ｚ／Ｄ）が続く場合、有益な結果を得ることができる。このような場合、クラフトパルプに用いられるのと同様の化学物質の投入が必要とされ、引張特性などの他の漂白パルプ特性を維持しながらソーダＡＱパルプは少なくともクラフトパルプの白色度まで漂白される。

ソーダを用いた蒸解は硫黄（例えば硫化ナトリウム）をほとんど、あるいはまったく用いずに起こり、硫酸塩法ではないことが好ましい。漂白前のソーダを用いた蒸解は、周知の方法、例えば脱リグニンが行われる大部分の相を通して蒸解終了まで溶解固形物濃度が低いＬｏ−Ｓｏｌｉｄｓ（登録商標）ソーダＡＱ、炭酸塩前処理を伴うソーダＡＱ、酸前処理を伴うソーダＡＱなどにより起こすことができる。蒸解釜から出る時点でのパルプのコンシステンシーは少なくとも５％固形分重量であることが好ましい。

いかなる理論にも制限されたくないところであるが、（炭酸塩処理ステージの有無に関わらず）ソーダＡＱ蒸解プロセスを実施する場合、ＡＱと炭水化物またはリグニン複合体との間で化学結合が形成され、このことが、クラフト蒸解プロセスと比べて低い漂白能力をもたらすと考えられている。

クラフト蒸解プロセスから得られるパルプの場合、酸ステージはＨｅｘ−Ａ（ヘキセンウロン酸）の除去に効果があることが知られている（例えば米国特許第６，７７６，８７６号、第６，７３６，９３４号、第６，３０６，２５３号の各明細書等参照）。クラフトパルプの場合、このＡステージの後に１つ以上の二酸化塩素（Ｄ）ステージまたはオゾン（Ｚ）ステージが続いてもよいが、ステージ間の洗浄はそれほど重要ではない。しかし、ソーダＡＱパルプに対しては、Ａステージの後にオゾン（Ｚ）ステージ、オゾン・二酸化塩素（Ｚ／Ｄ）ステージまたは二酸化塩素（Ｄ）ステージが続く場合は、Ａステージと以降のステージとの間に洗浄を行ってもよい。

ソーダＡＱを用いて製造されるパルプの漂白ステージ間の洗浄は実験室規模で確認されているという点に注意が必要である。従って、少なくともいくつかの実施形態においては、漂白ステージ間に洗浄ステップがあることが好ましい。また、ソーダＡＱ蒸解によって製造されるパルプの漂白を含むプロセスにおいては、酸ステージおよびオゾンステージは特に有益であると考えられている。

図１は本発明のひとつの実施形態に係る漂白シーケンスの概略図である。ソーダおよびアントラキノンを用いたリグノセルロース物質の蒸解によって製造されたパルプは、ライン１１２経由で漂白プロセスの第１ステップ１１０に導入される。

第１ステージ１１０は酸素脱リグニンを含むステージ（すなわち、“Ｏ”ステージ）であって、アルカリおよび／または過酸化水素などの化学物質がライン１１４より添加され、パルプと接触する。第１ステージ１１０で処理された後、パルプはライン１２２を介して除去され、直接あるいは間接的に第２ステージ１２０へ送られる。前記接触は、８５〜１１５℃の温度で６０〜９０分間行われる。アルカリの含有率は、パルプに対して１〜２重量パーセントであってよい。

第２ステージ１２０は酸ステージ（すなわち、“Ａ”ステージ）を含むステージであって、酸（例えばＨ２ＳＯ４）などの１つあるいは複数の化学物質がライン１２４より添加され、パルプと接触する。第２ステージ１２０で処理された後、パルプはライン１３２を介して除去され、直接あるいは間接的に第３ステージ１３０へ送られる。前記接触は、１１５℃までの温度で１０〜１５０分間行われる。いくつかの実施形態では、その温度は１０５℃あるいは１１０℃より高い。酸の含有率は、パルプに対して０．２５〜０．７５重量パーセントであってよい。

第３ステージ１３０はオゾンステージ（すなわち、“Ｚ”ステージ）あるいはオゾン・二酸化塩素ステージ（すなわち、“ＺＤｏ”ステージ）を含むステージであって、オゾンおよび／または二酸化塩素などの化学物質がライン１３４より添加され、パルプと接触する。第３ステージ１３０で処理された後、パルプはライン１４２を介して除去され、直接あるいは間接的に第４ステージ１４０へ送られる。前記接触は、５０〜１１０℃の温度で１０〜２０分間行われる。オゾンの含有率は、パルプに対して０．２５〜０．５重量パーセントであってよい。二酸化塩素の含有率は、パルプに対して０．１〜０．７５重量パーセントであってよい。

第４ステージ１４０は酸素および過酸化物を用いた抽出を含むステージ（すなわち、“Ｅｏｐ”ステージ）であって、アルカリ、過酸化水素、および／または硫酸マグネシウムなどの化学物質がライン１４４より添加され、パルプと接触する。第４ステージ１４０で処理された後、パルプはライン１５２を介して除去され、直接あるいは間接的に第５ステージ１５０へ送られる。前記接触は、７５〜１０５℃の温度で６０〜９０分間行われる。アルカリの含有率は、パルプに対して０．５〜１．５重量パーセントであってよい。過酸化水素の含有率は、パルプに対して０．２５〜０．７５重量パーセントであってよい。硫酸マグネシウムの含有率は、パルプに対して０．５〜１．５重量パーセントであってよい。

第５ステージ１５０は二酸化塩素ステージ（すなわち、“Ｄ”ステージ）を含むステージであって、二酸化塩素などの１つあるいは複数の化学物質がライン１５４より添加され、パルプと接触する。第５ステージ１５０で処理された後、パルプはライン１６２を介して除去される。前記接触は、５０〜９９℃の温度で３０〜１５０分間行われる。二酸化塩素の含有率は、パルプに対して０．１〜０．５重量パーセントであってよい。

いくつかの実施形態においては、パルプはステージ間において従来の公知技術を用いて処理（例えば洗浄、濾過など）されてもよい。いくつかの実施形態においては、ＡステージおよびＺＤｏあるいはＤｏステージのみが必要とされる。

本発明のひとつの実施形態に係るソーダＡＱ蒸解プロセスを用いて製造されたパルプの実験室的な漂白実験およびクラフト蒸解プロセス法を含む比較実験をＯ−Ａ−Ｄｏ−Ｅｏｐ−ＤおよびＯ−Ａ−ＺＤｏ−Ｅｏｐ−Ｄの２つの漂白シーケンスを用いて実施した。Ｄｏは最初の二酸化塩素ステージを示し、Ｏは酸素脱リグニンを含むステージを示す。

表１−１および表１−２に漂白条件および各漂白工程後に得られた白色度を示す。これらの実験結果は、“Ｄ”ステージ後に得られたソーダＡＱパルプの白色度が、同様の化学物質を投入した場合のクラフトパルプの白色度と少なくとも同等のレベルであることを示している。この技術分野において周知のように、カッパ価はパルプのリグニン含有率あるいは漂白度を示す。

表２に別の実施形態による漂白条件および各漂白工程後に得られた白色度を示す。この実施形態では、“Ａ”ステージは１１０℃で３０分間、“Ｄ”ステージは１５分間継続させた。漂白シーケンスはＯ−Ａ−Ｄ−Ｅｏｐ−Ｄであった。表中において、“Ａ−Ｄ”ステージは両者を合わせて示している。

本発明の全ての記載および特許請求された数値および数値範囲はすべておおよそのものであり、少なくともある程度のばらつきを含む。

以上、本発明を現状で最も実用的かつ好ましいと考えられる実施形態をもとに説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、むしろ付記されたその意図および範囲における様々な変形および等価な変更等を包含することが理解されるべきである。

本発明のひとつの実施形態に係る漂白シーケンスの概略図である。

Claims (24)

1. リグノセルロースパルプを生成するために水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、または水酸化ナトリウムおよび炭酸ナトリウムからなるソーダならびにアントラキノンを用いてリグノセルロース物質を蒸解する工程と、
   前記リグノセルロースパルプが酸素を含む第１のアルカリと接触する第１ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
   前記リグノセルロースパルプを前記第１ステージから除去し、前記リグノセルロースパルプが酸と接触する第２ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
   前記リグノセルロースパルプを前記第２ステージから除去し、前記リグノセルロースパルプが第１の二酸化塩素または第１の二酸化塩素およびオゾンと接触する第３ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
   前記リグノセルロースパルプを前記第３ステージから除去し、前記リグノセルロースパルプが第２のアルカリおよび過酸化水素と接触する第４ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
   前記リグノセルロースパルプを前記第４ステージから除去し、８９（％ＩＳＯ）よりも高い最終白色度を達成するために前記リグノセルロースパルプが１つ以上のステージで第２の二酸化塩素および／または他の漂白化学物質と接触する追加漂白の第５ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
   前記リグノセルロースパルプを第５ステージから除去する工程と、
   を含むことを特徴とするリグノセルロースパルプの漂白方法。
2. 前記第２ステージにおける前記接触は、１０５℃よりも高い温度で１０〜１５０分間行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ９０％ＩＳＯ白色度よりも高い白色度が達成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. ９１％ＩＳＯ白色度よりも高い白色度が達成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
5. ９２％ＩＳＯ白色度よりも高い白色度が達成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記第１ステージ、前記第２ステージ、前記第３ステージ、前記第４ステージ、および前記第５ステージのうち少なくとも１つのステージの後に、前記リグノセルロースパルプを洗浄する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記酸の含有率は前記パルプに対して０．２５〜０．７５重量パーセントであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
8. 前記第１のアルカリの含有率は前記リグノセルロースパルプに対して１〜２重量パーセントであり、前記第１の二酸化塩素の含有率は前記リグノセルロースパルプに対して０．１〜０．７５重量パーセントであり、前記オゾンの含有率は前記リグノセルロースパルプに対して０．２５〜０．５重量パーセントであり、前記第２のアルカリの含有率は前記リグノセルロースパルプに対して０．５〜１．５重量パーセントであり、前記過酸化水素の含有率は前記リグノセルロースパルプに対して０．２５〜０．７５重量パーセントであり、前記硫酸マグネシウムの含有率は前記リグノセルロースパルプに対して０．５〜１．５重量パーセントであり、前記第２の二酸化塩素の含有率は前記リグノセルロースパルプに対して０．１〜０．５重量パーセントであることを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記リグノセルロース物質の蒸解工程において、脱リグニン中の溶解固形物濃度が低いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 蒸解前に炭酸塩または酸を用いて前記リグノセルロース物質を前処理する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
11. 前記第２ステージにおける前記接触は、１１０℃よりも高い温度で行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
12. 前記第１ステージに供給される前記リグノセルロースパルプのコンシステンシーは５％固形分重量よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の方法。
13. リグノセルロースパルプを生成するためにソーダおよびアントラキノンを用いてリグノセルロース物質を蒸解する工程と、
    前記リグノセルロースパルプが酸素を含む第１のアルカリと接触する第１ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
    前記リグノセルロースパルプを前記第１ステージから除去し、前記リグノセルロースパルプが１０５℃よりも高い温度の酸と接触する第２ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
    前記リグノセルロースパルプを前記第２ステージから除去し、前記リグノセルロースパルプが二酸化塩素または二酸化塩素およびオゾンと接触する第３ステージに前記リグノセルロースパルプを供給する工程と、
    前記リグノセルロースパルプを第３ステージから除去する工程と、
    を含むことを特徴とするリグノセルロースパルプの漂白方法。
14. 前記第２ステージにおける前記接触は、１１０℃よりも高い温度で１０〜１５０分間行われることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. ８９％ＩＳＯ白色度よりも高い白色度が達成されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. ９０％ＩＳＯ白色度よりも高い白色度が達成されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
17. ９１％ＩＳＯ白色度よりも高い白色度が達成されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
18. ９２％ＩＳＯ白色度よりも高い白色度が達成されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
19. 前記第１ステージおよび前記第２ステージのうち少なくとも１つのステージの後に前記リグノセルロースパルプを洗浄する工程を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
20. 前記酸の含有率は前記パルプに対して０．２５〜０．７５重量パーセントであることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
21. 前記二酸化塩素の含有率は前記リグノセルロースパルプに対して０．１〜０．７５重量パーセントであり、前記オゾンの含有率は前記リグノセルロースパルプに対して０．２５〜０．５重量パーセントであることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
22. 前記リグノセルロース物質の蒸解工程において、脱リグニン中の溶解固形物濃度が低いことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
23. 蒸解前に炭酸塩または酸を用いて前記リグノセルロース物質を前処理する工程を更に含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
24. 前記第１ステージに供給される前記リグノセルロースパルプのコンシステンシーは５％固形分重量よりも高いことを特徴とする請求項１３に記載の方法。