JP2013531139A - 高アルファ溶解パルプの製造のための方法及びシステム - Google Patents

Abstract

前加水分解クラフトプロセス（ＰＨＫＰ）と関連して用いられる、パルプを加工する方法が、木材チップ又は類似の材料を反応槽に添加する工程と、前加水分解を行う工程と、第１の量の白液、続いて、任意に白液により強化された冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液等の異なる溶液によって混合物を中和する工程とを含む。中和液を熱黒液と、任意に白液により強化されたアルカリ性濾液とを含む蒸解液に置き換える。蒸解液は比較的高い有効アルカリ濃度を有することができる。蒸解パルプは、非常に少量の残留ヘミセルロース及び最適な範囲内のカッパー価を示すことができる。

Description

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。

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。

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。

「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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、より長いセルロース系繊維から更に分離することができる。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。

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。

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。アルファセルロース含量は、パルプ溶解度（例えば、下記に記載のＳ１０ファクター及びＳ１８ファクター）に基づいて推定及び計算することができる。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。パルプ製紙業界技術協会（ＴＡＰＰＩ）の規格２３６ ｏｍ−９９は、パルプのカッパー価を求める標準方法を規定している。カッパー価は、パルプのリグニン含量又は漂白性の指標である。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、アルカリ溶解性の断片化セルロースの量が示唆される。

従来の技法によって、アルファセルロース含量が９２パーセント〜９６パーセントの精製パルプを達成することができるが、特に高粘度（すなわち、パルプ化プロセスによるセルロース分解の制限）のような他の要求されるパルプの特性を維持しながら、その範囲の上限の純度に到達することは歴史的に極めて困難であった。

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ために再循環させると、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。

図１に示すように、蒸解段階１２１におけるヘミセルロースの再沈殿を抑制するために、ＣＣＥアルカリ性濾液１１６の一部を回収領域１３４へと抜き取る必要がある。回収領域１３４に送られた、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、回収ボイラー内で燃焼させて、有機物を消費し、無機塩を回収することができる。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。

従来のプロセスは、上記で特定したものを含む様々な工業的使用、製薬学的使用及び物的使用に必要とされ得る好適なアルファ含量のセルロースを達成する、効率的な又は費用効果の高い手段を提供するものではない。

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。ヘミセルロースの再沈殿を防ぐことによって高アルファ溶解パルプを調製する効率的かつ費用効果の高い方法を提供する、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。

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、蒸解段階で使用される黒液及び冷苛性ソーダ抽出（ＣＣＥ）アルカリ性濾液の１つ又は複数を白液により強化することを伴う。

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関連して用いられるパルプ製造のための方法及びシステムが、木材チップ又は他の有機パルプ含有材料を蒸解釜又は類似の反応槽に供給する工程と、一連の逐次プロセス：前加水分解、任意に白液により強化されたＣＣＥアルカリ性濾液を加えた白液によるチップの中和、蒸解釜への熱黒液（hot black liquor：高温黒液）及び／又はＣＣＥアルカリ性濾液（その一方又は両方が白液により強化される）の充填、並びに脱リグニンをもたらすのに効果的な時間にわたる蒸解を行う工程とを有する蒸解段階を含む。これらの工程に続いて、低温置換及びパルプ取り出しを行うことができる。

蒸解段階の後、更なる工程が、得られる褐色紙料を処理して半精製パルプを得ることと、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ことと、ヘミセルロース含有溶液と精製パルプとを分離することと、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、蒸解釜内のアルカリ性濾液（任意に蒸発又は他の手段によって濃縮される）の大部分を利用することとを含むことができる。プロセス全体が、ヘミセルロースの沈殿を防ぎ、高アルファ溶解パルプの純度を改善し、パルプ製造システム全体の効率を増大させるのに役立ち得る。

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。

当該技術分野で一般に知られる、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。 冷苛性ソーダ抽出プロセスと関連する、パルプを洗浄及び除塵する従来のシステム及び関連プロセスを示す図である。 前加水分解クラフトパルプ化プロセスに用いることができる、蒸解のための従来のシステム及び関連プロセスを示す図である。 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ためのシステム及び関連プロセスの一般的なプロセスフロー図である。 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と関連して用いられる蒸解段階のためのシステム及び関連プロセスを示す図である。 中和段階の従来のプロセスに使用される、特に、典型的な液体及び材料のレベルを示す蒸解釜の断面図である。 中和段階の従来のプロセスに使用される、特に、典型的な液体及び材料のレベルを示す蒸解釜の断面図である。 本明細書中に開示される一実施形態に従う、特に、中和段階中の液体及び材料の混合物及びレベルを示す蒸解釜の断面図である。 本明細書中に開示される一実施形態に従う、特に、中和段階中の液体及び材料の混合物及びレベルを示す蒸解釜の断面図である。 本明細書中に開示される一実施形態に従う、特に、中和段階中の液体及び材料の混合物及びレベルを示す蒸解釜の断面図である。 本明細書中に開示される一実施形態に従う、特に、熱黒液の充填及び最終液置換の際の液体及び材料の混合物及びレベルを示す蒸解釜の断面図である。 本明細書中に開示される一実施形態に従う、特に、熱黒液の充填及び最終液置換の際の液体及び材料の混合物及びレベルを特に示す蒸解釜の断面図である。 本明細書中に開示される１つ又は複数の実施形態に従う、冷苛性ソーダ抽出パルプ製造プロセスに用いることができる好ましい蒸解プロセスのプロセスフロー図である。 ベンチ（実験室）規模の蒸解釜に対して「入る」及び「出る」液の体積を計算及び記録するのに使用されるデータシート、並びに概して図１０のプロセスフローに従うプロセス条件を示す図である。 図１１のプロセスと関連した、様々なサンプルからの中和物のｐＨ及び有効アルカリ濃度を表すグラフである。 プロセスの様々な例による様々なプロセス条件及び結果をまとめたグラフである。 プロセスの様々な例プロセスによる様々なプロセス条件及び結果をまとめたグラフである。 本明細書中に開示される一実施形態によるプロセスについてのカッパー価に対するＳ１８のグラフである。

１つ又は複数の実施形態によると、クラフトプロセスと関連して用いられる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（すなわち蒸解釜）内で合わせ、例えば１４０℃〜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５０℃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冷苛性ソーダ抽出（ＣＣＥ）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ＣＣＥ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。他の実施形態では、ＣＣＥアルカリ性濾液の大部分が蒸解釜に戻されるが、濃縮は行わない。

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、蒸解段階の一環として反応槽内で苛性溶液と反応させる。蒸解段階は好ましくは、木材チップ又は他の有機パルプ含有材料を蒸解釜又は類似の反応槽に供給することと、前加水分解を行うことと、混合物を任意に白液により強化されたＣＣＥアルカリ性濾液を加えた白液により中和することと、蒸解釜に熱黒液及びＣＣＥアルカリ性濾液（その一方又は両方が好ましくは白液により強化される）を充填することと、脱リグニンをもたらすのに効果的な時間にわたって蒸解することとを伴う。これらの工程に続いて、低温置換及びパルプ取り出しを行うことができる。

取り出したパルプ混合物は概して、遊離セルロース系繊維を含有する。これらの繊維を、別の苛性溶液で更に抽出してヘミセルロースを溶解することができる。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ことができる。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、任意に濃縮して濃縮ＣＣＥ濾液を得る。場合によっては、次いで、濃縮された又は未濃縮の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。

このようにして、潜在的には洗浄及び除塵工程で生成するアルカリ性濾液の全量を、前加水分解クラフト（ＰＨＫ）蒸解プロセスに戻してアルカリ供給源として使用し、それによりヘミセルロースの沈殿を防ぎ、高アルファ溶解パルプの純度を改善することができる。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。

比較目的のために、図２及び図３に、図１に示される一般的なパルプ製造技法に従う既存のプロセスの或る特定の関連する態様を示す。パルプを洗浄及び除塵する既存のシステム及び関連プロセスを図２に示し、蒸解を行う既存のシステム及び関連プロセスを図３に示すが、いずれも前加水分解クラフトパルプ化プロセスにおいて使用することができる。初めに図２を参照すると、パルプを洗浄及び除塵するシステム２００及び関連プロセスは、褐色紙料の洗浄及びスクリーニング（すなわち図１の段階１２２）による精製パルプ２３２を、１つ又は複数の混合タンク２７１、２７２に一時的に貯蔵され得る、冷却された白液２１５、ＣＣＥアルカリ性濾液２２６、又は場合によっては他の流体若しくは溶液の混合物とともに、好適な輸送手段によってＣＣＥ反応装置２１０（すなわち図１の段階１２３）へと移動させることを伴う。ＣＣＥ反応装置２１０からは、パルプ混合物２３３を、パルプの洗浄及び除塵の一環として使用される一連の双ロールプレスユニット２５１〜２５４に供給することができる。双ロールプレスユニット２５１〜２５４を使用した処理の後、処理されたパルプ２６０を次いで更に処理するか、又は硫酸（Ｈ_２ＳＯ_４）２６１及び／若しくは他の液体と混合し、下流の漂白プロセスに送ることができる。洗浄プロセスに関連して、双ロールプレスユニット２５１〜２５４から抽出されたＣＣＥアルカリ性濾液２１６は、様々な目的で収集して使用することができ、例えば、蒸解段階で使用するために上流に戻し、再循環させることができる。

前述のように、ＣＣＥアルカリ性濾液２１６の一部分、通常は半量よりはるかに少ない量を、典型的には回収領域から抜き取るか、又は別様に除去する。

図３は、ＣＣＥアルカリ性濾液が任意に使用され得る従来既知の蒸解を行うシステム３００及び関連プロセスを示す。図３では、１つ又は複数の蒸解釜３１０ａ、３１０ｂが木材チップ又は他のセルロース含有有機材料を供給し、これらは蒸解プロセスに使用される基本的な反応槽である。システム３００は白液タンク３２０、置換液タンク３３０、及び１つ又は複数の熱黒液アキュムレータータンク３４０ａ、３４０ｂも含む。外部供給源からの白液３１９は白液タンク３２０へと圧送されることができ、そこから引き出されて蒸解釜３１０ａ、３１０ｂ内で中和液３２２として使用されることができる。置換液タンク３３０は、内向きの矢印３２５によって示されるように、例えば褐色紙料洗浄段階からの副産物として得ることのできる、希釈された黒液又は黒液を含む混合物を含み得る溶液を保持する。

白液３１９又はＣＣＥ濾液３１６は幾つかの熱交換器を通って、白液タンク３２０に関連付けられたポンプの吸込側へと圧送されることができる。別のポンプによって、白液又はＣＣＥ濾液が中和段階のために、置換液タンク３３０に関連付けられたポンプの吐出側に送られる。熱黒液充填時には、熱黒液アキュムレータータンク３４０ａからの液が蒸解液パイプライン３２４を介し、熱交換器３５３を通って最終的に蒸解釜３１０ａ、３１０ｂへと圧送される。熱黒液充填の後、熱黒液充填と同じポンプ及び同じラインによる白液（又はＣＣＥ濾液）充填が行われる。蒸解が終了すると、置換液３２７ａ、３２７ｂが蒸解釜３１０ａ、３１０ｂに供給され、蒸解段階の終了時に使用される。置換液の最も高温の部分が、第１の熱黒液アキュムレータータンク３４０ａに送られて次の蒸解に使用され、より低温の部分が第２の熱黒液アキュムレータータンク３４０ｂに送られる。第２の熱黒液アキュムレータータンク３４０ｂからは、液体が熱交換器及び液体フィルターを通って蒸発プラントに送られ、そこから、有機物を燃焼させて蒸気を生成するとともに無機物を回収する回収ボイラーに送られる。

概して、高純度パルプを製造しない場合、冷苛性ソーダ抽出段階は必要とされず、液体を蒸解釜３１０ａ、３１０ｂに直接供給することができる。冷苛性ソーダ抽出を用いる場合、ＣＣＥ濾液は概して、圧送されて蒸解釜３１０ａ、３１０ｂへと戻される。

典型的な蒸解プロセスでは、蒸解釜３１０ａ、３１０ｂに木材チップ又は類似の有機材料が充填された後、前加水分解プロセスが行われる。前加水分解の後、中和液３２２を蒸解釜３１０ａ、３１０ｂに供給し、次いで適切な蒸解液によって順に置換する。次いで、蒸解釜３１０ａ、３１０ｂの温度を蒸解温度まで上げ、脱リグニンを行うのに十分な期間その温度で維持する。蒸解が完了すると、蒸解釜３１０ａ、３１０ｂの各々の吹出弁を開き、次いで脱リグニンパルプを蒸解釜からブロータンク（図示せず）へと吐出する。蒸解サイクルの終盤に、置換液が導入されて熱黒液又は廃液を置換し、それらが蒸解釜３１０ａ、３１０ｂから放出される間、およそ蒸解に用いられる温度のままで蒸解釜を加圧し続ける。典型的なプロセスでは、置換液は褐色紙料パルプの洗浄により得られる濾液に相当する。置換された熱黒液は、その後の再使用のために１つ又は複数の高温アキュムレーター３４０ａ、３４０ｂ内に収集される。置換プロセスの後、通常の蒸解温度よりも低温の置換液及び残りの使用済み黒液を、任意に低温アキュムレーター内に貯蔵し、回収領域に送ることもできる。蒸解釜３１０ａ、３１０ｂを、脱リグニンパルプを取り出すために最終的に排液する。

図４は、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ためのプロセス４００の一般的なプロセスフロー図であり、この蒸解プロセスは従来の技法と比べて変更及び改善されている。図４のプロセス４００は蒸解段階４２１から始まり、従来のクラフトプロセスと概ね同様に、木材チップ又は他のパルプ含有有機材料４１８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。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。

一実施形態では、下記に更に詳細に記載されるように、蒸解釜を蒸解段階４２１の前加水分解部分の間、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、例えば１１０℃〜１３０℃、より具体的にはおよそ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。

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）にわたって行われるが、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。

好ましい実施形態では、蒸解段階４２１の一環として中和溶液を蒸解釜に添加する。中和溶液は白液４１１、アルカリ性濾液４１７又はそれらの混合物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ＮａＯＨ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ＮａＯＨ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。

白液による強化の前の熱黒液充填に使用される黒液４３５中の有効ＮａＯＨ濃度は、１リットル当たり１５グラム〜３５グラム、好ましくは１リットル当たり２０グラム〜３０グラムの範囲とすることができるか、又は白液による強化後のアルカリ性濾液４１７中では、１リットル当たり３５グラム〜７５グラムとすることができ、好ましくは１リットル当たり４０グラム〜５０グラムの範囲であるが、特定のプロセスに応じて様々であり得る。

中和溶液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、白液及びアルカリ性濾液の両方を含む中和溶液を、２回に分けて添加し、それにより白液を初めに蒸解釜に白液パッド４６１として供給し、続いてＣＣＥアルカリ性濾液４１７を添加する。一実施形態では、中和溶液を１２０℃〜１６０℃、より好ましくは１４０℃〜１５０℃の温度で添加する。白液は、中和工程における全有効アルカリ添加量の２０％〜４０％を構成し、より好ましくは中和における全有効アルカリ添加量の２５％〜３０％を構成し得る。

次いで、蒸解液で蒸解釜内の中和液を置換することができ、この蒸解液は蒸解釜内の木材の蒸解に使用する。蒸解液は蒸解釜に数回に分けて添加してもよい。一実施形態では、熱黒液及び白液又はＣＣＥアルカリ性濾液の両方を含む蒸解溶液を２回に分けて添加する。黒液、白液及びＣＣＥ濾液溶液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、中和工程と同じであり得る。

１つ又は複数の実施形態では、蒸解溶液は以下の要素：（ｉ）ＮａＯＨとして１リットル当たり１５グラム〜３５グラムの有効アルカリ濃度を有し、任意にＮａＯＨとして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する追加量の白液４６２により増強して、ＮａＯＨとして１リットル当たり４０グラム〜５０グラムの有効アルカリ濃度を達成したか、そうでなければ追加量の再循環ＣＣＥ濾液４１７（任意に濃縮してアルカリ度を増大させるか、又は白液により強化した）で増強した黒液４３５；及び（ｉｉ）追加の白液４６３による強化又は増強後に、ＮａＯＨとして１リットル当たり５５グラム〜７５グラムの有効アルカリ濃度を有し、任意に蒸発又は他の類似の手段によって濃縮された、下流の冷苛性ソーダ抽出洗浄段階４２４に由来するＣＣＥアルカリ性濾液４１７のうちの一方又は両方を含む。

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。次いで、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。

蒸解段階４２１の結果として、褐色紙料４１２が得られる。褐色紙料４１２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４２２に供給し、そこで褐色紙料４１２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４１２をスクリーニング及び洗浄プロセス４２２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４１２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４１２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４００の他の部分で黒液４１３として使用する。一実施形態では、黒液４１３は、蒸解段階４２１の終了時に蒸解釜に供給される置換液の一部として使用される。

次いで、洗浄及びスクリーニングプロセス４２２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４２３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４１４（第１の苛性溶液４１１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。冷苛性ソーダ処理のプロセス及びシステムの例は、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。

ＣＣＥ抽出プロセス４２３のブレンド手順及び抽出手順に使用される苛性溶液４１４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、例えば濃縮ＣＣＥ濾液、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。低温アルカリ抽出は、過酸化水素、次亜塩素酸ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウム及び界面活性剤等の更なる化学物質を添加して行うことができる。

所望の滞留時間の後、パルプは次の洗浄プロセス４２４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４１６を得ることができ、この苛性溶液４１６は一態様では洗浄プロセス４２４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４３３はその間、次の漂白段階へ移動する。

ＣＣＥアルカリ性濾液４１６を、全体的又は部分的に濃縮プロセスへ供給することができ、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が、他の実施形態では濃縮プロセスに供しない。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。濃縮プロセスに関連して、薄い黒液を、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の濃度をプロセス中漸増させることによって、濃い黒液へと濃縮することもできる。濃い黒液を蓄積タンク内に貯蔵し、蒸気を発生させるとともに発電を行う回収ボイラーにおいて使用し、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。蒸解段階における再使用のためのＣＣＥアルカリ性濾液を濃縮する技法の一つが、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「アルカリ性濾液の再使用による低温苛性抽出を用いてパルプを加工する方法及びシステム（Method and System for Pulp Processing Using Cold Caustic Extraction with Alkaline Filtrate Reuse）」と題する同時係属中の米国特許出願公開第１２／７８９，２６５号（代理人整理番号１６１５５１−０００２）に記載されている。

濃縮アルカリ性濾液溶液４１７は、蒸解段階４２１において中和液の一部及び／又は蒸解液の一部として、全体的に又は部分的に再使用することができる。先に述べたように、ＣＣＥアルカリ性濾液４１６を、蒸解液の一部として使用するために白液４６３と合わせてもよい。或る特定の実施形態では、濃縮ＣＣＥアルカリ性濾液溶液４１７を、白液から強化することなく使用することができる。

蒸解段階４２１において再使用しない濃縮アルカリ性濾液溶液４１７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４１７を、任意に他の目的、例えば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。濃縮アルカリ性濾液溶液４１７は、蒸解段階４２１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。

図５は、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と関連して使用される蒸解段階のためのシステム５００及び関連プロセスの図である。図５では、１つ又は複数の蒸解釜５１０（この例では８つの蒸解釜）が、従来のプロセスと同様に、木材チップ又は他のパルプ含有有機材料を供給し、蒸解プロセスに使用される基本的な反応槽として機能する。システム５００は特にまた、白液／ＣＣＥ濾液保持タンク５２０と、置換液タンク５３０と、１つ又は複数の熱黒液アキュムレータータンク５４０ａ、５４０ｂと、１つ又は複数のブロータンク５６０とを含む。好適な供給源からの白液５１９を、流体加熱器５５１、５５２で加熱し、白液／ＣＣＥ濾液保持タンク５２０へと圧送し、そこで後の使用のために再循環及び貯蔵することができ、そこから引き出し、蒸解釜５１０内の中和液５２２として使用することができる。ＣＣＥ濾液５１６も同様に加熱し、後の使用のために白液／ＣＣＥ濾液保持タンク５２０へと圧送することができる。置換液タンク５３０は、例えば内向きの矢印５２５によって示されるように、洗浄段階４２４からの副産物であり得る、希釈黒液又は黒液を含む混合物を含み得る溶液を保持する。

蒸解プロセスの終了時に、置換液タンク５３０からの低温液（７５℃〜８５℃）が、蒸解反応を終わらせるために蒸解釜５１０に送られる。蒸解釜５１０から置換される液体の最初の部分は比較的高温であり（１４０℃〜１６０℃）、次の蒸解に使用するために第１の熱黒液アキュムレータータンク５４０ａに送られる。蒸解釜５１０から次に置換される、より低温の液体は、より温度が低く（約１２０℃〜１４０℃）、第２の熱黒液アキュムレータータンク５４０ｂに送られる。第２の熱黒液アキュムレータータンク５４０ｂから、熱黒液５３６が熱交換器を通って液体フィルター５７０へと圧送される。黒液が冷却されると同時に、その熱が熱交換器５５１、５５２内を循環する白液又はＣＣＥ濾液を温めるために使用される。そこから、濾過された黒液が更なる加工のために蒸発プラントに送られる。

図５で説明される好ましい蒸解プロセスでは、蒸解釜５１０が木材チップ又は類似の有機材料で充填される。前加水分解が蒸気により行われた後、白液「パッド」の形態の中和白液５１７が蒸解釜５１０に供給され、続いてＣＣＥアルカリ性濾液５１６が中和液５２２の一部として導入される。次いで、中和液は適切な蒸解液によって置換される。蒸解液は、（ｉ）蒸解のために特別に調製された、白液／ＣＣＥ濾液保持タンク５２０からのＣＣＥ濾液５２４、（ｉｉ）任意に追加量の白液（又はＣＣＥ濾液）５６２により強化され、この例では、温度制御のために流体加熱器５５３内を循環する、黒液アキュムレータータンク５４０ａからの黒液５３５、及び／又は（ｉｉｉ）濃縮されているか、若しくは蒸発若しくは他の類似の手段によらずに、任意に白液により強化された濃縮ＣＣＥアルカリ性濾液を生成するために追加の白液５１９によって増強若しくは強化された、下流の冷苛性ソーダ抽出洗浄段階４２４（図４を参照されたい）に由来するＣＣＥアルカリ性濾液５１６を含み得る。ＣＣＥアルカリ性濾液５１６は、中和工程において中和液５２２として、又は蒸解において蒸解ＣＣＥ濾液５２４として使用するために熱交換器５５１、５５２を通って白液保持タンク５２０へと圧送される。様々な蒸解液の好ましい濃度は、本明細書の他の部分で記載されている。

蒸解液（複数の場合もある）を蒸解釜５１０に添加した後、蒸解釜５１０の温度を蒸解温度まで上げ、蒸解釜を、脱リグニンを行うのに十分な期間その温度で維持する。蒸解が完了すると、各々の蒸解釜５１０の吹出弁を開き、次いで、脱リグニンパルプを蒸解釜５１０からブロータンク５６０の１つへと吐出する。蒸解サイクルの終盤に、置換液タンク５３０からの置換液が導入されて熱黒液又は廃液を置換し、それらが蒸解釜５１０から放出される間、およそ蒸解に用いられる温度のままで蒸解釜を加圧し続ける。先述のように、置換液は概してパルプの洗浄、又は先のバッチのパルプ製造時の脱リグニン繊維の洗浄により得られる黒液又は類似の濾液を含む。置換された熱黒液は、その後の再使用のために１つ又は複数の高温アキュムレーター５４０内で収集される。

蒸解釜５１０を、脱リグニンパルプを取り出すために最終的に排液する。蒸解釜５１０から先に排液された熱黒液を再使用する（また、熱白液等の他の溶液又は濾液と混合する）ことができる。

全蒸解プロセスの様々な態様は、図６〜図９を更に参照することによって説明することができる。図６Ａ及び図６Ｂは、特に、中和工程のための既存のプロセスにおいて使用される典型的な液体及び材料のレベルを示す、蒸解釜（例えば図５に示す蒸解釜５１０のいずれか）の断面図である。図７Ａ〜図７Ｃ、図８及び図９も、本明細書中に開示される１つ又は複数の実施形態に従う、蒸解の前の中和時の液体及び材料の混合物を示す蒸解釜の断面図である。初めに、図６Ａに示すように、既知の蒸解プロセスの中和工程における蒸解釜６１０を、前加水分解後に蒸解釜６１０の全体積のかなりの割合（例えば６０％）に相当するかなりの量のＣＣＥ濾液（液体）６１６で充填することができる。例えば、３６０立方メートルの容量、並びに７２トンの木材（乾燥重量）及び１１トンの溶解固形物の充填量を有する蒸解釜については、約２１４立方メートルのＣＣＥ濾液６１６を中和工程の一環として使用することができる。この工程において、ＣＣＥ濾液濃度は１リットル当たりおよそ５１．３グラムのＮａＯＨであり、木材に対する有効アルカリ（ＥＡ）添加量はＮａＯＨとして１３．２％であり得る。前加水分解の後、蒸解釜６１０は、およそ１６５℃であり、相対圧（すなわち局部大気圧に対する圧力）は７バールであり得る。この時点で、木材チップ又は他のパルプ含有有機材料はほとんど空気を含まず、チップ又は類似の有機材料の空隙内に蒸気が存在するものとする。ほぼ全てのチップの水分が液体形態である。

中和液が１３０℃という典型的な温度で蒸解釜６１０へと圧送される際に、チップ又は他の有機材料中の蒸気が凝縮し、凝縮によって発生する、より低い圧力に起因して、液体がチップ又は他の有機材料内に引き込まれる。このプロセス時に、或る特定の量の液体が蒸気から加えられ、同様に脱気によって失われる。例えば、上記に記載の量では、およそ１１．９立方メートルの水が蒸気から加えられ、約１．６立方メートルの水が脱気６２５によって失われ得る。全体で、自由液体（中和液及び蒸気の水分）に換算して正味約２２４立方メートルの液体が、蒸解プロセスのこの部分で加えられ得る。前加水分解及び中和の後、蒸解釜６１０は通常、およそ２０３立方メートルの自由液体を含有し、１．３１ｍ^３／ＢＤｔ（チップの絶乾メートルトン当たりの液体の立方メートル）又は３．１５ｍ^３／ＡＤｔ（チップの風乾メートルトン当たりの液体の立方メートル）に相当する、およそ１０９立方メートルの液体が依然として前加水分解されたチップに結合することができる。このため、全含量３１２立方メートルの液体が自由液体として、又はチップに結合して存在し得る。この時点で、蒸解釜６１０は７２メートルトンの木材、該木材内に吸着した３６メートルトンの水、及び１１メートルトンの種々の溶解固形物を保持し得る。この例における中和後の液体の密度は、約１．１３ｔ／ｍ^３（すなわち立方メートル当たりのトン）となるであろう。

ここで図６Ｂに示すように、添加された中和液はチップ（チップの水分は無視する）の空隙内及びチップ周囲の空間を満たす。このため、本例を挙げると、２１４立方メートルの添加された中和液は、チップ内の空間においておよそ５６．８立方メートル（蒸解釜６１０のコーン６０７において８．３立方メートル及び蒸解釜６１０の円筒部分６０８において４８．５立方メートル）を満たし、チップ周囲の空間において１５７．２立方メートル（蒸解釜６１０のコーン６０７において２２．８立方メートル及び蒸解釜６１０の円筒部分６０８において１３４．４立方メートル）を満たすものとして分散し得る。これはコーン６０７の体積が４０立方メートルであり、かつ円筒部分６０８の高さが９．６メートルであることを前提とする。この場合、蒸解釜コーン６０７におけるチップの量は９．３ＢＤｔ（絶乾メートルトン）であり、結合した液体の体積は１２．３立方メートル、結合した水の体積は４立方メートル、チップ周囲の自由液体は２２．８立方メートル、コーン６０７に入る全体積は３１．１立方メートル（すなわち、２２．８立方メートル＋１２．３立方メートル−４．０立方メートル）であると見積もることができる。高さがおよそ０．６〜０．７メートルという小幅の凝縮物６１３が、液体混合物の、蒸気と液体とが接する表面で収集されるか又は該表面に形成される。

木質繊維へのヘミセルロースの再沈殿を低減又は回避するために、白液「パッド」又は蒸解プロセスにおける強化工程を用いて、中和工程の初めに使用されるＣＣＥアルカリ性濾液の一部を置き換えることができる。このため、中和工程の最初の部分としての前加水分解の後、或る量の白液を、好ましくは木材チップ又は他のパルプ含有有機材料内の空隙を満たすのに十分な量で添加し、続いてＣＣＥ濾液を注入する。好ましくは、木材チップ内の空隙を満たし、製造されるパルプの最終的なアルファ含量を改善するために、木材チップ１メートルトン毎に、およそ０．３５立方メートル〜０．５５立方メートル、より好ましくは０．４０立方メートル〜０．４４立方メートルの白液を前加水分解後に添加する。中和のために添加される流体の残りは、従来のプロセスのようにＣＣＥアルカリ性濾液の形態をとるか、又は任意に濃縮ＣＣＥアルカリ性濾液を使用することを伴ってもよい。これらの工程は蒸解釜内のアルカリ度を上昇させるが、他のプロセスの特性、例えば粘度、カッパー価及び／又は有効アルカリ消費量を許容可能な範囲に維持したまま、ヘミセルロースの再沈殿が抑制され、より高いアルファ含量が達成可能であることが本発明者らによって見出されている。

先の例に戻ると、図７Ａに示すように、例えば体積３０立方メートルの白液を、前加水分解後に、７２トンの木材チップを含有する蒸解釜６１０に添加することができる。図７Ａに示すように、白液パッド７１５は、木材チップ又は類似の有機材料の下方部分とともに、蒸解釜６１０のコーン６０７をほとんど満たす。次いで、体積８２．９立方メートルのＣＣＥ濾液（強化又は濃縮されたＣＣＥアルカリ性濾液）を蒸解釜６１０に添加して、白液パッドを置換し、その結果、実質的に全ての白液が木材チップ内の空隙を満たすために消費されることとなる。その後、１３０．６立方メートルという更なる体積のＣＣＥ濾液（好ましくは濃縮ＣＣＥアルカリ性濾液）を蒸解釜６１０に導入して中和プロセスを完了する。図７Ｂは、３０立方メートルの白液パッド及び８２．９立方メートルのＣＣＥ濾液７１６の導入後の蒸解釜６１０の内容を示す。図示のように、白液パッドと最初のＣＣＥ濾液との組合せが、図７Ｂにおいて蒸解釜６１０内の木材チップの下方部分７１８によって反映されるように、蒸解釜６１０内の木材塊の約４１％（およそ３３．９絶乾メートルトン）を覆う。蒸解釜６１０内のチップの上方部分７１９によって反映されるように、木材チップの残りの部分は、図７Ｃに示すようにチップ内及びチップ周囲の空隙を満たす１３０．６立方メートルの更なるＣＣＥ濾液７１７で覆われることになる。先と同様に、高さがおよそ０．６メートル〜０．７メートルという小幅の凝縮物７１３が液体混合物の表面に形成される。

蒸解釜６１０に添加された白液パッドは、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（ＥＡ）濃度、より好ましくは１リットル当たり１０５グラム〜１１５グラムのＮａＯＨ、最も好ましくは１リットル当たりおよそ１１０グラムのＮａＯＨという有効アルカリ濃度を有し得る。このような場合の木材に対する等価アルカリ添加量はおよそ４％であり得る。３０立方メートルの白液パッド及び８２．９立方メートルのＣＣＥ濾液７１６の添加の後、残りのＣＣＥ濾液７１７の添加の前では、蒸解釜６１０のコーン６０７における結合した液体はおよそ８．３立方メートルであり、コーンにおける自由液体はおよそ２３立方メートルである。蒸解釜６１０の円筒部分６０８における結合した液体は約２１．７立方メートルである。

白液パッドは、好ましくは中和工程に適用される全有効アルカリ添加量の少なくとも１０％を占め、より好ましくは中和工程に適用される全有効アルカリ添加量の１３％〜２５％を占め、最も好ましくは中和工程に適用される全有効アルカリ添加量の２０％〜２５％を占める。上記の例では、白液パッドによってもたらされる木材に対する有効アルカリ添加量は４％であり、残りの中和液については、木材に対する有効アルカリ添加量はＣＣＥ濾液からの１３．２％であり、総計で１７．２％の有効アルカリ添加量である。このため、この例では、白液パッドは木材に対する全有効アルカリ添加量の２３％を占める。

一態様では、本明細書中に記載の白液パッドの使用は、ヘミセルロースに富んだＣＣＥ濾液液体が、図７Ｂ及び図７Ｃに示されるプロセスにおいて木材チップ又は他の類似の材料と接する際に、チップ又は他の材料が白液によって既に中和されているため、中和段階時のｐＨショックを回避又は低減することができる。白液パッド７１５は概して、チップ空隙に吸着される際に、木材チップ又は他の類似の有機材料の−ｐＨを増大させる。ＣＣＥ濾液を添加すると、吸着されていない残りの白液が置換され、この白液は蒸解釜６１０内で上昇する際に、更なる木材チップ及び有機物を、ＣＣＥ濾液がこれらのチップ又は有機物に到達することができるまで中和し続ける。ＣＣＥ濾液の導入は白液パッド７１５の後に行われるため、ヘミセルロースにより強化されたＣＣＥ濾液液体は初めに、既に中和されたこれらのチップ又は有機材料と接し、これによりｐＨショックが回避されるか又は最小限に抑えられるが、ただし、場合によっては蒸解釜６１０の最上部近くの少量のチップ又は有機物は除く。ＣＣＥ濾液からのヘミセルロースは、木材チップ又は有機材料に再吸着又は沈殿せずに溶液中に留まる。これによりパルプ褐色紙料の純度が増大し、最終的により高純度の最終製品が得られることになる。

図８及び図９は、本明細書中に開示される一実施形態に従う、熱黒液の充填及び最終液置換の後続工程中の液体及び材料の混合物及びレベルを示す。蒸解液の導入及び既存の液体の置換を示す図８に示されるように、中和工程の完了後に体積２１０立方メートルの熱黒液８１５を蒸解釜６１０に添加することができる。次いで、体積１４４立方メートルのＣＣＥ濾液（強化されたＣＣＥ濾液又は濃縮されたＣＣＥアルカリ性濾液）８１７、続いて体積２０立方メートルの更なる熱黒液８２１を蒸解釜６１０に添加することによって、中和液（この時点で残留物及び不純物が侵入し、したがって黒液８４０の形態をとる）が置換される。この例では、３５１立方メートルの黒液８４０が蒸解釜６１０から置換され、黒液アキュムレータータンク（「ＡＣ２」）、例えば図５のアキュムレータータンク５４０ｂに送られる。

図８に示すプロセスにおいて蒸解釜６１０内のＣＣＥ濾液によって添加されるアルカリ添加量は、乾燥木材に対する有効アルカリとして表すと７％〜１２％、より好ましくは、乾燥木材に対するＮａＯＨに換算して表すと８．９％前後である。蒸解に必要とされる全アルカリ添加量は、強化された熱黒液とともに添加されるアルカリによって補完される。黒液８１５、８２１とＣＣＥ濾液７１６とを合わせて添加した後、蒸解釜６１０内の全液体体積はおよそ３１２立方メートルであり、蒸解釜６１０内の全液体質量は約３５３トンであり、蒸解釜６１０内の液体の密度はおよそ１．１３である。

図９は、使用済み蒸解液の置換をもたらす蒸解プロセスの終了時の置換液の導入を示す。図９に示すように、体積４７５立方メートルの置換液９３０を、蒸解の終了時に蒸解釜６１０に添加することができる。この時点でパルプ残留物及び不純物が侵入した蒸解液を、２２０立方メートルの第１の容量の比較的濃い熱黒液９４２として取り出して、このタイプの黒液を保持する第１の黒液アキュムレータータンク（「ＡＣ１」、例えば図５のタンク５４０ａ）内に貯蔵し、また２５５立方メートルの第２の容量の比較的薄い黒液９４１として取り出して、より薄いタイプの黒液を保持する第２の黒液アキュムレータータンク（「ＡＣ２」、例えば図５のタンク５４０ｂ）に貯蔵することができる。幾らかの量の蒸解液が蒸解木材チップ、又は他のパルプを含む有機材料に結合したままである。このプロセスによっておよそ３１．１絶乾トンの蒸解パルプが得られ、およそ４１．１トンの固形物が蒸解プロセス及び関連プロセスにおいて溶解する。

図１０は、本明細書中に開示される１つ又は複数の実施形態に従う、冷苛性ソーダ抽出パルプ製造プロセスにおいて使用することができる蒸解プロセス１０００のプロセスフロー図である。図１０のプロセス１０００は、木材チップ又は他のパルプ含有有機材料を蒸気とともに、高圧に耐えることが可能な蒸解釜に供給する木材チップ供給工程１００５から始まる。前述のように、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。蒸気は、蒸解釜内のチップの充填が改善されるように導入される。次いで、蒸解釜を１つ又は複数の工程で加熱することができる。この例では、蒸解釜を最初の加熱工程１０１８において蒸気によって又は別様に所定の温度（例えば１１０℃〜１３０℃、より具体的にはおよそ１２０℃とすることができる）まで加熱し、続いて後続工程１０２０において前加水分解温度まで（例えば１６５℃前後まで）加熱することができるが、これら２つの工程は、一部の実施形態では組み合わせられる可能性がある。加熱時間は設備の詳細、蒸解釜の容積、木材チップの体積及び加熱される有機材料の性質によって或る程度左右され得る。

前加水分解温度に達すると、蒸解釜は好適な期間、例えば３５分間〜４５分間、又は前加水分解段階１０２５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される。次に、中和工程１０３０が行われる。好ましい実施形態では、白液１０１５を含む中和溶液を初めに蒸解釜に添加し、続いてＣＣＥ濾液液体１０１６を導入する。白液１０１５は例えば、本明細書の他の部分で記載される実施形態のいずれかに従う有効アルカリ含量を有する、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。例えば、白液１０１５は水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）として１リットル当たり８０グラム〜１５０グラムの有効アルカリ、好ましくは水酸化ナトリウムとして１リットル当たり１００グラム〜１１０グラムの有効アルカリを有し得る。白液１０１５の硫化度は、好ましくは２０％〜３０％であるが、一部の実施形態では様々とすることができる。ＣＣＥ濾液１０１６は、下流のＣＣＥ洗浄プロセスにより得られるとともに任意に蒸発又は他の手段によって濃縮された再循環ＣＣＥアルカリ性濾液を含み得る。ＣＣＥ濾液１０１６中の有効ＮａＯＨの濃度は、例えば１リットル当たり５０グラム〜７５グラムとすることができるが、特定のプロセスに応じて様々とすることができる。

好ましくは、図７Ａ〜図７Ｃについて記載されるプロセスに従い、白液１０１５を初めに「パッド」として導入し、続いてＣＣＥ濾液液体１０１６を導入する。次いで、工程１０３５において、図８と関連して記載されるように、熱黒液１０１７の第２の部分を蒸解釜に導入する。

次の工程１０４０では、第２の白液１０１９を蒸解目的で蒸解釜に添加する。代替形態として、白液１０１９を、下流のＣＣＥ洗浄プロセスから得るとともに任意に蒸発又は他の手段によって濃縮された再循環ＣＣＥアルカリ性濾液に置き換えることができる。工程１０４５によって示されるこの工程において、蒸解釜の内容物が蒸気又は他の手段によって適切な蒸解温度まで加熱される。この温度は、蒸解工程１０５０において蒸解釜内の木材パルプの脱リグニンを達成するのに好適な期間にわたって維持される。蒸解温度は１４０℃〜１８０℃の範囲とすることができ、好ましくは１５０℃〜１６０℃の範囲であるが、任意の好適な温度であるものとすることができる。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。蒸解釜は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される。温度範囲及び蒸解時間は一般に、先に記載のように目標とするＨファクターで選択される。

蒸解の後、工程１０５５によって示されるように、一般に褐色紙料洗浄工程からの希釈黒液１０３４を蒸解釜に導入し、パルプ内容物を下流の加工のために取り出す。次いで、工程１０６０によって示されるように、蒸解釜を取り出し、洗浄及び除塵することができ、工程１０７０によって示されるように、木材チップの次のバッチを同様に加工することができる。

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、概して図１０のプロセスフロー１０００に従って行われる一連の工程を挙げる図１１に示す一般的なプロセスを用いて得られ、工業的プロセスをシミュレートする、容積がおよそ２０リットルのベンチスケールの蒸解釜を参照して記載する。図１１に示す手順と具体例との相違点を、下記により詳細に説明する。

図１１に示されるように、プロセスは通常、木材チップ（この場合はユーカリ）を蒸解釜に添加することに加えて、蒸解釜内の初期温度及び湿度を達成する３０分間の蒸解釜の予備蒸気処理から始まるが、実験室の場合、蒸気充填は必要とされないこともある。次いで、蒸解釜に蒸気を供給することによって、およそ６０分間にわたって蒸解釜を更に加熱し、温度を１６５℃にする。次いで、前加水分解工程を、例えばおよそ４０分間１６５℃の温度で行う。次いで、一部の例においては、ＣＣＥアルカリ性濾液又は第１の白液パッドを中和プロセスの一環として添加する。このプロセスはおよそ１５分間かかり、およそ１５０℃の温度で行われる。次に、第１の熱黒液を添加して、蒸解釜の残りの部分を満たす。第１の熱黒液の導入はおよそ１５分間かかり、１４０℃の温度で行われる。次に、置換工程において第２の熱黒液を蒸解釜に添加し、これはおよそ１４６℃の温度で２３分間行われる。これら２つの熱黒液工程は合わせて、工業的操作において行われるような熱液充填に相当する。次に、白液又はＣＣＥアルカリ性濾液を添加して、置換プロセスを終了させ、蒸解を開始する。必要であれば、幾らかの熱黒液を蒸解釜に供給することができる。白液（又はＣＣＥアルカリ性濾液）と熱黒液とのこの混合は、例えばおよそ１５２℃の温度及び１０．０バールの圧力で１２分間行うことができる。蒸解工程のために、液体を１分間におよそ３リットルの速度で３分間、９．１バールのわずかに低下した圧力で蒸解釜内を循環させる。次いで、蒸解釜の内容物を、例えば１４分間にわたって再び加熱しておよそ１６０℃にした後、例えば約２３分間の好適な蒸解期間にわたってその温度に維持する。次に、希釈液を置換液として導入し、蒸解釜の内容物を下流の加工のために取り出す。希釈液体を１分間当たり１リットルの速度で導入し続け、蒸解釜内で十分な期間循環させる。次いで、蒸解釜を取り出し、洗浄及び除塵して、新たなバッチの準備をすることができる。

図１３Ａ及び図１３Ｂは、下記に記載の実施例２〜実施例９による様々なプロセス条件及び結果をまとめた表である。特に、図１３Ａは様々な異なる例のプロセス条件及びパラメーターを示し、図１３Ｂは対応する結果を表形式で示す。

実施例１
中和工程及び蒸解工程において白液と熱黒液との組合せを用いたクラフトプロセス
第１の実施例によると、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。ユーカリ又は他の木材チップ等の炉乾燥したパルプ含有有機材料４７００グラムを蒸解釜に添加する。一連の実験室操作は図１１の通りである。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。１リットル当たり１２４．７ｇのＮａＯＨという有効アルカリを有する４．５１リットルの第１の白液（「ＷＬ１」）を、１５０℃の温度で１５分かけて蒸解釜に添加する。Ｈファクターの計算はこの時点から開始する。次いで、１リットル当たり２５．３ｇのＮａＯＨという有効アルカリを有する１０．８リットルの第１の熱黒液（「ＨＢＬ１」）を、１４０℃の温度で１５分かけて添加して、中和工程を完了させる。次いで、１リットル当たり２５．３ｇのＮａＯＨという有効アルカリを有する１０．０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分間にわたって使用済みのＨＬＢ１及びＷＬ１を置換し、続いて１０バール及び１５２℃で１２分間にわたって添加される、１リットルの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添加する。この一連の操作における重要なプロセスパラメーターの１つは、添加した全ての液体の全体積及びそれらのそれぞれの濃度を考慮して計算される、木材チップの重量（乾燥量基準）に対するアルカリの割合に換算して一般に表される、全有効アルカリ添加量である。本実施例にでは、木材に対する全等価有効アルカリ添加量は、中和工程についてはＮａＯＨとして１２％のＥＡ、蒸解についてはＮａＯＨとして１１％のＥＡである。中和工程後に置換されたＷＬ１及びＨＢＬ１のサンプル（「中和物」）を収集して、通常は置換操作の開始からその操作の終了までｐＨ挙動を測定及び追跡する。置換された液体を後の回収のために収集する。

ＨＢＬ２及びＷＬ２を含む蒸解液を、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。反応混合物のアリコートを取り、反応の終了時のＮａＯＨの濃度（「ＥｏＣ」）を測定する。ＥｏＣは１リットル当たりおよそ２３．３ｇのＮａＯＨである。

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、希釈液体溶液（「ＤＬ」）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。最初の洗浄後の廃液は１リットル当たりおよそ２１．９ｇのＮａＯＨを含有し、熱黒液の次のバッチを調製するために使用することができる。２回目の洗浄後の廃液は１リットル当たりおよそ１３．０ｇのＮａＯＨを含有し、中和物と合わせる。合わせた液体は１リットル当たり６．４ｇのＮａＯＨ（３．８８％のＮａＯＨに等しい）というＥＡを有する。工場内では、この混合物を蒸発させて、回収ボイラー燃焼のためにより濃縮された苛性溶液を得ることができる。

実験室ベンチ蒸解釜を、最初にＤＬ（希釈液）を１分間当たり１リットルで１０分間、蒸解釜内を循環させることによって除塵した後、初めに３３リットルの純水、続いて４５リットルの純水で２回洗浄する。最初の洗浄からの使用済み洗浄液は１リットル当たりおよそ０．９ｇのＮａＯＨを含有し、ＤＬの次のバッチを調製するために使用することができる。

得られる褐色紙料は、１１．９のカッパー価、１１１７ｍｌ／ｇの粘度、３．５４％のＳ１０溶解度及び２．７％のＳ１８溶解度を示す。反応は３９．８％の収率を有する。混合物は、スクリーニングすると０．４％の棄却率を有し、３９．４％のスクリーニング収率をもたらす。反応のＨファクターは３３３である。

図１２は、様々なサンプルからの中和物のｐＨ及び有効アルカリ濃度を表すグラフであり、蒸解段階の全体的な完了を示唆するアルカリ含量の横ばい状態を示す。

実施例２
中和工程及び蒸解工程において白液を用いたクラフトプロセス
第２の実施例によれば、実施例１に記載されているのと同じパルプ化プロセスを、中和工程及び蒸解の両方に白液を用いて繰り返す。中和物は１０．２のｐＨを有し、最終蒸解液は１リットル当たり２６．７ｇのＮａＯＨというＥｏＣを有する。前加水分解のＰファクターは３１０であり、蒸解反応のＨファクターは３９４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、中和工程についてはＮａＯＨとして１２％のＥＡ、蒸解についてはＮａＯＨとして１１％のＥＡである。

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。

実施例３
中和工程においてＣＣＥ５４、蒸解工程において白液をそれぞれ用いたクラフトプロセス
第３の実施例によれば、中和用の白液を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１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８．６のｐＨを有し、蒸解混合物は１リットル当たり２３．５ｇのＮａＯＨというＥｏＣを有する。前加水分解のＰファクターは３００であり、蒸解反応のＨファクターは３６４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、中和工程についてはＮａＯＨとして１２％のＥＡ、蒸解についてはＮａＯＨとして１１％のＥＡである。

得られる褐色紙料は、１１．０のカッパー価、１０５９ｍｌ／ｇの粘度、４．０％のＳ１０溶解度及び３．１％のＳ１８溶解度を示す。反応は４０．３％の収率を有する。混合物は、スクリーニングすると０．１６％の棄却率を有し、４０．２％のスクリーニング収率をもたらす。

実施例４
中和工程及び蒸解工程においてＣＣＥ５４を用いたクラフト加工
第４の実施例によれば、ＣＣＥ５４によって中和工程及び蒸解工程の両方の白液を置き換える以外は、実施例１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、中和工程についてはＮａＯＨとして１２％のＥＡ、蒸解についてはＮａＯＨとして１１％のＥＡである。

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。

実施例５
中和工程及び蒸解工程において「薄い」白液を用いたクラフト加工
第５の実施例により、１リットル当たり５４ｇのＮａＯＨというＥＡを有する白液（「ＷＬ５４」）を中和工程及び蒸解工程の両方に使用する以外は、実施例１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１１．３のｐＨを有し、蒸解混合物は１リットル当たり１８．８ｇのＮａＯＨというＥｏＣを有する。前加水分解のＰファクターは３００であり、蒸解反応のＨファクターは４２９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、中和工程についてはＮａＯＨとして１２％のＥＡ、蒸解についてはＮａＯＨとして１１％のＥＡである。

得られる褐色紙料は、１１．２のカッパー価、１１５８ｍｌ／ｇの粘度、３．７％のＳ１０溶解度及び３．１％のＳ１８溶解度を示す。反応は４０．２％の収率を有する。混合物は、スクリーニングすると０．１２％の棄却率を有し、４０．０％のスクリーニング収率をもたらす。

実施例２及び実施例５におけるＳ１８溶解度の比較から、より高いアルカリ濃度が蒸解工程におけるヘミセルロースの再沈殿を抑制するのに役立つことが示唆される。実施例３、実施例４及び実施例５における結果の比較から、ＣＣＥ濾液の使用が最終製品中のヘミセルロース含量に対して悪影響を与えることが示唆される。ＣＣＥ濾液の利用を最大限にしつつヘミセルロース含量を更に減少させるために、以下の実験を行う。

実施例６
中和工程及び蒸解工程においてＣＣＥ６０を用いたクラフトプロセス
第６の実施例によれば、１リットル当たり６０ｇのＮａＯＨというＥＡを有するＣＣＥ濾液（「ＣＣＥ６０」）によって中和工程及び蒸解工程の両方の白液を置き換える以外は、実施例１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。蒸解における、より高いアルカリ添加量に起因して、蒸解温度を１６０℃から１５５℃に下げるが、それに応じて蒸解時間を増大させる。中和物は１１．２のｐＨを有し、蒸解混合物は１リットル当たり２４．５ｇのＮａＯＨというＥｏＣを有する。前加水分解のＰファクターは２７２であり、蒸解反応のＨファクターは３８９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、中和工程についてはＮａＯＨとして１２％のＥＡ、蒸解についてはＮａＯＨとして１２．５％のＥＡである。

得られる褐色紙料は、１１．４のカッパー価、１１５５ｍｌ／ｇの粘度、４．６％のＳ１０溶解度及び３．６％のＳ１８溶解度を示す。反応は４０．７％の収率を有する。混合物は、スクリーニングすると０．０７％の棄却率を有し、４０．６％のスクリーニング収率をもたらす。ＣＣＥ５４を使用する場合と比較して、ＣＣＥ６０によって蒸解温度は５℃低下する一方で、蒸解時間及び蒸解のためのアルカリ添加量は増大し、褐色紙料中のヘミセルロース含量は減少しない。

実施例７
中和工程においてＣＣＥ６０、蒸解工程においてＣＣＥ６０とＨＢＬ４０との組合せをそれぞれ用いたクラフトプロセス
第７の実施例によれば、１リットル当たり４０．０ｇのＥＡを有する、より高度に濃縮された熱黒液（「ＨＢＬ４０」）を、蒸解工程において使用する以外は、実施例６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。本実施例では、蒸解工程における全アルカリ添加量は、蒸解液の一部分としてより高度に濃縮された黒液（ＨＢＬ４０）を使用することにより１３．０％に増大する。

加えて、蒸解温度は実施例６と同様に１５５℃であるのに対し、蒸解時間はより短く、蒸解を１６０℃で行う実施例２〜実施例５における蒸解時間と同程度である。結果として、蒸解反応のＨファクターは３７７とより低くなる。中和物は１リットル当たり３．１ｇのＮａＯＨというＥＡを有し、蒸解混合物は１リットル当たり２９．５ｇのＮａＯＨというＥｏＣを有する。前加水分解のＰファクターは３０１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、中和についてはＮａＯＨとして１２％のＥＡ、蒸解についてはＮａＯＨとして１３％のＥＡである。

得られる褐色紙料は、１０．３のカッパー価、１１０７ｍｌ／ｇの粘度、４．１％のＳ１０溶解度及び３．１％のＳ１８溶解度を示す。反応は４０．１％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、４０．０％のスクリーニング収率をもたらす。実施例６と比較して、Ｓ１８溶解度から明らかなように、より低いヘミセルロース含量が観察される。このように、より高いアルカリ濃度及び蒸解工程におけるアルカリ性の流体の組合せの使用は、ヘミセルロース含量の低下をもたらすようである。

実施例８
中和工程及び蒸解工程においてＣＣＥ７０を用いたクラフトプロセス
第８の実施例によれば、１リットル当たり７０ｇのＮａＯＨというＥＡを有するＣＣＥ濾液（「ＣＣＥ７０」）を中和工程において使用し、ＣＣＥ７０とＨＢＬ４０との組合せを蒸解工程において使用する以外は、実施例７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。加えて、蒸解における有効アルカリ添加量は１５％である。

中和物は１１．６のｐＨを有し、蒸解混合物は１リットル当たり３６．１ｇのＮａＯＨというＥｏＣを有する。前加水分解のＰファクターは３０４であり、蒸解反応のＨファクターは３０１である。

得られる褐色紙料は、１１．０のカッパー価、１１１９ｍｌ／ｇの粘度、４．０％のＳ１０溶解度及び２．９％のＳ１８溶解度を示す。反応は４０．０％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、３９．９％のスクリーニング収率をもたらす。実施例６及び実施例７と比較して、Ｓ１８溶解度から明らかなように、より低いヘミセルロース含量が同様に観察される。このことは、より高いアルカリ濃度と、蒸解工程におけるアルカリ性の流体の組合せとを使用することがヘミセルロース含量の低下をもたらすようであるという認識を強める。

実施例９
白液パッドを用いたクラフトプロセス
第９の実施例によれば、中和工程について、ＣＣＥ６０を初めに、１リットル当たり約１２５ｇのＮａＯＨというＥＡを有する、先に記載のように白液パッドの形態の或る体積の白液、続いて、ＣＣＥ濾液（ＣＣＥ６０）で置き換える以外は、実施例７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。中和工程における有効アルカリ添加量は１２％から１６％に（白液パッドによる４％）増大する。結果として、蒸解における有効アルカリ添加量は１３％から１１％に低下する。

中和物は１リットル当たり４．５ｇのＮａＯＨというＥＡを有し、蒸解混合物は１リットル当たり３１．７ｇのＮａＯＨというＥｏＣを有する。前加水分解のＰファクターは３０３であり、蒸解反応のＨファクターは３６７である。

得られる褐色紙料は、９．７のカッパー価、１１０３ｍｌ／ｇの粘度、４．０％のＳ１０溶解度及び３．０％のＳ１８溶解度を示す。反応は３９．９％の収率を有する。混合物は、スクリーニングすると０．０３％の棄却率を有し、３９．９％のスクリーニング収率をもたらす。Ｓ１８溶解度から明らかなように、より低いヘミセルロース含量が同様に観察される。カッパー価（ＫＮ）として測定される脱リグニン度は、同じレベルの粘度（約１１００ｍｌ／ｇ）に対して低く、これは粘度とカッパー価との比率によって反映されるように、より良好なプロセス選択性を示唆する。

実施例２〜実施例９の結果（図１３Ａ及び図１３Ｂに示す表にまとめられている）の比較から、ヘミセルロースの再沈殿を中和工程における白液パッドの使用、及び蒸解工程におけるＣＣＥ濾液とより高度に濃縮された黒液との組合せの使用によって低下させることができることが示唆される。加えて、より高度に濃縮された熱黒液の使用によって、より高い有効アルカリ添加量がもたらされ、これは多くの場合、より良好な脱リグニン選択性（同じ粘度レベルに対して低いカッパー価）につながることから望ましい。白液パッド及びＣＣＥ濾液とより濃縮された熱黒液との組合せの使用はまた、蒸解時間又はパルプ品質に対して悪影響を与えずに蒸解温度の低下をもたらし得る。工業規模についての更なる実験を本発明の利益を確認するために行う。

実施例１０
白液パッドを用いた及び用いない工業規模のクラフトプロセス
クラフト蒸解プロセスを、概して図４及び図５に関して記載されるように行う。従来の中和工程を図６Ａ及び図６Ｂに示すように行い、白液パッドを用いる改善されたプロセスを図７Ａ〜図７Ｃに示すように行う。改善されたプロセスでは、１リットル当たり１１０ｇのＮａＯＨという有効アルカリ（ＥＡ）度を有する４０立方メートルの白液（「ＷＬ１１０」）を初めに、中和工程の開始時に１８０ｍ^３／時間という速度で蒸解釜に圧送し（１３分間の充填期間）、続いて、１リットル当たりおよそ６０グラムのＮａＯＨという有効アルカリ（ＥＡ）度を有する７２．９立方メートルのＣＣＥ濾液を圧送する。ＣＣＥ洗浄プロセス（例えば図４のプロセス４２４）によるＣＣＥ濾液の濃度は、この場合、白液による強化と呼ぶことができるプロセスである、濃縮白液の添加によって、１リットル当たり５３グラム〜５５グラムのＮａＯＨから１リットル当たり６０グラムのＮａＯＨに調節した。中和工程の後、図１０を参照して説明される工業的な蒸解釜操作順序に従い、最初に１リットル当たりおよそ４５グラムのＮａＯＨという有効アルカリ（ＥＡ）度を有する或る体積の熱黒液（「ＨＢＬ４５」）、続いて１リットル当たり６０グラムのＮａＯＨという有効アルカリ（ＥＡ）度を有する或る体積のＣＣＥアルカリ性濾液を添加して、使用済み中和液を置換する。次いで、木材チップをおよそ１５０℃〜１５３℃の温度で蒸解し、目標とするＨファクターを達成する。蒸解条件の少しの調整を行い、目標とする粘度を達成した。

様々な実験条件及び得られるパルプ品質を下記表１にまとめる。

上記の結果によって示されるように、中和工程におけるＣＣＥ濾液の添加前の白液パッドの使用は、得られるパルプにおける、より低いＳ１８溶解度から明らかなように、（表１のエントリー１及びエントリー２とエントリー３〜エントリー１０との比較による）繊維へのヘミセルロースの再沈殿の低下をもたらす。白液パッドを用いない場合、Ｓ１８溶解度は３．６％以上のままである。中和及び蒸解において、任意にＣＣＥ濾液及び黒液とともに白液パッドを使用すること、並びに白液強化を用いることは、およそ３．０％以下のＳ１８溶解度と、およそ１０〜１１のカッパー価とを同時に達成することを可能にし（ただし、より広範囲には、カッパー価の値はプロセスパラメーターに応じて約８〜１２の範囲であり得る）、概して従来の技法と比べてより高品質なパルプ製品をもたらす。

図１４は、工業的実行に使用される量（図６〜図９と関連して説明される蒸解プロセスに関して記載される量と同様）に基づく、本明細書中に開示される一実施形態によるプロセスについてのカッパー価に対するＳ１８のグラフである。図１４に示されるように、従来の蒸解プロセスについてのＳ１８の値（パーセント）及びカッパー価はライン１４０５によって示され、本明細書中に詳述される白液パッドを用いたプロセスについてのＳ１８及びカッパー価の値はライン１４１０によって示される。白液パッドを用いた場合の値の方が優れている。特に、本明細書中に開示される実施形態に基づくプロセスは、３．０の範囲のＳ１８の値をもたらすことができ、低い残留ヘミセルロース含量を示す。

上記に示すカッパー価の値及び溶解度の値は、下流の冷苛性ソーダ抽出及び漂白の前、蒸解後の褐色紙料の特性を表す。従来の冷苛性ソーダ抽出が行われた後、カッパー価は概して、およそ７〜９にまで低下し、Ｓ１８溶解度は１．７％を下回り、１．５％の範囲に達し得る。これらの値は、高品質パルプの加工を行う従来の方法よりも効率的な、より低コストの方法で達成される、有益な粘度特性を有する、漂白前の、アルファセルロース含量がおよそ９７．５％である高度に精製されたパルプを表す。

加えて、本明細書中に記載の白液パッドの使用は、ヘミセルロースに富んだＣＣＥ濾液液体がチップに接する際に白液によって既に中和されているため、中和段階におけるｐＨショックを回避又は低減することができる。白液パッドは概して、チップ空隙に吸着される際に、木材チップ又は他の類似の有機材料の−ｐＨを増大させる。白液パッドは、前加水分解段階の後、ヘミセルロースにより強化されたＣＣＥ濾液液体が初めにチップに接する前にチップ又は他の類似の材料のｐＨを上昇させる。この作用によって、ｐＨショックが回避されるか、又は最小限に抑えられ、再循環ＣＣＥ濾液からのヘミセルロースは、パルプに再吸着又は沈殿せずに溶液中に留まる。これによりパルプ褐色紙料の純度が増大し、最終的により高純度の最終製品が得られることとなる。

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。

Claims (42)

1. 反応槽内で前加水分解を受けたパルプ含有有機材料を加工する方法であって、
   第１の量の白液を前記反応槽に中和液として添加する工程と、
   前記第１の量の白液の添加後に、前記中和液を完成させるために異なるアルカリ性溶液を前記反応槽に添加する工程と、
   前記中和液を蒸解液で置換する工程と、
   前記パルプ含有有機材料を前記反応槽内で蒸解する工程と、
   蒸解した前記パルプを前記反応槽から取り出す工程と、
   を含む、反応槽内で前加水分解を受けたパルプ含有有機材料を加工する方法。
2. 前記白液が、１リットル当たり１００グラム〜１３０グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する、請求項１に記載の方法。
3. 前記異なるアルカリ性溶液が、冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液が、１リットル当たり５０グラム〜７５グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する、請求項３に記載の方法。
5. 前記冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液が、１リットル当たり６０グラム〜６８グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する、請求項４に記載の方法。
6. 前記冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液を白液により強化して、該冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液の有効アルカリ濃度を増大させる、請求項４に記載の方法。
7. 前記蒸解液が、白液の代わりに冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液を含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液が、１リットル当たり５０グラム〜７５グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する、請求項７に記載の方法。
9. 前記冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液が、１リットル当たり６０グラム〜６８グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する、請求項７に記載の方法。
10. 前記冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液を白液により強化する、請求項７に記載の方法。
11. 前記蒸解において、熱黒液を冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液と併用する、請求項１に記載の方法。
12. 前記熱黒液が、１リットル当たり３８グラム〜５０グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記熱黒液が、１リットル当たり４０グラム〜４５グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する、請求項１１に記載の方法。
14. 前記熱黒液を白液により強化して、該熱黒液の有効アルカリ濃度を増大させる、請求項１３に記載の方法。
15. 前記蒸解パルプを冷苛性ソーダ抽出（ＣＣＥ）段階に供して、９８％を超えるアルファ含量を有する精製パルプを得る、請求項１に記載の方法。
16. 前記精製パルプが７〜９のカッパー価を有する、請求項１５に記載の方法。
17. 前記第１の量の白液が、中和において適用される全有効アルカリ添加量の少なくとも１０％を占める、請求項１に記載の方法。
18. 前記第１の量の白液が、中和において適用される全有効アルカリ添加量の１３％〜２５％を占める、請求項１に記載の方法。
19. パルプを加工する方法であって、
    パルプ含有有機材料を蒸解釜に添加する工程と、
    前加水分解を行う工程と、
    第１の量の白液を前記蒸解釜に中和液として添加する工程と、
    前記第１の量の白液の添加後、第１の量の冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液を含む溶液を前記蒸解釜に添加して、前記中和液を完成させる、添加工程と、
    前記中和液を、更なる量の白液により強化された、少なくとも熱黒液を含む蒸解液、続いて第２の量の冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液で置換する工程と、
    前記パルプ含有有機材料を前記蒸解釜内で蒸解する工程と、
    蒸解した前記パルプを前記蒸解釜から取り出す工程と、
    を含む、パルプを加工する方法。
20. 前記白液が、１リットル当たり１００グラム〜１３０グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する、請求項１９に記載の方法。
21. 前記第１の量の白液が、中和において適用される全有効アルカリ添加量の少なくとも１０％を占める、請求項２０に記載の方法。
22. 前記第１の量の白液が、前記中和相において適用される前記全有効アルカリ添加量の１３％〜２５％を占める、請求項２１に記載の方法。
23. 前記第１の量の冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液が、１リットル当たり５０グラム〜７５グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する、請求項２０に記載の方法。
24. 前記第１の量の冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液が、１リットル当たり６０グラム〜６８グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する、請求項２０に記載の方法。
25. 前記第１の量の冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液を白液により強化する、請求項２４に記載の方法。
26. 前記第２の量の冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液が、１リットル当たり５０グラム〜７５グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する、請求項１９に記載の方法。
27. 前記第２の量の冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液が、１リットル当たり６０グラム〜６８グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する、請求項２６に記載の方法。
28. 前記第２の量の冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液を白液により強化する、請求項２７に記載の方法。
29. 前記熱黒液が蒸解液の総量の少なくとも半分を含む、請求項１９に記載の方法。
30. 前記熱黒液が、１リットル当たり３８グラム〜５０グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する、請求項１９に記載の方法。
31. 前記熱黒液が、１リットル当たり４０グラム〜４５グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する、請求項１９に記載の方法。
32. 前記熱黒液を、白液又は冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液により強化する、請求項３１に記載の方法。
33. 前記蒸解パルプを冷苛性ソーダ抽出（ＣＣＥ）段階に供して、９７％を超えるアルファ含量を有する精製パルプを得る、請求項１９に記載の方法。
34. 前記蒸解パルプが８〜１２のカッパー価を有する、請求項３５に記載の方法。
35. 植物に由来する半精製パルプであって、蒸解後、冷苛性ソーダ抽出前に、Ｓ１８溶解度で測定した場合の残留ヘミセルロース含量が３．０パーセント未満であり、カッパー価が８を超える、植物に由来する半精製パルプ。
36. 前記植物がハードウッドである、請求項３５に記載の半精製パルプ。
37. 冷苛性ソーダ抽出後、漂白前に、Ｓ１８溶解度で測定した場合の前記残留ヘミセルロース含量が１．７パーセントを超えず、前記カッパー価が９を下回らない、請求項３５に記載の半精製パルプ。
38. パルプを蒸解する方法であって、
    リグノセルロース材料を反応槽に入れるとともに、前加水分解を行う工程と、
    前記反応槽に、１リットル当たり１００グラム〜１３０グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有するパッドとして、第１の量の白液を含む中和液、続いて１リットル当たり６０グラム〜６８グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有するアルカリ性濾液を含む、第１の量の異なる溶液を添加する工程であって、前記第１の量の白液が中和における全有効アルカリ添加量の１０％〜３０％を構成する、添加工程と、
    前記反応槽内の前記中和液を、１リットル当たり３０グラム〜５０グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する熱黒液と、１リットル当たり５０グラム〜７５グラムのＮａＯＨという有効アルカリ度を有する冷苛性ソーダ抽出アルカリ性濾液とを含む蒸解液で置換する工程と、
    前記パルプ含有有機材料を前記反応槽内で蒸解する工程と、
    Ｓ１８溶解度で測定した場合の残留ヘミセルロース含量が３．１％以下である蒸解パルプを前記反応槽から取り出す工程と、
    を含む、パルプを蒸解する方法。
39. 前記リグノセルロース材料がハードウッドを含む、請求項３８に記載の方法。
40. 蒸解時の前記反応槽の温度が摂氏１５０度〜１５３度である、請求項３８に記載の方法。
41. 前記蒸解パルプが８．０を超えるカッパー価を有する、請求項３８に記載の方法。
42. 前記蒸解液を白液により強化する、請求項３８に記載の方法。

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