JP5544490B2 - パルプ製造方法及びパルプ - Google Patents

Description

本発明は、パルプの製造に関し、特に、油ヤシに代表されるヤシ科植物の樹幹や空果房からもパルプを効率的に生成できるパルプ製造装置及びパルプ製造方法に関する。

従来、木材などから化学パルプを製造する方法として、クラフト法（ＫＰ法）とサルファイト法（ＳＰ法）が広く知られている。

しかしながら、上述したクラフト法（ＫＰ法）及びサルファイト法（ＳＰ法）は、いずれも高圧下（例えば、５〜８気圧）、且つクラフト法（ＫＰ法）では１５０〜１７０℃（１〜２時間）、サルファイト法（ＳＰ法）では１２０〜１３０℃（７〜８時間）の環境下で蒸解処理を行うため、高度に耐久性のある製造設備を要求され、その結果、設備投資額が大きくなるという問題があった。

さらに、クラフト法（ＫＰ法）は、パルプ強度面では非常に優れているが、苛性ソーダと硫化ソーダの混合水溶液を用いるため、硫化水素ガスによる臭気対策が必要であり、環境面での多大な設備投資を必要とするという問題があった。

一方、サルファイト法（ＳＰ法）は、高白色度のパルプを生成できることが評価されているが、亜硫酸カルシウム水溶液を用いているため、カルシウム（Ｃａ）ベース故にパルプの原材料チップへの薬液の浸透が悪く、パルプ化可能樹種が限定されてしまうという問題があった。また、生成されるパルプの品質は、パルプに硫酸基が残留し、原料パルプとして用途制限があるという問題があった。さらに、亜硫酸ガス対策と、黒液の処理対策にも多額の投資を要する大型環境設備が必要であるという問題があった。

また、従来、油ヤシに代表される単子葉ヤシ科植物は、パーム油採取を目的として、熱帯地域のプランテーションで多く栽培されている。また、パーム油を採取した後の油ヤシの大半は、焼却廃棄されているという現状がある。一方、パーム油を採取した後の油ヤシをパルプの原材料として利用する方法も考えられている。しかし、油ヤシに代表される単子葉ヤシ科植物の樹幹は非繊維質の柔組織細胞が多く含まれている。柔組織細胞は、吸水性が良く、パルプ製造工程で使用される薬液を多く吸収するので、製造工程で多量の薬品が必要になり、採算が悪化するという問題があった。

本発明は、斯かる実情に鑑み、大気圧雰囲気中で、且つクラフト法及びサルファイト法（ＳＰ法）よりも低い温度環境下でパルプ生成を行うことができる、パルプ製造装置、パルプ製造方法等を提供しようとするものである。特に、油ヤシに代表される単子葉ヤシ科植物を原料として、パルプ生成を行うことが好ましい。

また、本発明は、１つのパルパー内で原材料からパルプ生成まで行えるパルプ製造装置等を提供するとともに、上述したクラフト法（ＫＰ法）及びサルファイト法（ＳＰ法）の問題点を解決し、クラフト法パルプに準じた強度と、サルファイト法パルプの高白色度の特徴を兼ね合わせ持つパルプの製造装置等を提供しようとするものである。

本発明者の鋭意研究により、上記目的は、原材料に硝酸を含む薬液を浸透させ、多孔質化する酸化工程（主に酸加水分解工程）と、多孔質化した原材料に苛性ソーダを含む薬液を浸透させるとともに、渦流によって原材料同士を接触させることで繊維とリグニンを分離し、パルプ繊維束を離解して、多孔質化した原材料を解きほぐす蒸解工程と、を少なくとも備えることによって、大気圧雰囲気中で、且つ従来よりも低い温度環境下で、硝酸による酸加水分解反応と、苛性ソーダによるアルカリ蒸解反応及び渦流によるせん断力とを利用してパルプを生成することで達成される。

本発明のパルプ製造装置は、パルプを生成する原材料及び該原材料に浸透させる薬液を投入するタンク本体と、硝酸を含む薬液及び苛性ソーダを含む薬液を、この順番で前記タンク本体に供給する薬液供給装置と、前記タンク本体に満たされた前記硝酸を含む薬液及び前記苛性ソーダを含む薬液の温度を複数段階に制御する液温度制御装置と、前記タンク本体に設けられ、該タンク本体に供給された原材料と前記苛性ソーダを含む薬液に渦流を生成する渦流生成装置と、前記タンク本体に設けられ、前記薬液供給装置が次工程処理で使用する薬液を前記タンク本体に供給する前に、前記タンク本体にすでに供給されている前工程処理で使用した薬液を排出する薬液排出装置と、を備え、前記タンク本体において、前記硝酸を含む薬液及び前記苛性ソーダを含む薬液による各製造工程をバッチ処理により行い、前記タンク本体内において前記原材料をパルプ化することを特徴とする。

さらに、上記パルプ製造装置において、前記薬液供給装置は、前記硝酸を含む薬液を供給した後、前記苛性ソーダを含む薬液を供給する前に、湯水を含む薬液をタンク本体に供給することができ、前記液温度制御装置は、タンク本体に満たされた前記湯水を含む薬液の温度を制御することが好ましい。

さらに、上記パルプ製造装置において、前記液温度制御装置は、少なくとも前記硝酸を含む薬液及び前記苛性ソーダを含む薬液による各製造工程を１０５℃以下の温度条件に制御することが好ましい。

さらに、上記パルプ製造装置において、前記タンク本体に設けられ、前記タンク本体内で発生したガスを回収し、再利用するガス回収装置と、を更に備えることが好ましい。

さらに、上記パルプ製造装置において、前記薬液排出装置には、前記硝酸を含む薬液及び前記苛性ソーダを含む薬液を通過させるが、前記原材料又は生成されたパルプを通過させないストレーナが更に設けられていることが好ましい。

さらに、上記パルプ製造装置において、前記ストレーナの穴径は、１．５ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることが好ましい。

さらに、上記パルプ製造装置において、前記薬液排出装置により排出された前記硝酸を含む薬液及び前記苛性ソーダを含む薬液を、一時的に貯留する貯留タンクと、前記貯留タンクに貯留した前記硝酸を含む薬液及び前記苛性ソーダを含む薬液に含まれる異物を除去する異物除去装置と、前記異物を取り除いた後の前記硝酸を含む薬液及び前記苛性ソーダを含む薬液を、前記タンク本体に再供給する、再利用液供給装置と、を更に備えることが好ましい。

さらに、上記パルプ製造装置において、前記タンク本体に設けられ、前記生成されたパルプを前記硝酸を含む薬液及び前記苛性ソーダを含む薬液と分けて排出するパルプ排出用ストレーナがさらに設けられていることが好ましい。

前記原材料は、アオイ科フヨウ属の植物、アサ科アサ属の植物、バショウ科バショウ属の植物、その他の非木材の植物であってもよいし、単子葉植物ヤシ科の植物又は禾本科植物であってもよい。ここで、前記禾本科植物は、麦藁、竹、葦又はイネ科サトウキビ属の植物であることが好ましい。

また、本発明のパルプ製造方法は、原材料に、大気圧雰囲気中で硝酸を含む薬液を浸透させ、該原材料を多孔質化する酸化工程と、前記多孔質化した原材料に、大気圧雰囲気中で苛性ソーダを含む薬液を浸透させるとともに、渦流によって前記原材料同士を接触させることで、多孔質化された前記原材料の繊維とリグニンを分離し、繊維束を解きほぐす蒸解工程と、を少なくとも備えることを特徴とする。

さらに、上記パルプ製造方法において、前記酸化工程後、前記蒸解工程前に、前記多孔質化した原材料を湯水を含む薬液中で煮沸して残存硝酸を蒸散させる煮沸工程を、更に備えることが好ましい。

さらに、上記パルプ製造方法において、前記蒸解工程後、苛性ソーダを含む他の薬液によって、前記原材料の蒸解を促進し、残存リグニンを抽出するとともに、渦流によって前記原材料同士を接触させることで、多孔質化された前記原材料を解きほぐす第２蒸解工程を、更に備えることが好ましい。

さらに、上記パルプ製造方法において、単子葉植物ヤシ科の植物を破砕及び選別して繊維状チップを取り出して、前記タンク本体に供給する為の前記原材料を生成する破砕工程を、更に備えることが好ましい。

さらに、上記パルプ製造方法において、少なくとも前記酸化工程及び前記蒸解工程は、１０５℃以下の温度下で行われることが好ましい。

さらに、上記パルプ製造方法において、前記酸化工程及び前記蒸解工程は、一つのタンク本体において段階的に行われることが好ましい。

さらに、上記パルプ製造方法において、前記蒸解工程によって生成されたパルプの濃度が２〜２０％であることが好ましい。

本発明によれば、大気圧雰囲気中で、且つ従来よりも低い温度環境下（例えば１０５℃以下）でパルプ生成を行うことができるパルプ製造装置等を提供できるという優れた効果を奏し得る。さらに、１つのパルパー内で原材料からパルプ生成まで行えるパルプ製造装置等を提供することもできる。また油ヤシに代表される単子葉ヤシ科植物を原料としてパルプを生成することも可能である。

第１実施形態に係るパルプ製造装置の概略を示す全体構成図である。 第１実施形態に係るパルプ製造方法の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態に係るパルプ製造装置の概略を示す全体構成図である。 第３実施形態に係るパルプ製造装置の概略を示す全体構成図である。 第４実施形態に係るパルプ製造方法の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

本発明のパルプ製造装置及び方法は、原材料に硝酸を含む薬液を浸透させ、多孔質化する酸化工程（酸加水分解反応）と、多孔質化した原材料に苛性ソーダを含む薬液を浸透させるとともに、渦流によって原材料同士を接触させることでリグニンを分離し、パルプ繊維束を離解して、多孔質化した原材料を解きほぐす蒸解工程と、を少なくとも備える。本発明のパルプ製造装置及び方法においては、酸化工程及び蒸解工程は、大気圧雰囲気中で、且つ従来よりも低い温度環境下（例えば１０５℃以下）で行うことができる。さらに、酸化工程と蒸解工程との間に、原材料に付着した残存硝酸を取り除き洗浄する温水による煮沸工程を有していてもよい。以下、本発明のパルプ製造装置及び方法について、タンク本体が一つの処理室によって構成されたパルプ製造装置を使用し、各処理を段階的に行うバッチ方式のパルプ製造方法を実施した態様を中心として説明するが、本発明のパルプ製造装置及び方法は、タンク本体に複数の処理室を設け、又は複数のタンク本体を設けたパルプ製造装置でも実現可能である。なお、複数の処理室又はタンク本体を用いた場合は、薬液供給装置やガス回収装置を共通として、バッチ式のパルプ製造方法を並列的に行ってもよいし、各処理室又はタンク本体に薬液供給装置やガス回収装置を設けてもよい。

＜第１実施形態装置構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るパルプ製造装置１の全体構成が示されている。

パルプ製造装置１は、タンク本体１０と、薬液供給装置２０と、液温度制御装置３０と、渦流生成装置４０と、薬液排出装置５０と、ガス回収装置６０と、を備えて構成されている。なお、本明細書では、タンク本体１０、液温度制御装置３０、渦流生成装置４０、薬液排出装置５０、ガス回収装置６０を含めて、パルパー１００と言う。

パルパー１００のタンク本体１０は、内部で原材料の酸化工程及び蒸解工程が行われる箱状の容器であり、第１乃至３の薬液により化学反応し難い材質で形成されており、特に耐酸性及び耐アルカリ性などの耐薬品性や温度に対する耐久性が高い材料で形成されている。例えば、タンク本体１０は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）から形成された、図１に示すような略球体の形状を採用できる。タンク本体１０の底面１２には、薬液排出装置５０が設けられている。そして、薬液排出装置５０の上側には、渦流生成装置４０が設けられている。また、パルパー１００のタンク本体１０には、薬液（後述する第１乃至３の薬液）や温水の温度を複数段階で制御するための液温度制御装置３０が設けられ、タンク１０本体の上側には、原材料と薬液の化学反応で発生するガスを回収するガス回収装置６０が設けられている。さらに、パルパー１００のタンク本体１０には、外部に設けられている薬液供給装置２０から供給される第１乃至３の薬液をタンク本体１０内に導入するための３つの薬液供給管１４Ａ〜１４Ｃ（以下、単に薬液供給管１４と言うことがある）と、温水又は洗浄水を導入するための温水供給管１６Ａ、洗浄水供給管１６Ｂが設けられている。第１乃至３の薬液の詳細は後述する。

なお、パルパー１００は、蒸解工程において、渦流生成装置４０により、タンク本体１０内部に渦流（乱流）を生成し、パルプ繊維束を離解できるようになっている（詳細は後述）。したがって、パルパー１００のタンク本体１０は、内部に乱流を効率的に発生させることができる内部構造であることが好ましい。例えば、タンク内部に邪魔板（バッフル）を設け、上下の液流を発生させて、攪拌効率を向上させてもよい。

また、薬液供給管１４は、本実施形態では、第１乃至３の薬液ごとに別々に設けているが、タンク本体１０に導入される薬液供給管１４を１つであっても好ましい。この場合、１つの薬液供給管１４に接続されるとともに、各薬液タンク（後述する、第１乃至３薬液タンク２１〜２５）に接続されている各薬液供給管にバルブを設け、必要な薬液に対応するバルブを開放することによって、第１乃至３の薬液を選択してタンク本体１０に供給することが好ましい。

薬液供給装置２０は、異なる薬液を入れる複数の薬液タンク、温水や洗浄水を入れる温水タンクや洗浄水タンクを備えて構成されている。詳細に、薬液供給装置２０は、硝酸を含む第１の薬液を貯留する第１薬液タンク２１、温水を含む第２の薬液を貯留する第２薬液タンク２３、苛性ソーダを含む第３の薬液を貯留する第３薬液タンク２５、温水を貯留する温水タンク２８、洗浄水を貯留する洗浄水タンク２９から構成されている。

さらに、薬液供給装置２０は、第１乃至３薬液タンク２１〜２５からタンク本体１０に第１乃至３の薬液を誘導する薬液供給管１４Ａ〜１４Ｃ、ポンプ２１Ａ〜２５Ａを備えて構成されている。ポンプ２１Ａ〜２５Ａは、第１乃至３薬液タンクから第１乃至３の薬液を吸い上げ、薬液供給管１４Ａ〜１４Ｃを通して、タンク本体１０に薬液を供給できるようになっている。また、温水タンク２８及び洗浄水タンク２９も同様に、温水供給管１６Ａ、洗浄水供給管１６Ｂが接続され、ポンプ２８Ａ、２９Ａによって、温水や洗浄水をタンク本体１０に供給できるようになっている。

液温度制御装置３０は、電流制御装置３２と、電流制御装置３２に接続された電熱線３４と、熱電対３６から構成されている。電熱線３４は、タンク本体１０内に満たされた薬液を温めることができる位置に配設され、熱電対３６は、タンク本体１０内に満たされた薬液の温度を測定できる位置に配設されている。したがって、電流制御装置３２は、熱電対３６により薬液の液温を検出し、その検出結果に基づいて電熱線３４に流す電流を制御することによって、タンク本体１０内の薬液の温度が所定の設定温度にすることができる。また、電流制御装置３２は、薬液の加熱タイミングや薬液の種類に応じて、薬液の温度を複数段階に調整（制御）できるようになっている。

なお、液温度制御装置３０による薬液の加熱方法は、電熱線３４により加熱する方法に限定されるものではない。例えば、パルプ製造装置やその他の設備において発生した熱（スチーム熱）を再利用しても良く、ガス遠赤外線により加熱する方法を用いても良く、オイルを触媒として、そのオイルを温めることによって加熱しても良い。さらに、電磁誘導による発熱を熱源として用いても良い。また、タンク本体に直接設けられていてもよいし、タンク本体とは別に設けられ、タンク本体に近接して設置されても、タンク内に設置されてもよい。もちろん、薬液を加熱するだけでなく、タンク本体１０を冷却水などで冷却するようにしても好ましく、このような冷却手段を設けることによって、より短時間で、精度良く薬液の温度を制御することができる。

次に、渦流生成装置４０は、タンク本体１０内に投入された原材料の繊維をなるべく切断しないで、タンク本体１０内に渦流を生成できる渦流生成構造を有する装置である。渦流生成装置４０は、効率的に渦流を生成できる形状に形成された羽根をモータ４２によって回転させることによって、薬液に回転水流（渦流）を発生させるとともに、渦流によって薬液の中で原材料同士を接触させて、互いに絡まっている原材料の繊維を解きほぐすことができる。１例として、渦流生成装置４０の羽根は、中心から外縁方向になだらかに凸状になるように形成されている。渦流生成装置４０の羽根は、略９０度間隔で４か所形成されている。もちろん、羽根の形状は、原材料の繊維を切らず、且つ効率よく解きほぐすことができるものであれば本実施形態の形状に限定されるものではない。

薬液排出装置５０は、タンク本体１０の底面１２に設けられた孔（以下、ストレーナ５２と言う）を備えて構成される。薬液排出装置５０は、少なくとも１つのストレーナ５２を有していれば良いが、例えば、同心円状に複数のストレーナ５２を有していても良い。本実施例では、ストレーナ５２は、渦流生成装置４０と同心円状に８つ形成されている。また、ストレーナ５２は、第１乃至３の薬液により化学反応し難い材質で形成されていることが好ましく、特に耐酸性及び耐アルカリ性などの耐薬品性や温度に対する耐久性が高い材料で形成されていることが好ましい。例えば、ストレーナ５２は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）から形成される。

渦流生成装置４０は、ストレーナ５２の上側で、任意の間隔Ｌ（例えば、２〜１０ｍｍ）だけ離れ、略平行になるように設けられている。そして、渦流生成装置４０が回転することによって、渦流生成装置４０とストレーナ５２の間に引き込む方向（図１の矢印Ａ方向）に流れる水流が作られる（これをサクション効果と言う）。つまり、渦流生成装置４０を駆動させることによって、使用済みの第１乃至３の薬液を渦流生成装置４０とストレーナ５２の間に引き込み、ストレーナ５２からタンク本体１０の外に排出することができる。

また、ストレーナ５２の孔径は、１．５〜１０．０ｍｍの範囲（原材料チップがストレーナ５２を通過できない孔径）であることが好ましい。ストレーナ５２の孔径をこの範囲に設定することによって、薬液の排出初期の段階では、薬液と混合している原材料のうち、比較的大きい原材料チップがストレーナ５２を通過できずに引っ掛かり、ストレーナ５２の上に次々と堆積して目の大きいフィルターと同様の効果を持つようになる。その後、排出初期段階で作られた大きい原材料チップが堆積したフィルターにより、より小さい原材料チップが引っ掛かってさらに堆積し、最終的には目の細かいフィルターを形成する。この状態になると、ストレーナ５２は、原材料チップで作られる目の細かいフィルターにより原材料チップの排出をほぼ防止し、薬液のみを排出できるようになる。このように、薬液の排出初期段階では、比較的小さな原材料チップは、薬液と一緒に排出されてしまうが、薬液排出の過程で、原材料チップの堆積物からなるフィルターが比較的早い段階で形成され、専用のスクリーンなどを設けなくても、原材料チップの流出を防止できるようになっている。ただし、ストレーナ５２に専用のスクリーンを設けてもよい。

ガス回収装置６０は、タンク本体１０の上部に設けられ、タンク本体１０内で発生したガスを排出及び回収する装置である。ガス回収装置６０は、排気口６２、排気ダクト６４、ガス回収タンク６６から構成されている。なお、発生ガスは水に溶かして回収し、タンク本体１０に供給する薬液として再利用することが好ましい。具体的には、ガス回収タンク６６に回収されたガスを、スクラバー等で回収し、不純物等を取り除いた後、発生したガスに対応する薬液を貯留している第１、２薬液タンクに戻すようにしても良い。なお、本実施形態では、スクラバーで回収したガスを目的となる濃度になるまで一時的に貯留し、タンク本体１０に直接供給するようにしている。

＜パルプ製造方法＞
次に、本実施形態に係るパルプ製造装置１によるパルプの製造方法について説明する。図２は、パルプの製造方法の流れを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１１０では、破砕工程を行う。油ヤシに代表される単子葉ヤシ科植物（以下、ヤシと言う）の樹幹の場合は、軸方向に輪切り（例えば、軸長さ１５０〜２００ｍｍ）にしたものをハンマーミル等で粉砕する。粉砕した樹幹は、さらに５ｍｍ角程度の格子状の振動スクリーン（ふるい）にかけて、繊維状チップ（原材料チップと言うこともある）と柔組織細胞（繊維質でない部分）を選別し、繊維状チップのみを取り出す。なお、原材料がヤシの空果房の場合は、柔組織細胞は殆ど含まれていないので、振動スクリーンで柔組織細胞を選別する必要はなく、空果房をハンマーミルで破砕して、そのまま原材料チップとして使用することができる。

また、最終的に生成するパルプの品質を向上させるため、原材料は、同一種類の材料であることが好ましく、可能な限りヤシ科植物の樹幹と空果房は、ハンマーミルで別々に粉砕するのが好ましい。

次に、ステップＳ１１２では、タンク本体１０に温水と硝酸の混合液を供給するとともに、繊維状チップ（又は原材料チップ、以下同じ）を投入して酸化処理（酸化工程）を行う。この硝酸を第１の薬液と言う。詳細に、まず、薬液供給装置２０は、温水タンク２８及び第１薬液タンク２１から、９０℃以上に加熱した温水と、硝酸をタンク本体１０に供給するとともに、ステップＳ１１０で破砕した繊維状チップを投入する。その後、液温度制御装置３０により、第１の薬液の温度を８０〜９０℃の範囲で制御しつつ、酸化反応を行う。処理後の第１の薬液は、薬液排出装置５０から排出される。

酸化工程の温度は、なるべく高温に維持することが好ましい。ただし、硝酸の発煙温度が８７．５℃なので、濃度の変動を抑えるためには８７．５℃以下とすることが好ましいが、多少の濃度変化を許容し、反応促進を優先するのであれば、発煙温度を超えて９０℃程度まで上昇させてもよい。温水と硝酸の混合比は、原材料の種類や嵩比重によって異なるが、酸性度を低くして品質を制御しやすくすることが好ましい。好ましくは、硝酸濃度を０．５〜５．０重量％の範囲とする。液比（原材料の絶乾重量：硝酸の重量）は５以下とすることが好ましい。また、酸化工程の条件（濃度、時間、温度等）に応じて、パルプの品質も制御することができる。

ステップＳ１１４では、煮沸処理（煮沸工程）を行う。詳細に、薬液供給装置２０は、第２薬液タンク２３から、沸騰した温水を含む第２の薬液をタンク本体１０に供給する。そして、液温度制御装置３０により、第２の薬液の温度を９９℃以上で煮沸し、ステップＳ１１２の酸化工程による繊維状チップの酸化反応を促進させるとともに、残存硝酸を蒸散させる。したがって、この煮沸工程により、原材料に付着した残存硝酸を取り除くことができ、洗浄も同時に行うことができる。処理後の第２の薬液は、薬液排出装置５０から排出される。なお、煮沸処理（煮沸工程）は、残存硝酸を蒸散させるために実施することが好ましいが、酸化工程後の残存硝酸を無視できる場合には省略することもできる。この場合、図１の装置において、第２薬液タンク２３、ポンプ２３Ａ及び薬液供給管１４Ｂは不要となる。

上述した酸化工程（ステップＳ１１２）、煮沸工程（ステップＳ１１４）により、タンク本体１０内の残存不純物、ゴミや塵及び柔組織細胞を効果的に除去することができる。

ステップＳ１１６では、蒸解処理（蒸解工程）を行う。詳細に、薬液供給装置２０は、第３薬液タンク２５から、苛性ソーダを含む第３の薬液をタンク本体１０に供給する。また、液温度制御装置３０は、タンク本体１０に満たされた第３の薬液を加熱し、９０〜９５℃で温度制御を行い、繊維状チップの蒸解反応（リグニンの分離）を促進する。なお、タンク本体１０に供給される第３の薬液は、予め９５℃以上に加熱されていることが望ましく、このように９５℃以上に加熱された第３の薬液（例えば１００℃）をタンク本体１０に供給すると、タンク内の原材料等との温度差で温度降下するが、短時間で９０〜９５℃に温度制御することができるので、蒸解反応の反応時間を短縮することができる。第３の薬液における苛性ソーダの濃度は、原材料の種類や嵩比重によって異なるが、好ましくは、苛性ソーダ濃度を０．５〜５．０重量％の範囲、より好ましくは、苛性ソーダ濃度を１．０〜２．０重量％の範囲とする。さらに第３の薬液中には蒸解助剤を添加してもよい。

また、この蒸解工程では、上述した第３の薬液による繊維状チップの蒸解と共に、渦流生成装置４０を駆動して薬液の中で過流を生成し、繊維状チップを構成する繊維質を生成された渦流によって解きほぐす。この時、タンク本体１０に投入される繊維状チップの量は、生成されるパルプの濃度が２〜２０％（重量％）の範囲であることが好ましい。これによって、渦流によるパルプ同士の接触によるせん断力を利用し、パルプ繊維の解離を効果的に行えるとともに、蒸解におけるセルロースの損傷を最小限にすることができる。

また、上述した、酸化工程（ステップＳ１１２）、煮沸工程（ステップＳ１１４）、蒸解工程（ステップＳ１１６）の各工程は、少なくとも１０５℃以下の温度環境下で行われることが好ましい。なお、本発明では、従来のような高気圧を必要とせず、大気圧雰囲気中で行うものであるから、通常は水の沸点である１００℃以下の条件であるが、タンク本体の気密性を高めたり、助剤を添加したりすることで沸点が上昇し、１００℃以上の条件となる場合もある。

その後、反応済みの第３の薬液（黒液と言う）は、薬液排出装置５０から排出される。

上述した、酸化工程（ステップＳ１１２）〜蒸解工程（ステップＳ１１６）により、繊維状チップからパルプが生成される。

そして、ポンプ２９Ａを駆動して、洗浄水タンク２９から洗浄水等をタンク本体１０に供給した後、ストレーナ５２のバルブ（図示省略）を開き、生成されたパルプをポーチャー等のパルプ貯留タンク（図示省略）に移動させる。

その後、生成したパルプを希釈させ、更に洗浄しＰｈをコントロールする洗浄工程、パルプに含まれる異物やゴミを分離して除去する精選工程（一次精選、二次精選）、パルプの繊維を離解させる離解工程、パルプ中の着色成分を脱色、又は分解、除去する漂白工程を行い、より高品質なパルプが生成される。

上述したように、パルプ製造装置１は、原材料チップを酸化、煮沸、蒸解するために用いられる第１乃至３の薬液（但し、煮沸工程が不要の場合は、第１及び第３の薬液）を、この順番でタンク本体１０に供給する薬液供給装置２０と、タンク本体１０に供給された薬液ごとに温度を複数段階に制御する液温度制御装置３０と、少なくとも第３の薬液と混合した原材料チップに渦流を生成する渦流生成装置４０と、タンク本体１０の薬液を次工程の薬液供給前に排出する薬液排出装置５０を備えている。これによって、同一のタンク（タンク本体１０）内で、バッチ処理により原材料チップをパルプに生成することができ、パルプ製造設備の簡素化や小型化、さらに低コスト化を図ることができる。

また、タンク本体１０の上側には、薬液と原材料チップが反応して発生したガスを、タンク本体１０の外に排気して回収するガス回収装置６０が設けられている。ガス回収装置６０は、発生したガスを水に溶かして回収する構造となっている。これによって、タンク本体１０から発生したガスを水に溶かして迅速に回収できるとともに、回収したガスが溶融した目的の濃度の水溶液を薬液として再利用することができる。

また、ストレーナ５２の孔径は、原材料チップの大きさの平均値のよりも小さく設定する。これによって、排出初期は、薬液とともにストレーナ５２から排出される原材料チップの中で大き目の原材料チップがストレーナ５２に堆積し、徐々に小さ目の原材料チップも堆積し、最終的にストレーナ５２の開口部に原材料チップが堆積してできたフィルターが形成されるようになっている。つまり、ストレーナ５２には、フィルターを設けなくても、原材料チップが排出されながらフィルターを形成し、薬液は排出するが原材料チップは排出しないようになっている。

また、原材料は、単子葉植物であることが好適である。単子葉植物を破砕して作った繊維状チップをパルプ製造装置１により、同一タンク内で容易にパルプ化することができる。

また、原材料の単子葉植物は、特に油ヤシに代表される単子葉植物ヤシ科であることが好適である。油ヤシは、繊維質が大半を占める空果房と、非繊維質である柔組織細胞が約３５〜４５％を占める樹幹がある。本実施形態のパルプ製造装置１は、破砕工程で樹幹から柔組織細胞を略取り除いて（９０％以上）、繊維質部でアスペクト比２０〜４００となる繊維状チップ（例えば、直径０．５ｍｍ×長さ２００ｍｍ（アスペクト比４００）の繊維状チップ）を選別してパルプの原材料としてタンク本体１０に供給できるので、従来難しかったヤシ科植物の樹幹を、簡単な工程でパルプの原料とすることができる。

なお、原材料となる単子葉植物は、上述した単子葉植物ヤシ科の植物に限定されるものではなく、例えば、禾本科植物である麦藁、竹、葦、イネ科サトウキビ属の植物でも好ましい。

また、パルプの原材料は、非木質であっても好ましい。例えば、ケナフに代表されるアオイ科フヨウ属の植物、麻に代表されるアサ科アサ属の植物、バナナに代表されるバショウ科バショウ属の植物であっても好ましい。

また、本実施形態では、蒸解工程（ステップＳ１１６）において、渦流生成装置４０を用いて、タンク本体１０内に渦流を生成し、第３の薬液の中で原材料の繊維束を離解するようにしているが、酸化工程（ステップＳ１１２）、煮沸工程（ステップＳ１１４）においても、タンク本体１０内に渦流を発生させるようにしてもよい。

また、パルプ製造方法は、繊維状チップと酸化反応して多孔質化させる第１の薬液を、タンク本体１０内の繊維状チップに浸透させる酸化工程と、酸化工程により多孔質化した繊維状チップに苛性ソーダを浸透させるとともに、渦流によって繊維状チップの繊維を解きほぐす蒸解工程を少なくとも備えている。さらに、パルプ製造方法は、湯水を含む第２の薬液を、タンク本体１０内の繊維状チップに浸透させて煮沸して酸化反応を促進させる煮沸工程を備えていてもよい。これによって、１つのタンク本体１０内で、原材料となる繊維状チップからパルプを生成できるので、低温蒸解で、さらに蒸解時間を短縮できるとともに、製造設備自体を小型化することができる。

また、本実施形態に係るパルプ製造方法は、原材料を破砕する破砕工程を備えている。つまり、特に原材料が油ヤシに代表される単子葉植物ヤシ科の植物の樹幹を使用する場合、樹幹を破砕して、柔組織細胞を選別除去した後の繊維状チップのみを取り出して原材料とするので、従来パルプの原料としては極めて使用し難かった、ヤシ科植物の樹幹を簡単な工程でパルプの原料にすることができる。

また、上述したパルプ製造方法の、少なくとも酸化工程（ステップＳ１１２）、煮沸工程（ステップＳ１１４）、蒸解工程（ステップＳ１１６）は、大気圧雰囲気中で行われる。したがって、特別な加圧装置や、気密を保ったタンクの中で各処理する必要がなく、パルプ製造装置自体を小型化、低コストにすることができるとともに、安全性の向上と、装置寿命を向上させることができる。なお、大気圧雰囲気中とは、特別な加圧装置による加圧をせずに通常の大気圧雰囲気の条件下でパルプ製造方法を行うことであり、タンク本体の気密性を高めることで、蒸発した気体によって圧力が若干変化することまでも除外するものではない。

また、上述したパルプ製造方法の、少なくとも酸化工程（ステップＳ１１２）、煮沸工程（ステップＳ１１４）、蒸解工程（ステップＳ１１６）は、１０５℃以下の温度環境下で行われる。したがって、装置の耐熱寿命を延ばすことによって、装置の信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態におけるパルプ製造方法では、煮沸工程（ステップＳ１１４）における第２の薬液の温度を９９℃以上にしている。これによって、タンク本体１０や繊維状チップに付着した残存硝酸を確実に蒸散することができる。

また、本実施形態におけるパルプ製造方法では、蒸解工程（ステップＳ１１６）において、第３の薬液と生成されるパルプ濃度が２〜２０％（重量％）となる繊維状チップとの混合液の中で渦流を生成して、繊維状チップの繊維同士を接触させる。これによって、渦流の中における繊維同士の接触によるせん断力により、繊維が切れることなく、パルプの繊維どうしが接触し合いながら解きほぐれ、蒸解を短時間で行えるとともに、生成されるパルプの品質を向上させることができる。また、本発明のパルプ製造装置は、蒸解工程におけるパルプ濃度が２〜２０％（重量％）であり、低濃度のパルパーとしても、高濃度のパルパーとしても使用することができる。

＜第２実施形態装置構成＞
次に、第２実施形態に係るパルプ製造装置について説明する。図３は、第２実施形態に係るパルプ製造装置２の全体構造図である。パルプ製造装置２は、処理済みの第１乃至３の薬液を貯留タンク７０に一時的に貯留し、異物除去装置８０によって各薬液の不純物を取り除いた後、再利用液供給装置９０を介して薬液供給装置２０に戻すことによって、第１乃至３の薬液を再利用できることころに特徴がある。なお、タンク本体１０、薬液供給装置２０、液温度制御装置３０、渦流生成装置４０、薬液排出装置５０、ガス回収装置６０については、第１実施形態と同じ構造、機能を持つものであるので、同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。

貯留タンク７０は、薬液排出装置５０の排出側に接続され、タンク本体１０から排出された薬液を溜めることができる。異物除去装置８０は、貯留タンク７０と管７２で接続されている。また、管７２には、開閉バルブ（図示省略）が設けられており、開閉バルブを開放することによって、貯留タンク７０に溜められた薬液を異物除去装置８０に移すことができる。さらに、異物除去装置８０には、再利用液供給装置９０が接続されている。再利用液供給装置９０は、異物除去装置８０で異物除去処理がされた第１乃至３の薬液を、対応する第１乃至３薬液タンクに導くための管９１〜９５、異物除去後の薬液をどの管９１〜９５に流すかを選択するための開閉バルブ９１Ａ〜９５Ａを備えて構成されている。つまり、異物除去装置８０は、いずれかの開閉バルブ９１Ａ〜９５Ａを開放することによって、異物が除去された薬液を対応する第１乃至３薬液タンク２１〜２５に戻すことができる。なお、本実施形態のように、異物除去装置８０に接続されている再利用液供給装置９０は、第１乃至３薬液タンク２１〜２５に接続し、処理済みの薬液を第１乃至３薬液タンク２１〜２５に戻す構造に限定されるものではない。例えば、再利用液供給装置９０（具体的には、管９１〜９５）をタンク本体１０に接続し、必要な処理タイミング（例えば、第１乃至３の薬液の順番）で、異物除去後の薬液をタンク本体１０に直接供給するようにしても好ましい。

上記の構造によって、パルパー１００のタンク本体１０で処理された第１乃至３の薬液は、薬液排出装置５０によって排出された後、薬液排出装置５０と接続されている貯留タンク７０に溜められる。そして、貯留タンク７０の処理済みの薬液は、任意のタイミング（例えば、異物除去装置８０において、前回の処理で使用した処理済みの薬液中の異物を除去し終わった後）に、管７２を通して異物除去装置８０に移される。

異物除去装置８０では、例えば、振動スクリーンやストレーナなどを通すことによって、処理済み薬液中の異物や不純物を除去する。そして、再利用液供給装置９０の開閉バルブ９１Ａ〜９５Ａを開くことによって、異物等を取り除いた薬液を対応する第１乃至３薬液タンク２１〜２５に戻すことができる。薬液を第１乃至３薬液タンク２１〜２５に戻した後、再利用液供給装置９０の開閉バルブ９１Ａ〜９５Ａは閉じられる。そして、貯留タンク７０、異物除去装置８０に、洗浄水や温水が供給され、排出口（図示省略）から排出される。これによって、前回処理で、貯留タンク７０や異物除去装置８０に付着した薬液を洗い流すことができる。

第２実施形態では、上記のように、薬液排出装置５０により排出された第１乃至３の薬液を、一時的に貯留する貯留タンク７０、貯留タンク７０に貯留した第１乃至３の薬液に含まれる異物を除去する異物除去装置８０、異物を取り除いた後の第１乃至３の薬液を、この順番でタンク本体１０に再供給する、再利用液供給装置９０を備える構造とした。したがって、処理済みの第１乃至３の薬液を再利用することができるので、薬液の全体としての使用量を少なくできるとともに、処理済みの薬液を廃棄するための手間とコストの削減ができる。

＜第３実施形態装置構成＞
次に、第３実施形態に係るパルプ製造装置について説明する。図４は、第３実施形態に係るパルプ製造装置３の全体構造図である。パルプ製造装置３は、蒸解工程で生成されたパルプをパルパー１００のタンク本体１０から排出するための、パルプ排出用ストレーナ１１０をタンク本体１０に設けたところに特徴がある。なお、タンク本体１０、薬液供給装置２０、液温度制御装置３０、渦流生成装置４０、薬液排出装置５０、ガス回収装置６０については、第１実施形態と同じ構造、機能を持つものであるので、同じ番号を付し、詳細な説明は省略する。

本実施形態に係るパルパー１００のタンク本体１０には、生成されたパルプを排出するための、パルプ排出用ストレーナ１１０（スクリーン）が設けられている。また、パルプ排出用ストレーナ１１０には、開閉バルブ１１２が設けられており、開閉バルブ１１２を開放した場合に生成されたパルプをタンク本体１０から排出して、次工程のタンクには移動できるようになっている。換言すると、パルプ排出用ストレーナ１１０は、生成されたパルプをパルプ排出用ストレーナ１１０から排出するか否かを選択できるようになっており、例えば、通常は薬液排出装置５０から生成パルプを排出し、薬液排出装置５０から排出されないような大きなパルプ塊がある場合には、パルプ排出用ストレーナ１１０から排出するようにしても良い。

パルプ排出用ストレーナ１１０（スクリーン）は、直径１．５〜１０．０ｍｍの孔が設けられている。従って、第１実施形態で説明した酸化工程（ステップＳ１１２）〜蒸解工程（ステップＳ１１６）でパルプを生成した後、開閉バルブ１１２を開放することによって、生成されたパルプを別のタンクに移動できるようになっている。

したがって、パルプ排出用ストレーナ１１０を設けたことによって、第３実施形態に係るタンク本体１０は、第１乃至３の薬液と生成されたパルプを分けて排出できる。つまり、第１乃至３の薬液を排出する薬液排出装置５０には、生成したパルプを通過させないフィルターを設け、薬液だけを通し、生成されたパルプは、薬液とは別にパルプ排出用ストレーナ１１０から排出することがでる。したがって、第２実施形態で説明した、貯留タンク７０に排出される処理済みの薬液に混入する異物や不純物を少なくすることができ、異物除去装置８０の負担を減らし、又は、異物除去装置８０を削除することができ、設備の簡素化、設備、製造コストの削減を行うことができる。

なお、タンク本体１０に、未蒸解パルプを採取する未蒸解パルプ採取装置を設けるようにしても好ましい。詳細に、未蒸解パルプ採取装置は、パルプ排出用ストレーナ１１０に設けられた金網部材である。上述したパルプ排出用ストレーナ１１０からパルプを排出する際、この金網部材に、蒸解が十分に行われていないパルプ（未蒸解パルプ）が引っ掛かるようになっている。採取された未蒸解パルプを再度タンク本体１０に投入して再蒸解を行うことにより、パルプの収率を向上させることができる。もちろん、未蒸解パルプ採取装置は、上述した薬液排出装置５０のストレーナ５２に設けても好ましい。

また、図５に示されるように、原材料が木質の場合は、ステップＳ１１０Ａの一次破砕工程の後、更に二次破砕工程（ステップＳ１２０）により繊維状チップに移行することが好ましく、ステップＳ１１６の蒸解工程の後、第２の蒸解工程（ステップＳ１３０）を行うように構成しても好ましい。図５は、第４実施形態に係るパルプ製造方法の流れを示すフローチャートである。なお、一次破砕工程（ステップＳ１１０Ａ）は、第１実施形態で説明した破砕工程（ステップＳ１１０）と同様の工程であるので、詳細な説明は省略する。また、酸化工程（ステップＳ１１２）、煮沸工程（ステップＳ１１４）、蒸解工程（ステップＳ１１６）については、第１実施形態で説明した各工程と同じ処理内容、効果であるので、同じステップ番号を付し、詳細な説明は省略する。

ステップＳ１１０Ａでは、原材料を破砕して、繊維状チップ（又は原材料チップ、以下同じ）を取り出す破砕処理（一次破砕工程）を行う。

ステップＳ１１２では、二次破砕後の繊維状チップを、任意の濃度の硝酸液に浸漬し、８０〜８７℃の温度で酸化させる（酸化処理）。その後、硝酸液をタンク本体１０から排出する。

ステップＳ１１４では、酸化処理後の繊維状チップを沸騰した温水に浸漬し、酸化反応の促進と残存硝酸の蒸散を行う（煮沸工程）。その後、熱水をタンク本体１０から排出する。

ステップＳ１１６では、タンク本体１０の繊維状チップに苛性ソーダを供給し、９０〜９５℃の温度で蒸解を行い（蒸解工程）つつ、渦流生成装置４０によりタンク本体１０内の薬液に渦流を生成することによって、薬液の中の繊維状チップ同士を接触させながら、繊維状チップの繊維を解きほぐしてパルプを生成する。その後、苛性ソーダをタンク本体１０から排出する。

ステップＳ１３０では、蒸解後の繊維束に、更に第４の薬液となる苛性ソーダを供給し、沸騰状態で蒸解を行い（第２蒸解工程）つつ、上述と同様に、薬液の中の繊維束を接触させながら、繊維を解きほぐしてパルプを生成する。第２の蒸解工程では、比較的濃度の高い苛性ソーダ（重量濃度８〜１０％）溶液で繊維束を蒸解することが好ましい。蒸解温度や時間の目安としては、収率等を考え、Ｋ-値測定結果で判断するのが良い。その後、苛性ソーダと生成されたパルプをタンク本体１０から排出する。

上述のように、第２の蒸解工程（ステップＳ１３０）は、２０％以上のリグニンを含有している木質を原材料とする場合に、含有リグニンを段階的に取り除くのに特に有効であり、リグニン含有量が２０％以下の場合には、１回の蒸解工程（ステップＳ１１６）だけでも良い。

この後、第１実施形態と同様に、パルパー１００から排出されたパルプを希釈させる希釈工程、パルプに含まれる異物やゴミを分離して除去する精選工程（一次精選、二次精選）、パルプの繊維を離解させる離解工程、パルプ中の着色成分を脱色、又は分解、除去する漂白工程を行い、より高品質なパルプが生成される。

［実施例１］ 表１は、ケナフ（ジン皮）又はオイルパーム（樹幹）を原材料として、図１の第１実施形態の装置を用いて生成したパルプの物性値を示したものである。表１には、参考として、アラバマ社製のＬＢＫＰ（広葉樹晒しクラフトパルプ）における物性値も示している。表１から、本発明のパルプ製造装置及び方法によって、参考として示したＬＢＫＰと同程度の品質のパルプを生成することができた。

また、本発明の実施形態に記載された作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用および効果は、本発明の実施例に記載されたものに限定されるものではない。

本発明に係るパルプ製造装置、パルプ製造方法及びパルパーは、油ヤシに代表される科本科植物をパルプ化するパルプ製造装置等へ適用することができる。

１ パルプ製造装置
１０ タンク本体
２０ 薬液供給装置
３０ 液温度制御装置
４０ 渦流生成装置
５０ 薬液排出装置
６０ ガス回収装置
１００ パルパー

Claims (10)

1. 非木材の植物から大気圧雰囲気中でパルプを製造する方法であって、
   前記非木材の植物を破砕して生成されたアスペクト比が少なくとも２０以上の繊維状チップを含む原材料に、大気圧雰囲気中で硝酸を含む薬液を浸透させ、該原材料を多孔質化する酸化工程と、
   苛性ソーダを含む薬液に、生成されるパルプ濃度が２〜２０％となる量の前記多孔質化した原材料を投入し、大気圧雰囲気中で、渦流生成装置で生成された渦流によって前記原材料同士を接触させることで、多孔質化された前記原材料の繊維とリグニンを分離すると共に、繊維束を解きほぐす蒸解工程と、を少なくとも備えることを特徴とするパルプ製造方法。
2. 前記渦流は、前記渦流生成装置及び邪魔板によって生成されることを特徴とする請求項１に記載のパルプ製造方法。
3. 前記酸化工程において、液比（原材料の絶乾重量：硝酸の重量）を５以下とすることを特徴とする請求項１又は２に記載のパルプ製造方法。
4. 前記蒸解工程後、前記蒸解工程で用いた苛性ソーダよりも高い濃度の苛性ソーダを含む他の薬液によって、前記原材料の蒸解を促進し、残存リグニンを抽出するとともに、渦流によって前記原材料同士を接触させることで、多孔質化された前記原材料を解きほぐす第２蒸解工程を、更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のパルプ製造方法。
5. 前記植物は、アオイ科フヨウ属の植物、アサ科アサ属の植物又はバショウ科バショウ属の植物であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパルプ製造方法。
6. 前記植物は、単子葉植物ヤシ科の植物又は禾本科植物であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のパルプ製造方法。
7. 前記禾本科植物は、麦藁、竹、葦又はイネ科サトウキビ属の植物であることを特徴とする、請求項６に記載のパルプ製造方法。
8. 少なくとも前記酸化工程及び前記蒸解工程は、１０５℃以下の温度下で行われることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のパルプ製造方法。
9. 前記酸化工程後、前記蒸解工程前に、前記多孔質化した原材料を湯水を含む薬液中で煮沸して残存硝酸を蒸散させる煮沸工程を、更に備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載のパルプ製造方法。
10. 前記酸化工程及び前記蒸解工程は、一つ又は複数のタンク本体において段階的に行われることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載のパルプ製造方法。

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