JPS59137585A - リグノセルロ−ス材料を酸化窒素および酸素で処理するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ■古分立 本発明は、リグノセルロース材料をアルカリ性脱リグニ
ン段階前に酸化窒素および酸素で処理するための装置に
関する。この装置は、化学的に製造されたパルプ、例え
ばサルフェート蒸解法のようなアルカリ性蒸解法によっ
て製造されたバルブの前処理に使用するのに特に適して
いる。

この装置は、例えば木材チップ、木材削片および木材粉
の形の木材を、アルカリ性蒸解段階へかける前の前処理
に使用することもできる。

實旦肢玉 リグノセルロース材料の前処理に関する文献に記載され
た実験においては、前記材料のバッチ式処理のための反
応器中で前処理が実施され、該反応器へ酸化窒素ガスが
酸素ガスの導入と同時または導入後に仕込まれる。該反
応器は、リグノセルロース材料と気相中の活性成分との
間の良好な接触が得られるように、回転する容器の形を
有する。

リグノセルロース材料の連続的処理のための一提案によ
れば、反応器は酸化窒素導入のため容器の導入端へ接続
された導管と、容器の導出端へ接続された酸素導入のた
めの導管を有する容器よりなる。このように２本の導管
が１個の同じ容器へ接続されており、そのため共通のガ
ス室が形成される。

酸化窒素と酸素とを導入し、そして水を含有するリグノ
セルロース材料と混合する時は、種々の複雑な化学反応
が起こることが発見された。酸素の存在は広範囲に高度
に有利であるが、その存在は入って行く反応成分が不適
切に処理される時は必ずしも有益ではない。反応が取る
径路は少なくとも二段階に分けることができる。最初酸
化窒素とリグノセルロースとの間に反応が起こり、次に
主としてリグニンと水の間に反応が起こり、特に硝酸を
生成する。後の反応段階においては、酸化窒素が一つの
形または他の形に再生され、そしてリグノセルロース材
料、主としてリグニンと循環して反応する。この最初の
反応段階は好ましくは酸素の不存在下、または少量の酸
素の存在下で起こるが、後の反応琲階においてはがなり
の量の酸素が必要であることが発見された。以前に提案
された装置システムは、リグノセルロース材料が最適の
結果が得られるように前処理または活性化されることを
可能にするように構成されていない。

節夾抜 前述の課題は、本発明に従い、水を含有するリグノセル
ロース材料をアルカリ性脱リグニン段階前に酸化窒素お
よび酸素で連続的に処理するための装置によって解決さ
れる。

該装置は、 ａ）導入端および導出端の両方に気体閉じ込め手段を備
えた最初の反応室と、 ｂ）最初の反応室よりも２．５倍、適当には５倍、好ま
しくは１０倍大きい容積を有する再生室にして、その導
入端は再生室の上流に位置する反応室の導出端、好まし
くは前記最初の反応室の導出端へ接続された気体閉じ込
め手段へ接続され、そしてその導出端に気体閉じ込め手
段を備えた前記再生室と、 Ｃ）前記最初の反応室へ、好ましくはその導入端へ接続
された酸化窒素の供給のための制御手段を備えた少なく
とも１本の導管と、 ｄ）再生室へ、好ましくはその導出端へ接続された酸素
および／または酸素含有ガスを供給するための制御手段
を有する少なくとも１本の導管との組み合わせを特徴と
する。

酸化窒素とは、−酸化窒素Ｎｏ、二酸化窒素Ｎ０２゜Ｎ
２Ｏ４およびＮ２Ｏ３のようなそれらのポリマーおよび
付加体、およびこれら化合物の混合物を意味する。酸化
窒素は気体または液体の形で導入される。酸素は液体の
形、または酸素含有ガスの形で導入される。

装置の設計はどの酸化窒素を最初の反応室へ導入するか
に依存する。酸化窒素を供給するための導管は最初の反
応室に沿ったいずれかの点に接続される。本発明の好ま
しい具体例によれば、該導管は最初の反応室の導入端、
すなわちリグノセルロース材料が導入されるところへ接
続される。導管を通って二酸化窒素が導入される時は、
酸素ガス供給導管は不溶である。他方使用する酸化窒素
が一酸化窒素である時は、酸素ガス供給導管が必要であ
る。この導管は最初の反応室に沿ったある点に接続され
るが、該導管は好ましくは最初の反応室の導出端に接続
される。本発明の特に好ましい具体例は、該導管が再説
室から出発し、そして再生室に沿ったある点で一部接続
され、そして最初の反応室の導出端へ一部接続されてい
るものである。

この導管を通って供給される酸素の量は、−酸化窒素を
二酸化窒素へ変換するのに要する化学量論値、すなわち
、最初の反応室内で主たる反応剤二酸化窒素を生成する
量に相当する。

再生室へ酸素を供給するための導管は酸室に沿ったどこ
でも接続できるが、該導管は酸室の導出端、すなわち前
処理または活性化プロセスの終了時リグノセルロースが
排出される場所へ接続するのが好ましい。

本発明の一具体例によれば、中間室が最初の反応室と再
生室との間に配置される。この中間室は、導入端および
導出端の両側において気体閉じ込め手段へ接続、される
。

この中間室には少なくとも１本の酸素ガス供給導管が接
続され、そして該中間室には場合によって該中間室から
最初の反応室へガスを移すための導管が設けられる。

前述の導管は種々のパイプ類のみでなく、公知の設計の
調節手段および制御手段、例えばバルブを含む。そのた
め前記導管を通って供給および／または排出される気体
および／または液体の量を正確に制御することが可能で
あろう。

本発明の好ましい具体例によれば、反応室は、その中を
リグノセルロース材料が重力で前進する別々の容器、例
えば塔からなる。反応室はまた単一の同じ容器内の別々
の反応室またはゾーン、例えば反応塔の区画された部分
からなることもできる。リグノセルロース材料は、そし
て主としてそれがセルロースバルブよりなる時は、該材
料の反応室への導入に関連して、またはその後に有利に
細分することができる。適当には、該材料は回転する毛
羽立て装置によって細分される。しかしながら、処理は
パルプがウェブの形にある間にも実施可能であるから、
セルロースパルプを細分する必要はない。反応室は材料
を攪拌および／または輸送する手段を備えることができ
る。

気体閉じ込め手段とは、こ＼ではリグノセルロース材料
がそこを通って前進する一方、同時にたとえ該ガス閉じ
込め手段の導入端と導出端との間で全気体圧が異なって
いる時でもそこを通って気体が自由に通過することを防
止する装置を意味する。該材料自体または気体閉じ込め
手段中に存在する気体が通常核材料が該手段を通過する
間に随伴するであろう。これと対照的に、気体閉じ込め
手段は気体が反応室間および反応室と環境大気との間を
自由に流れることを防止する。気体閉じ込め手段のある
タイプにおいては、材料が移動する方向と反対方向に少
量の気体の流れが存在する。

この種の気体閉じ込め手段→よ材料が装置へ供給または
排出される場所に使用するには不適当である、が、それ
らは装置の内部、すなわち異なる反応室間に使用するこ
とができる。

これら要件を満たすすべての公知゛の気体閉じ込め手段
を本発明による装置に使用することができる。そのよう
な気体閉じ込め手段の例は、種々のポンプ、例えば高濃
度ポンプまたは高濃度パルプポンプを含む。スクリュー
フィーダーも有利に使用できる。他の例は回転プレスを
備えた装置、例えばローラープレス、または回転羽根フ
ィーダー、または回転コック型フィードパルプを含む。

材料がピストンによって圧縮状態でその中に供給されル
気体閉じ込め手段も使用できる。スクレーパーコンベヤ
も他の例である。

本発明による装置は少なくとも：Ｈ［ｌｉｌ、すなわち
最初の反応室の両端と、再生室の導出端とに気体閉じ込
め手段を備える。先に述べた気体閉し込め手段の例のど
れも装置のすべての場所に使用することが考え得る。し
かしながら、本発明の一具体例によれば、少し異なる作
動モードを有する気体閉じ込め手段が装置の前記３個所
に設置されることが好ましい。

最初の反応室の導入端に配置される気体閉じ込め手段に
関しては、該気体閉じ込め手段は、リグノセルロース材
料が前進するにつれて圧縮されるようにスクリューおよ
びスクリューハウジングが設計されている、スクリュー
フィーダーの形を有する。有利には、該スクリューフィ
ーダーは、材料が圧縮されるとき材料から絞り出される
水および該材料から圧出された気体を運び出す手段が備
えられる。リグノセルロース材料がセルロースパルプで
ある時は、パルプは前述のスクリューフィーダーへ到着
する時通常２０％以下の濃度を持っているであろう。パ
ルプが高濃度を有する時は、別の類偵のスクリューコン
ベヤがパルプから絞り出された水を運び出すだめの手段
なしに有利に接続される。その中でパルプが密な栓に変
換されるこれら二つのタイプのスクリューフィーダーは
、パルプに随伴する酸素ガスの量を非常に低いレベルに
保つことを可能にする。驚くべきことに、最初の反応室
の導入端における酸素ガスの存在は、いくつかの有用な
反応、特にリグニンの脱メチル化に禁止的効果を有し、
そのため最初の反応室のこの端においてパルプは酸素ガ
スを最大に可能な限り含まないようにすべきことがわか
った。従って、使用する気体閉じ込め手段のタイプに関
係なく、該手段は、リグノセルロース材料がそコラ通っ
て前進するいくつかのゾーンまたはセクターを備え、こ
れらセクターの少なくとも一つは有害な酸素ガスを脱気
し゛、そして運び出すための手段との接続を持つことが
有利である。

有利には、最初の反応室の導出端の気体閉じ込め手段は
、材料から絞り出された水を排出する手段を持たない前
記のスクリューコンベヤの−っからなることができる。

別の例は回転羽根フィーダーまたは回転コックパルプで
、これらは通常４個のセクタ一様コンパートメントを含
んでいる。第１の位置において、一つのコンパートメン
トにリグノセルロース材料が充填され、該コンパートメ
ントは次のステップにおいて、例えば装置が９０’回転
した後、シーリング位置に配置され、そして第３の位置
におい、て材料を例えば再生室へ落下させることによっ
て空にされる。この種の回転パルプフィーダーは通常チ
ップを連続的セルロースパルプ蒸解装置へ供給するため
に使用されている。

再生室の導出端の気体閉じ込め手段は、適当にはある種
のポンプを含んでいる。本発明の好ましい具体例によれ
ば、一種以上の液体供給導管、好ましくは水供給導管が
再生室の導出端へ接続される。再生室中の懸濁液の液含
量が前もって十分に高くなければ、例えば９０％より高
（なければ、例えば水が該導管を通って供給され、高い
液含量を有する材料の懸濁液自体が再生室からのガスの
認知し得るもれを防止し、または空気がその中へ吸引さ
れることを防止する障壁として作用する。

１本の排出導管が再生室の導出端へ接続され、該導管の
他端はポンプへ接続し得る。しかしながら、材料は再生
室に設置されそして酸素漂白反応器において普通である
種類の底部スクレーパーによって運び出すことができる
から、ポンプの設置は必要でない。材料は重力によって
も、または再生室がそうであれば過圧によって排出する
ことができる。

再生室から材料を供給する前、同時または直後に材料を
冷却する目的で、酸素供給導管および／または液供給導
管に冷却手段を設けるのが適当である。ガスを取り出し
、ガスをクーラー中で冷却し、そしてガスを冷却ゾーン
または別の冷却室へ返還するための設備を利用すること
により、利益が得られる。再生室の導出端の外側ケーシ
ングに冷却手段を設置するか、または冷却手段を導出導
管へ接続することも可能である。

前述の装置内で処理した後、リフリセルロース材料は通
常材料を洗浄する装置へ運ばれる。材料は次にアルカリ
性脱リグニン段階へ移される。脱リグニン薬品はアルカ
リだけでもよいが、それに加えて酸素を供給することが
好ましい。他の薬品も脱リグニン段階へ導入することが
できる。

羨−一来 前に述べたように、水を含有するリグノセルロース材料
への酸化窒素および酸素の添加は複数の複雑な反応を開
始声せる。これら反応は次のように分けることができる
。

（１）　　とりわけリグニンの脱メチル化に導く酸化窒
素とリグニンとの間の速い最初の反応 （２）反応（１）終了後起こる硝酸の速やかな生成（３
）還元された酸化窒素の酸素による再酸化、例えば−酸
化窒素の二酸化窒素への酸化 （４）材料の引続いての活性化のために使用される活性
型の酸化窒素の生成をもたらす、変性されたリグニン、
硝酸および酸素ガス間の反応による消費された酸化窒素
の再生 （５）酸素による、多分変性されたリグニンおよび酸化
窒素の二次的酸化 酸素は、これまで未知の態様で上の（１）による速い最
初の反応の一つ以上を禁止することが判明した。このた
め有意な上の（４）および（５）の反応の限界も間接的
に減少する。他方、上の反応（２１，（３１および（５
）は酸素の存在が有利になる。

本発明による装置によって、望ましくない反応を抑制し
、そして望ましい反応を促進することが可能になり、そ
れによって前処理または活性化段階後の脱リグニン段階
において、リグノセルロースの驚くべき選択的脱リグニ
ンをもたらす。本発明による装置の設計は、供給した反
応薬品を経済的および環境上の見地から最も有利な態様
で回収することを可能にする。供給した反応薬品は最大
限利用されるから、供給する薬品の量を非常に低いレベ
ルに保つことができる一方、未反応酸化窒素ガスの放出
を最小にする。これは経済上、およびセルロースパルプ
工場の内部環境にとって有益である。

図ｊμγ前１」０１灰 第１図および第２図は本発明の好ましい具体例による装
置を図示する。

しい旦　１のＨ 第１図には、例えば低いパルプ濃度の懸濁液の形のセル
ロースパルプを活性化するのに適当な装置が図示されて
いる。

パルプ懸濁液は、スクリューコンベヤよりなる気体閉じ
込め手段１へ導入される。該コンベヤは回転し得る円錐
形、スクリューを収容する穴のあいた円筒形シェルを含
んでいる。パルプ懸濁液がコンベヤに沿って移動すると
き、水が懸濁液から絞り出され、シェルの穴を通って流
出し、装置の底部に集められる。たまった水、および多
分いくらかの空気は、導管４を通って水を除去するため
水シール３へ導管２を通って送られる。絞り出された空
気は水シール３の頂部から導管およびそれへ接続した真
空ポンプを通って排出することができる。この水シール
３は空気がスクリューコンベヤ１へ帰りそしてそこへた
まることを防止する。ノぐルプ懸濁液がコンベヤを通っ
て移動する時、／’Ｓ／レプ濃度は例えば５％から３０
％へ高られる。これはスクリューコンベヤの導出部にパ
ルプの実質上気体を通さない環状の栓の生成を生じさせ
る。コンベヤのこの導出部分に、調節自在の停滞装置を
配置することができる。この装置は進行しているパルプ
が最初の反応室５の頂部へ仕込まれる前に、調節自在な
幅の隙間を通過するように設置することができる。必要
はないけれども、該隙間を通過するパルプは任意の設計
の毛羽立て装置を通って重力で通過することを許容され
、そのため毛羽立てた状態のパルプは最初の反応室５中
のパルプのカラムの頂上にそれ自体置かれる。この状態
においてパルプは導管６を通って供給された酸化窒素、
例えば二酸化窒素と接触させられる。室５を通過する間
、パルプ中のリグニンおよび水は二酸化窒素と反応し、
特に−酸化窒素および硝酸を生成する。

パルプは、やはりスクリューコンベヤの形を持つ第２の
気体閉じ込め手段７中の重力で落下する。

パルプはスクリュ−コンベヤに沿って進行するパルプ栓
を生成するように実質上一定のパルプ濃度を保ちながら
コンベヤを通って前進する。例えば前述したスクリュー
コンベヤの導出端に設けた装置により、パルプは再生室
８中のパルプカラムの頂上へ毛羽立てた状態で供給され
る。酸素が液体または気体の形で導管９を通って導入さ
れる。

最初の反応室５中で生起する反応において、二酸化窒素
は支配している温度および圧力において実質上不活性な
一瞬化窒素が仕込んだ二酸化窒素の量の１／３の量に達
するように一酸化窒素へ還元されることが判明した。温
度は通常１１０　”ｃ以下であり、そして圧力は通常大
気圧、好ましくはそれ以下である。室５中で生成した一
酸化窒素の量が比較的低い時は、それはスクリューコン
ベヤ７を通って前進するパルプ社中に混入されるから、
実質上すべてのガスがパルプに随伴する。−酸化窒素の
ほかに、生成しそしてパルプに吸収された硝酸もパルプ
と共に再生室８へ供給される。導入した酸素ガスが前述
の薬品と接触する時、前に述べた第２の反応段階が生起
する。このように、前述の反応（１）および（２）は主
として室５内で生起し、反応＋３１．　（４）および（
５）は主として室８内で生起する。

もし多量の一酸化窒素が生成し、室５の底にたまるなら
ば、−し酸化窒素の利益をこの早い段階で利用すること
を始めるように、少量の酸素ガスを室５の底へ導入する
ことによって利益を得ることができる。この点に関し、
酸素ガスは室５の頂部において実質的な酸素濃度が検出
できないような少ない量で供給されなければならない。

前に述べたように、最初の反応中、すなわち特に反応器
の頂部における二酸化窒素と共に酸素ガスの存在は高度
に有害である。必要量の酸素ガスは反応器８からとり、
そして導管１０および１１を通って室５へ送ることがで
きる。その代わりに、新しい酸素ガスを導管１１を通っ
て供給することができる。

前に述べたように、スクリューコンベヤ７の代わりに、
気体閉じ込め手段は回転羽根フィーダーまたは回転コッ
クの形を持つことができる。そのような回転羽根フィー
ダーは、そのコンパートメントまたはポケット中の一酸
化窒素とパルプとを一緒に室５から室８へ供給するとと
もに、室８から酸素含有ガスだけをその回転運動中運搬
する二重の作用を有し、該酸素は室５の底へたまった一
酸化窒素と反応する。

再生室８の底において、パルプは例えば水で希釈される
。水は導管１２および１３を通って供給される。室８の
底の上の毛羽立てたパルプのカラムを懸濁液へ変換する
ほどの水を供給することにより、液の表面よ、り上方に
存在するガスに対する効果的な障壁が得られる。これは
、極めて少量のガスがパルプに随伴して導管１４を通っ
て室８から出て行くことを意味する。パルプは室８から
モータ１５によって駆動されるその中に設けた底スクレ
ーバー（図示せず）によって排出される。排出されたパ
ルプ懸濁液は、適当にはサイクロンへ供給され、そこで
懸濁液はガス含量なしにされる。

この吸引されたガスは、環境空気中へ放出される前に、
精製および／または′反応室へ送ることができる。空気
の流れの一部は導管を通って分析機器へ送ることができ
る。有利には、室５からも前記分析機器へ導管が引かれ
る。

導管６を通って二酸化窒素の代わりに一酸化窒素が供給
される時は、少なくとも化学量論値の酸素を供給できる
導管を最初の反応室５へ接続することが必要である。

本発明による図示した装置構成により、そして特に二つ
の室の容積および反応薬品をシステムへ導入する導管の
配置を適正にすることにより、前に記載した化学反応が
使用した装置に関して最適条件で生起することを許容す
ることが可能である。

さらに、良好な経済および工場内の良い内部環境条件が
確実にされる。

第２図は、中または高濃度のパルプ懸濁液の形のセルロ
ースパルプを活性化する時に使用するのに適当な装置の
構成を図示する。

セルロースパルプは、この具体例ではスクリューコンベ
ヤの形を有する気体閉じ込め手段１６中へ導入れる。セ
ルロースパルプは実質上気体を通さない栓に形成され、
スクリューコンベヤの導出端へ送られる。該栓は前記導
出端で細分され、最初の反応室１７中へ落下する。二酸
化窒素が導管１８を道って室１７に形成されたパルプカ
ラムの頂上に導入される。室の底へ導管１９が接続され
、それを通って希釈液がパルプへ供給される。希釈液は
このプロセスから得られ、そして硝酸を含有する廃液か
らなってもよい。希釈したパルプ懸濁液はスクリューコ
ンベヤよりなる別の気体閉じ込め手段２０により、濃厚
パルプポンプ２２へ接続した導管２１へ送シれる。パル
プ懸濁液はこのポンプにより、導管２３を通って再生室
２４の頂部へ供給される。第２の反応段階で必要とする
酸素ガスは導管２５を通って供給される。パルプは次に
装置２６へ送られ、そこでパルプはさらに希釈される。

この装置は気体閉じ込め手段として、または該手段の一
部として作用する。このプロセスから得られる希釈した
廃液からなることができる希釈液は導管２７を通って供
給される。低濃度懸濁液の形のパルプは、導管２８を通
ってポンプ２９へ供給され、該ポンプによって導管３０
を通って例えば−以上の洗浄フィルターへ送られる。

最初の反応室１７の底に多量の一酸化窒素がたまる時は
、室２４の頂部から取り出し、導管３１を通って室１７
の底へ送られる少量の制御された量の酸素含有ガスが導
入される。室１７へ二酸化窒素の代わりに一酸化窒素が
送られる時は、酸室へ別の導管を通って酸素が導入され
なければならない。この別の導管は室１７へ導管１８の
付近またはそれと共に接続することができる。この場合
室１７の底へ例えば導管３１を通じ少量の酸素を導入す
ることが有利であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい具体例による装置の概略図、
第２図は別の具体例による装置の概略図である。 １．７，１６．２０は気体閉じ込め手段、５゜７は最初
の反応室、８，２４は再生室、１４，２６は気体閉じ込
め手段、２，２５は導管である。 ５５

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）　ａ　）導入端および導出端の両方に気体閉じ込
   め手段を備えた最初の反応室と、 ｂ）最初の反応室よりも２．５倍、適当には５倍、好ま
   しくは１０倍大きい容積を有する再生室にして、その導
   入端は再生室の上流に位置する反応室の導出端、好まし
   くは前記最初の反応室の導出端へ接続された気体閉じ込
   め手段へ接続され、そしてその導出端に気体閉じ込め手
   段を備えた前記再生室と、 Ｃ）前記最初の反応室へ、好ましくはその導入端へ接続
   された酸化窒素の供給のための制御手段を備えた少なく
   とも１本の導管と、 ｄ）再生室へ、好、ましくはその導出端へ接続された酸
   素および／または酸素含有ガスを供給するための制御手
   段を有する少なくとも１本の導管とを備えていることを
   特徴とする水を含有するリグノセルロース材料をアルカ
   リ性脱リグニン段階前に酸化窒素および酸素で連続的に
   処理するための装置。
2. （２）最初の反応室の導出端へ接続された該反応室へ酸
   素および／または酸素含有ガスを供給するための制御手
   段を有する導管を備えた第１項の装置。
3. （３）前記導管は再生室から延びている第２項の装置。
4. （４）最初の反応室の導出端の気体閉し込め手段の下流
   に中間室が設けられ、該中間室は酸素および／または酸
   素含有ガスを供給するための導管手段と場合によりその
   ようなガスを最初の反応室へ運ぶための導管手段を有し
   、さらに該中間室はその導出端に配置された気体閉じ込
   め手段を有する第１項ないし第３項のいずれかの装置。
5. （５）最初の反応室の導入端の気体閉じ込め手段はスク
   リューコンベヤを含み、該スクリューコンベヤのねじお
   よびケーシングはリグノセルロース材料を実質上気体の
   もれない栓に圧縮するように形成されている第１項ない
   し第４項のいずれかの装置。
6. （６）　　リグノセルロース材料を液体で希釈するため
   の手段が最初の反応室と該室の導出端の気体閉じ込め手
   段との間に設けられ、該気体閉じ込め手段はスクリュー
   コンベヤおよび濃厚パルプポンプの形か、または濃厚パ
   ルプポンプだけの形を有する第１項ないし第５項のいず
   れがの装置。
7. （７）再生室の導出端には、リグノセルロース材料を液
   体で希釈するための手段と、そして希釈されたりクリセ
   ルロース材料を排出するための手段とが設けられ、両手
   段によって気体閉じ込め手段を形成した第１項ないし第
   ６項のいずれがの装置。
8. （８）冷却ゾーンまたは冷却手段が再生室の導出端に組
   み込みまたは接続され、または再生室の下流に別個の冷
   却室としてシステムに組み込まれている第１項ないし第
   ７項のいずれがの装置。