KR101512550B1 - 높은 알파 용해 펄프 제조를 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

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Abstract

사전 가수분해 크라프트 공정(PHKP)과 연관하여 사용된 본 발명의 펄프 처리를 위한 방법은, 반응 용기에 목재 칩 또는 유사한 재료를 추가하는 단계와, 사전 가수분해를 수행하는 단계와, 제1 양의 백액에 뒤이어 백액으로 선택적으로 농화된 저온 가성 추출 알칼리 여과액과 같은 다른 용제로 혼합물을 중화하는 단계를 포함한다. 중화 유체는, 선택적으로 백액으로 농화된, 알칼리 여과액 및 고온 흑액을 포함하는 쿠킹 유체로 치환된다. 쿠킹 유체는 비교적 높은 유효 알칼리 농도를 가질 수 있다. 쿠킹된 펄프는 선택적인 범위 내에서 카파값 및 매우 낮은 잔류 헤미셀룰로오스를 나타낼 수 있다.

Description

높은 알파 용해 펄프 제조를 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEM FOR HIGH ALPHA DISSOLVING PULP PRODUCTION}
본 발명의 분야는 대체로 펄프 처리에 관한 것으로, 특히 크라프트 화학 펄핑 공정과 관련하여 저온 가성 추출로부터의 유출액을 처리하는 개선된 방법 및 시스템에 관한 것이다.
목재 및 식물 재료로부터의 펄프는 다양한 상업적 용도를 가진다. 가장 일반적인 용도 중 하나는 종이 제조이지만, 예를 들어 필터 토우(tow), 천, 포장 필름 및 폭발물의 제조에 사용되는 셀룰로오스 아세테이트 및 셀룰로오스 에스테르 뿐만 아니라 레이온 및 다른 합성 재료를 포함하는 다수의 다른 제품을 제조하는 데 또한 이용될 수 있다.
펄프 및 종이를 제조하기 위해 목재 및 식물 재료를 처리하는 다수의 화학적 방법 및 기계적 방법이 존재한다. 기본 공정 단계는 원료를 준비[예를 들어, 박피 및 칩핑(chipping)]하는 단계와, 목재 섬유의 셀룰로오스로부터 리그닌 및 추출물을 분리하기 위해 기계적 또는 화학적 수단(예를 들어, 그라인딩, 정제 또는 쿠킹)에 의해 목재 섬유를 분리하는 단계와, 표백에 의해 착색제를 제거하는 단계와, 최종 가공 펄프를 종이 또는 다른 제품으로 형성하는 단계를 포함한다. 펄프 및 종이 제조에 추가하여 그리고 이와 관련하여, 또한 제지소는 화학 제제를 생산하고 재생하며, 에너지를 생성하기 위해 부산물을 수집 및 처리하고, 환경 영향을 최소화하기 위해 폐기물을 제거 및 처리하는 설비들을 구비한다.
"펄핑"(pulping)은 일반적으로 섬유 분리를 달성하기 위한 공정을 지칭한다. 목재 및 다른 식물 재료는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 및 다른 부 성분을 포함한다. 리그닌은 개별 섬유 사이에 산재된 폴리머의 망상조직이고, 개별 목재 섬유를 함께 굳히기 위해 세포 간 접착제로서 기능한다. 펄핑 공정 중에, 리그닌 고분자가 분해되어 개별 셀룰로오스 섬유를 해리시키고, 종이 또는 다른 최종 제품의 변색 및 나중의 분해를 유발할 수 있는 불순물을 용해시킨다.
크라프트 공정은 일반적으로 이용되는 펄핑 공정이다. 크라프트 펄핑 공정으로 제조된 종이는 예를 들어 포장 산업에서 이용되는 표백 상자용 및 라이너 판지(liner board)를 제조하는데 이용될 수 있다. 종래의 크라프트 공정은 "백액"(white liquor)로 알려진 수산화나트륨 및 황산 나트륨의 수용성 혼합물로 목재를 처리한다. 그 처리는 리그닌과 셀룰로오스 사이의 연결을 해체하고, 리그닌의 대부분과 헤미셀룰로오스 고분자의 일부분을 강염기성 용액에 용해성인 단편으로 분해시킨다. 주위의 셀룰로오스로부터 리그닌을 유리시키는 이러한 공정은 탈리그닌으로 알려져 있다. 그 가용성 부분은 이후에 셀룰로오스 펄프로부터 분리된다.
도 1은 종래의 크라프트 공정(100)의 흐름도를 도시한다. 공정(100)은 목재 칩(또는 다른 유기 펄프 함유 원료)(118)와 알칼리 용액을 탈리그닌을 수행하는 증해기로 불리우는 고압 반응 용기로 공급하는 "쿠킹" 단계(121)로 지칭되는 단계를 포함한다. 목재 칩은 후속의 공정에서 생성되거나 다른 공급원으로부터 제공될 수 있는 백액(111)과 혼합된다. 탈리그닌은 수시간 걸릴 수 있고, 탈리그닌의 정도는 단위 없이 "H 계수"로 표시되고, 이는 일반적으로 100℃에서 1시간의 쿠킹이 1의 H 계수에 동등하도록 정의되어 있다. 고온 때문에, 반응 용기는 증기 도입에 의해 종종 가압된다. 쿠킹 단계의 종반으로 가면서, 반응 용기는 대기압으로 감압되어 증기 및 휘발성 물질을 방면한다.
쿠킹 단계에서 사용되는 백액은 예를 들어 수산화나트륨(NaOH) 및 황화나트륨(Na2S)을 함유하는 가성 용액일 수 있다. 종종 백액의 성분의 특성은 유효 알칼리(EA; effective alkali) 및 황화도를 기준으로 표시된다. 유효 알칼리 농도는 수산화나트륨의 중량과 황화나트륨의 중량의 절반의 합으로 계산될 수 있고, 백액 1리터 당 수산화나트륨의 당량 중량을 나타내며, 리터 당 그램으로 표시된다. 수산화나트륨 기준 유효 알칼리 충전량은 목재의 오븐 건조 중량 당 수산화나트륨의 당량 중량을 나타내며, 백분율로 표시된다. 황화도는 황화나트륨의 중량 절반 대 수산화나트륨의 중량과 황화나트륨의 중량 절반의 합의 비이고, 백분율로 표시된다.
쿠킹 후에, "브라운 스톡"(brown stock)으로 또한 알려진 갈색 고체 셀룰로오스 펄프가 쿠킹 단계(121)에서 사용되는 증해기로부터 방출되고, 그 후에 세척 및 체질 단계(122)에서 체질(screening) 및 세척(washing)된다. 체질은 시브(shives)(목재 섬유의 다발), 노트(쿠킹되지 않은 칩), 오물 및 다른 파편들로부터 펄프를 분리한다. 펄프로부터 분리된 재료는 종종 "리젝트"라 지칭되며, 펄프는 "어셉트"라 지칭된다. 어셉트 스트림에서 고순도를 유지하면서 리젝트 스트림에서 셀룰로오스 섬유의 양을 저감시키기 위해 종종 다단계 캐스케이드 작업이 사용된다. 또한, 섬유 회수는 증해기에서 체 및 노트의 재처리 또는 하류측 정제기를 통해 달성될 수 있다.
브라운 스톡은 셀룰로오스 섬유로부터 용해된 재료와 소비된 쿠킹액을 분리하기 위해 다수의 세척 단계를 연속하여 거칠 수 있다. 쿠킹 단계(121)에서 이용된 증해기로부터 소비된 쿠킹액(112)과 세척 및 체질 공정(122)으로부터 수집된 액(113)은 그 색상때문에 양자 모두 공히 "흑액"으로 지칭된다. 흑액은 일반적으로 리그닌 단편, 단편화된 헤미셀룰로오스로부터의 탄수화물 및 무기물을 함유한다. 흑액은 세척 및 체질 고정(122)에서 제조되고 쿠킹 단계(121)로 전달되는 흑액(113)을 나타내는 화살표에 의해 도 1의 실시예로 도시된 바와 같이 쿠킹 단계에서 백액에 추가하여 사용될 수 있다. 적절한 알칼리 농도를 달성하기 위해 또는 다른 유사한 목적을 위해, 필요시 어큐뮬레이터 탱크(도 1에 도시 안됨)로부터의 흑액(135)은 쿠킹 단계(121)의 일부로서 증해기로 또한 공급될 수 있다.
이후, 세정 및 체질 공정(122)으로부터의 세정 브라운 스톡 펄프(131)는 백액(114)과 혼합되고 반응 용기로 공급되어 헤미셀룰로오스와 같은 용해된 재료 및 저분자량 셀룰로오스를 긴 셀룰로오스 섬유로부터 분리시킨다. 일예의 분리 방법은 이른바 저온 가성 추출("CCE") 방법이며, 도 1에서 CCE 반응 스테이지(123)로 표현된다. 추출이 실행되는 온도는 변화될 수 있지만, 전형적으로는 60℃ 미만의 범위이다.
CCE 반응 스테이지(123)에 사용되는 반응기로부터의 정제된 펄프(132)는 이후 소비된 저온 가성 용액 및 용해된 헤미셀룰로오스로부터 분리되어 CCE 세정 스테이지(124)에서 제2 세정 및 분리 유닛에서 수회 세정된다. 비교적 높은 알파 셀룰로오스 함량을 갖고 여전히 몇몇의 리그닌을 함유하는 최종 세정 브라운 스톡 펄프(133)는 추가의 탈리그닌을 위해 하류 표백 유닛으로 진행한다. 몇몇 펄프 제조 공정에서, 표백은 CCE 반응 스테이지(123) 및 CCE 세정 스테이지(124) 전에 수행된다.
합성 재료 또는 제약품의 제조와 같은 많은 적용예에서 매우 높은 순도 또는 품질의 펄프를 갖게 하는 것이 바람직하다. 펄프 품질은 몇몇 파라미터에 의해 평가될 수 있다. 예로써, 알파 셀룰로오스 함량비는 처리된 펄프의 상대 순도를 나타낸다. 알파 셀룰로오스 함량은 펄프 용해도(예로써, 이하 설명하는 S10 및 S18 인자)를 기초로 평가되고 산출될 수 있다. 탈리그닌 및 셀룰로오스 분해 정도는 카파수(Kappa Number; "KN") 및 펄프 점도에 의해 각각 측정된다. 높은 펄프 점도는 긴 셀룰로오스 체인 길이 및 적은 분해도를 나타낸다. 펄프 및 종이 산업의 기술 연합(Technical Association of Pulp and Paper Industry; "TAPPI")의 표준 236 om-99는 펄프의 카파수를 결정하기 위한 표준 방법을 명기한다. 카파수는 펄프의 리그닌 함량 또는 표백도를 나타낸다. 18wt% 수산화나트륨 수용액("S18")에서의 펄프 용해도는 잔류 헤미셀룰로오스의 양에 대한 평가를 제공한다. 10wt% 수산화나트륨 수용액("S10")은 헤미셀룰로오스 및 분해된 셀룰로오스의 합을 포함하는 기본 용액에서의 가용성 물질의 전체량에 대한 지표를 제공한다. 최종적으로, S10과 S18 사이의 차는 알칼리 가용성 세분화된 셀룰로오스의 양을 나타낸다.
종래 기술은 92와 96퍼센트 사이의 알파 셀룰로오스 함량을 갖는 정제된 펄프를 달성할 수 있지만, 특히 높은 점도의 펄프에 요구되는 다른 특성(즉, 펄핑 공정으로부터의 한정된 셀룰로오스 분해도)을 유지하면서 상기 범위의 상단부의 순도까지 도달하기는 역사적으로 꽤 어려웠다.
종래 공정에서, CCE 알칼리 여과액으로써 언급되는 CCE 세정 및 분리 스테이지(124)로부터의 여과액(116)은 세정 및 분리 스테이지(124)로부터의 소비된 세정액 및 소비된 저온 가성 용액 모두를 포함한다. 여과액(116)은 종종 상당한 양의 고분자 헤미셀룰로오스를 함유한다. 높은 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 여과액이 쿠킹 스테이지(121)의 증해기의 쿠킹액의 일부로써 사용하기 위해 재활용될 때, 헤미셀룰로오스는 용액으로부터 침전되어 셀룰로오스 섬유 상에 적층된다. 이것은 고품질의 펄프가 달성되는 것을 방해할 수 있다. 한편, 고품질 얀(yarn) 또는 합성 직물, 액정 디스플레이용 재료, 아세테이트 유도체로 이루어진 제품, (타이어 코드 및 특별 섬유와 같은) 점성 제품, 담배에 사용되는 필터 토우(filter tow) 세그먼트, 및 임의의 음식 및 조제 용도와 같은 임의의 적용예에서는 재적층된 셀룰로오스의 최소량 및 높은 알파 셀룰로오스 함량을 함유하는 펄프를 필요로 한다.
도 1에 도시한 바와 같이, CCE 알칼리 여과액(116)의 일부는 쿠킹 스테이지(121)에서의 헤미셀룰로오스 재적층을 제어하기 위해 회수 영역(134)으로 흐르게 된다. 회수 영역(134)으로 보내어지는 우회된 CCE 알칼리 여과액(116)은 과잉 흑액과 병합될 수 있고, 유기물을 소비하고 무기염류를 회수하기 위해 회수 보일러에서 농축되어 연소될 수 있다. 이후, 쿠킹 스테이지(121)에서의 적절한 알칼리 밸런스를 유지시키기 위해 회수 영역(134)으로 보내어진 흑액과 CCE 여과액을 교체하는 데 새로운 알칼리원이 필요하게 된다.
종래의 공정에서는, 상술한 것을 함유하는 다양한 산업, 조제 및 재료 사용에 필요로 할 수 있는 적절한 알파 내용물의 셀룰로오스를 달성하기 위한 효과적이거나 또는 비용면에서 효과적인 수단을 제공하지 않는다.
펄프를 매우 높은 알파 셀룰로오스 내용물로 펄프를 용해시키는 펄프 처리 방법 및 시스템에 대한 필요성이 있다. 또한, 헤미셀룰로오스의 재적층을 방지함으로써 높은 알파 용해 펄프를 준비하기 위한 효율적이고 비용면에서 효과적인 방법을 제공하는 펄프 처리 방법 및 시스템에 대한 필요성이 있다.
하나의 양태에 있어서, 펄프 제조를 위한 개선된 방법 및 시스템은, 특히 하나 이상의 흑액과 쿠킹 스테이지에서 사용된 저온 가성 추출(CCE) 알칼리 여과액을 백액으로 농화시키는 것에 관한 것이다.
하나 이상의 실시예에 따르면, 크라프트 공정과 관련하여 사용된 펄프 제조를 위한 방법 및 시스템은 목재 칩이나 다른 유기 펄프 함유 재료를 증해기(digester) 또는 이와 유사한 반응 용기로 공급하는 단계와, 일련의 연속적인 공정 단계:사전 가수 분해를 실행하는 단계와, 백액과 백액으로 선택적으로 농화된 CCE 알칼리 여과액을 합한 것으로 칩을 중화하는 단계와, 증해기를 고온 흑액 및/또는 CCE 알칼리 여과액(하나 이상은 백액으로 농축됨)으로 충진하는 단계 및 탈리그닌하는데 효과적이도록 소정 시간동안 쿠킹하는 단계를 갖는 쿠킹 스테이지를 포함한다. 이러한 단계 후에는 저온 치환 및 펄프 배출이 수행될 수도 있다.
쿠킹 스테이지 후에는, 최종 브라운 스톡(brown stock)를 처치하여 반정제된 펄프를 생산하는 단계와, 반정제된 펄프를 가성 용액으로 추출하여 정제된 펄프와 헤미셀룰로오스를 함유하는 용액을 생산하는 단계와, 정제된 펄프로부터 헤미셀룰로오스 함유 용액을 분리하는 단계와, 정제된 펄프를 세척하고 그로부터 얻어진 알칼리 여과액을 수집하는 단계와, 증해기 내에서 알칼리 여과액(증발이나 다른 수단에 의해 선택적으로 농축됨)의 상당 부분을 이용하는 단계를 추가적으로 포함할 수도 있다.
추가적인 실시예, 대체예 및 변형예는 본 명세서에 개시되거나 첨부 도면에 도시된다.
도 1은 본 기술 분야에서 널리 알려진, 펄프 제조와 관련하여 사용된 종래의 사전 가수 분해 크라프트 펄핑 공정의 전체 공정 흐름도.
도 2는 저온 가성 추출 공정과 관련하여 펄프를 세척 및 세정하는 종래의 시스템 및 관련 공정의 도면.
도 3은 사전 가수 분해 크라프트 펄핑 공정에 사용될 수 있는 쿠킹를 위한 종래의 시스템 및 관련 공정의 도면.
도 4는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른, 펄프 제조 공정을 위한 시스템 및 관련 공정의 전체 공정 흐름도.
도 5는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른, 펄프 제조 공정과 관련하여 사용된 쿠킹 스테이지용 시스템 및 관련 공정의 도면.
도 6a 및 도 6b는 중화 스테이지용의 통상적인 공정에 사용될 때 특히 전형적인 액체 및 재료 레벨을 도시하는 증해기의 단면도.
도 7a 내지 도 7c는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 중화 스테이지동안 특히 액체 및 재료 혼합물 및 레벨을 도시하는 증해기의 단면도.
도 8 및 도 9는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 고온 흑액 충진 및 최종 액체 치환동안 특히 액체 및 재료 혼합물 및 레벨을 도시하는 증해기의 단면도.
도 10은 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예에 따른, 저온 가성 추출 펄프 제조 공정에 사용될 수 있는 양호한 쿠킹 공정의 공정 흐름도.
도 11은 도 10의 공정 흐름도에 따른 벤치(실험실) 스케일의 증해기 및 공정 조건에 있어서의 액체 체적 "유입" 및 "배출"을 계산하고 등록하는데 사용되는 데이터 시트를 나타내는 도면.
도 12는 도 11의 공정과 관련하여 다양한 샘플로부터 중화액의 pH 및 유효 알칼리 농도를 도시한 그래프.
도 13a 및 도 13b는 다양한 공정 예에 따른 다양한 공정 조건 및 결과를 요약한 그래프.
도 14는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 공정에 대하여 S18 대 카파값의 그래프.
하나 이상의 실시예에 따르면, 크라프트 공정과 관련하여 사용되는 펄프 처리를 위한 방법 및 시스템은 브라운 스톡을 생산하도록 적절한 온도, 예를 들어 140 내지 180℃로 쿠킹하는 적절한 탱크 또는 반응 용기(즉, 증해기) 내에서 백액과 같은 제1 가성 용액을 소정량의 목재 또는 다른 유기 재료 함유 원료 펄프와 조합하는 것을 수반한다. 브라운 스톡을 세척 및 체질하게 되면 증해기에 되돌려 공급되는 (흑액과 같은) 유도체뿐만 아니라 반정제된 펄프가 만들어지게 된다. 반정제된 펄프는 적절한 온도, 예를 들어 50℃ 이하에서 다른 가성 용액(다시 백액이 될 수도 있음)으로 추출될 수 있어 정제된 펄프가 생산된다. 추가적인 세척을 통해, 헤미셀룰로오스 함유 용액이 정제된 펄프로부터 분리되어 개별적으로 수집 및 저장될 수 있는 저온 가성 추출(CCE) 알칼리 여과액의 형태의 다른 가성 용액이될 수 있다. 이러한 CCE 알칼리 여과액은 예를 들어 증발 및 다른 수단에 의해 농축되어 그 자체 또는 유기 재료를 처치하고 사이클을 재시작하도록 증해기 내의 제1 가성 용액과 조합하여 사용될 수도 있다. 다른 실시예에 있어서, CCE 알칼리 여과액은 농축 단계를 거치지만 않을 뿐 상당 부분이 증해기로 복귀된다.
하나 이상의 실시예의 태양에 따르면, 목재 칩 또는 다른 펄프 함유 유기체가 쿠킹 단계의 일부로서 반응 용기 내의 가성 용액과 반응된다. 쿠킹 단계는 바람직하게는 증해기(digester) 또는 유사한 반응 용기 내로 목재 칩 또는 다른 유기 펄프 함유 재료를 공급하는 단계와, 사전 가수분해를 수행하는 단계와, 백액과 백액으로 선택적으로 농화된 CCE 알칼리 여과액을 합한 것으로 혼합물을 중화시키는 단계와, 고온 흑액 및 CCE 알칼리 여과액(이들 중 하나 또는 둘다는 바람직하게는 백액으로 농화됨)으로 증해기를 채우는 단계와, 탈리그닌을 일으키기에 유효한 시간 동안 쿠킹하는 단계를 포함한다. 이러한 단계들 후에는 펄프 방출 및 저온 치환(cold displacement)이 뒤따른다.
방출된 펄프 혼합물은 일반적으로 자유 셀룰로오스 섬유를 함유한다. 이들 섬유는 헤미셀룰로오스를 용해시키기 위하여 다른 가성 용액으로 추가로 추출될 수도 있다. 용해된 헤미셀룰로오스와 함께 소비된 가성 용액은 추출된 펄프로부터 분리될 수도 있고, 펄프는 잔류 가성 용액 및 헤미셀룰로오스를 제거하기 위하여 추가 세척을 거친다. 세척 액체와 소비된 가성 용액을 함유한 헤미셀룰로오스는 결합되고 선택적으로 농축되어 농축 CCE 여과액을 형성한다. 그런 후, 농축 또는 비농축 CCE 여과액은, 경우에 따라서, 단독으로 또는 반응 용기 내의 목재을 처리하기 위하여 다른 가성 용액과 함께 사용될 수 있다.
이 방식으로 세척 및 세정 단계에서 생성된 알칼리 여과액의 전체량이 잠재적으로 회수되어 사전 가수분해 크라프트(PHK) 쿠킹 공정에서 알칼리 용액으로 사용될 수 있어, 헤미셀룰로오스 적층을 방지하는 것을 돕고 높은 알파 용해 펄프의 순도를 증가시킬 수 있다. 상술한 모든 단계는 전통적인 장비로 수행될 수도 있다.
비교 목적으로, 도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 일반적인 펄프 제조 기술에 따른 기존 공정의 일부 관련된 태양을 도시한다. 도 2에는 펄프를 세척 및 세정하기 위한 기존 시스템 및 관련 공정이 도시되고, 도 3에는 쿠킹을 위한 기존 시스템 및 관련 공정이 도시되고, 이들 모두는 사전 가수분해 크라프트 펄핑 공정에 사용될 수도 있다. 도 2를 우선 참조하면, 펄프를 세척 및 세정하기 위한 시스템(200) 및 관련 공정은 하나 이상의 혼합 탱크(271, 272)에 임시 저장될 수 있는 냉각된 CCE 알칼리 여과액(226) 또는 가능한 다른 유체 또는 용액인 백액(215)의 혼합물과 함께 정제된 펄프(232)를 브라운 스톡 세척 및 체질[즉, 도 1의 스테이지 122]로부터 적절한 수송 수단을 거쳐서 CCE 반응기(210)[즉, 도 1의 스테이지 123]로 수송하는 것을 포함한다. CCE 반응기(210)로부터, 펄프 혼합물(233)은 펄프의 세척 및 세정의 일부로서 사용되는 트윈 롤 프레스 유닛(251 내지 254)의 배터리에 제공된다. 트윈 롤 프레스 유닛(251 내지 254)을 사용한 처리 후에, 처리된 펄프(260)는 황산(H2SO4)(261) 및/또는 다른 액체로 추가 처리 또는 혼합되어 하류의 표백 공정으로 전달될 수 있다. 세척 공정과 관련하여, 트윈 롤 프레스 유닛(251 내지 254)으로부터 추출된 CCE 알칼리성 여과액(216)은, 쿠킹 스테이지에서 사용하기 위하여 상류에서 회수되어 재생되는 것을 포함하는, 다양한 목적을 위하여 수집 및 사용될 수 있다.
전술한 바와 같이, 일반적으로 CCE 알칼리 여과액(216)의, 통상 절반보다 훨씬 적은, 일부가 회수 영역으로 빼내지거나 다르게는 제거된다.
도 3은 CCE 알칼리 여과액이 선택적으로 사용될 수도 있는 통상적으로 공지된 것과 같은 쿠킹을 위한 시스템(300) 및 관련 공정을 도시한다. 도 3에서, 하나 이상의 증해기(310a, 310b)에 목재 칩 또는 다른 셀룰로오스 함유 유기 재료가 공급되고, 쿠킹 공정에 사용되는 기본적인 반응 용기이다. 시스템(300)은 또한 백액 탱크(320), 치환액 탱크(330) 및 하나 이상의 고온 흑액 축압기 탱크(340a, 340b)를 포함한다. 외부 공급원으로부터의 백액(319)은 백액 탱크(320) 내로 펌핑될 수 있고, 이 백액 탱크(320)로부터 뽑아내어져 증해기(310a, 310b) 내의 중화액(322)으로서 사용될 수 있다. 치환액 탱크(330)는 예컨대 들어오는 화살표(325)에 의해서 지시된 바와 같이 브라운 스톡 세척 스테이지로부터의 부산물로서 얻어질 수도 있는 흑액을 포함하는 혼합물 또는 희석 흑액을 포함할 수 있는 용액을 보유한다.
백액(319) 또는 CCE 여과액(316)은 몇 개의 열교환기를 통해 백액 탱크(320)와 결합된 펌프의 흡입측까지 펌핑될 수 있다. 다른 펌프는 중화 스테이지용 백액 또는 CCE 여과액을 치환액 탱크(330)와 결합된 펌프의 배출측에 보낸다. 고온 흑액 충전 중에, 고온 흑액 어큐뮬레이터 탱크(340a)로부터의 액은 열교환기(353)를 통해, 쿠킹액 배관(324)을 거쳐 결국 증해기(310a, 310b)까지 펌핑된다. 고온 흑액 충전 후에, 고온 흑액 충전과 같이 동일 펌프와 동일 라인을 통해 백액 충전(또는 CCE 여과액)이 뒤따른다. 쿠킹이 완료될 때, 치환액(327a, 327b)은 증해기(310a, 310b)로 공급되고, 쿠킹 스테이지의 끝에서 사용된다. 치환의 최고온부는 다음 쿠킹에 사용될 제1 고온 흑액 어큐뮬레이터 탱크(340a)에 보내지고, 보다 찬 부분은 제2 고온 흑액 어큐뮬레이터 탱크(340b)에 보내진다. 제2 고온 흑액 어큐뮬레이터 탱크(340b)로부터 액은 열교환기 및 액 여과기를 통해 증발 플랜트로 보내지고, 그곳으로부터 회수 보일러로 보내지며, 여기서 유기체가 증기를 생성하기 위해 연소되는 한편 무기체가 회수된다.
통상, 고순도 펄프가 생성되지 않을 때, 저온 가성 추출 스테이지는 필요하지 않고, 동시에 액은 증해기(310a, 310b)로 직접 공급될 수 있다. 저온 가성 추출이 채택될 때, CCE 여과액은 통상 증해기(310a, 310b) 내로 다시 펌핑된다.
전형적인 쿠킹 프로세스에 있어서, 증해기(310a, 310b)는 목재 칩이나 유사한 유기 재료로 충전되고, 그 후 사전 가수분해 프로세스를 거친다. 사전 가수분해 후에, 중화액(322)이 증해기(310a, 310b)에 제공되고, 이것은 적절한 쿠킹액에 의해 차례로 치환된다. 그 후 증해기(310a, 310b)의 온도는 쿠킹 온도까지 상승되고, 탈리그닌이 발생하기에 충분한 시간 동안 이 온도로 유지된다. 쿠킹이 완료될 때, 각 증해기(310a, 310b) 내의 블로우 밸브는 개방되고, 증해기로부터 탈리그닌된 펄프는 그 후 블로우 탱크(미도시)로 배출된다. 쿠킹 사이클의 끝을 향해, 증해기는 가압 상태가 유지되고, 동시에 치환액은 대략 쿠킹을 위해 이용된 온도에 있는 동안 증해기(310a, 310b) 밖으로 빠져나온 고온 흑액 또는 소비된 액을 치환하기 위해 치환액이 도입된다. 전형적인 공정에 있어서, 치환 유체는 브라운 스톡 펄프의 세척에서 얻어지는 여과액을 구성한다. 치환된 고온 흑액은 다음의 재사용을 위해 하나 이상의 고온 어큐뮬레이터(340a, 340b)에 수집된다. 치환 프로세스 후에, 보통의 쿠킹 온도보다 차가운 치환액 및 사용되고 남은 흑액이 또한 저온 어큐뮬레이터에 선택적으로 저장되어 회수 영역으로 보내질 수 있다. 증해기(310a, 310b)는 탈리그닌된 펄프를 제거하기 위해 결국 배수된다.
도 4는 쿠킹 프로세스가 종래 기술에 비해 수정되고 향상된 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따른 펄프 생산 프로세스를 위한 프로세스(400)의 통상적인 프로세스 흐름도이다. 도 4의 프로세스(400)는, 통상 종래의 크라프트 프로세스와 유사한, 목재 칩 또는 다른 펄프 함유 유기 재료(418)가 고압을 견딜 수 있는 증해기로 공급되는 쿠킹 스테이지(421)로 시작한다. 증해기는, 예컨대 대략 360m3와 같은 임의의 적절한 체적이 될 수 있다. 목재 종류 또는 다른 식물 또는 유기 재료의 개별적인 선택은 원하는 최종 제품에 의해 결정된다. 예컨대, 소목재, 전목재 및 스프러스(spruce)와 같은 부드러운 목재는 (예컨대, 식품 첨가제, 페인트, 오일 회수 유체 또는 진흙, 종이, 화장품, 약제, 접착제, 인쇄, 농사, 세라믹, 직물, 세척제 및 건축 자재로서 사용될 수 있는) 셀룰로오스 에테르와 같이 고점도의 제품을 얻기 위해 일부 유도체화 공정에 사용될 수 있다. 유칼리 목재와 아카시아와 같은 단단한 목재는 매우 고점도를 갖는 펄프가 필요하지 않은 응용분야에서 선호될 수 있다.
일 실시예에서, 이하에 더욱 상세히 설명된 바와 같이, 증해기는 증기 또는 다른 적절한 수단에 의해 제1 소정 온도까지 쿠킹 스테이지(421)의 사전 가수분해 부분 동안 가열된다. 예컨대, 이 소정의 온도는 110 내지 130℃ 사이, 특히 대략 120℃가 될 수 있다. 가열되는 유기 재료의 성질 및 장비의 특징에 따라 다른 가열 시간이 사용될 수 있지만, 이 특정예에서의 가열은 15 내지 60분(예컨대, 30분) 사이에 걸쳐 달성된다.
이후, 증해기는 사전 가수 분해 단계를 위한 제1 사전 결정 온도 위의 제2 온도까지 스팀 또는 다른 수단에 의해 더욱 가열되는 것이 바람직하다. 이러한 제2 사전 가수 분해 온도는 약 165℃가 바람직하지만, 정밀한 온도는 장치 및 유기물을 포함하는 다수의 변수에 의존할 수 있다. 사전 가수 분해를 위한 가열은 가열 시간이 필요에 따라 변할 수 있지만, 30 내지 120분(예를 들어 60분)의 주기로 달성될 수 있다. 사전 가수 분해 온도에 도달되면, 증해기는 적절한 시간 동안, 예를 들어 35 내지 45분 동안, 또는 사전 가수 분해를 완료하기에 충분한 임의의 다른 시간 동안 그 온도로 유지된다.
바람직한 실시예에서, 일부 쿠킹 단계(421)에서와 같이 중화 용액이 증해기에 첨가된다. 중화 용액은 백액(411), 알칼리 여과액(417) 또는 그 혼합물로 구성될 수 있다. 백액은 예를 들어 수산화 나트륨 및 황화 나트륨의 혼합물 형태를 취할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 백액은 수산화 나트륨(NaOH)을 기준으로 유효 알칼리의 리터당 85 내지 150그램 사이, 바람직하게는 유효 알칼리의 리터당 100 내지 130 그램 사이를 가질 수 있고, 더 바람직하게는 유효 알칼리의 리터당 95 내지 125그램 NaOH, 더욱 바람직하게는 유효 알칼리의 리터당 100 내지 110그램 NaOH를 가질 수 있다. 백액의 황화도는 10%와 40% 사이의 범위를 가질 수 있고, 바람직하게는 15와 35%의 사이, 더욱 바람직하게는 20과 30%의 사이의 범위이다.
백액으로 농화되기 이전에 고온 액 채움을 위해 사용되는 흑액(435) 내의 유효 NaOH의 농도는 리터당 15 내지 35그램 사이일 수 있고, 리터당 20 내지 30그램의 범위가 바람직하고, 또는 특정 프로세스에 따라 변할 수 있지만, 백액으로 농화된 이후 알칼리 여과액(417) 내에서는 리터당 35 내지 75그램 사이, 바람직하게는 리터당 50 내지 75 그램 사이, 더욱 바람직하게는 리터당 60 내지 68 그램 사이일 수 있고, 리터당 40 내지 50그램의 범위가 바람직하다.
중화 용액은 일부분에서 증해기로 첨가될 수 있거나 여러 부분에서 증해기로 첨가될 수 있다. 일 실시예에서, 백액 및 알칼리 여과액 모두 포함하는 중화 용액은 두 개의 부분에서 첨가되고, 여기서 백액은 먼저 CCE 알칼리 여과액(417)의 첨가에 의해 백액 패드(461)로 증해기에 공급된다. 일 실시예에서, 중화 용액은 120 내지 160℃ 사이의 온도로 첨가되고, 더 바람직하게는 140 내지 150℃ 사이의 온도이다. 백액은 중화 단계에서 전체 유효 알칼리 충전량의 20%와 40% 사이를 포함할 수 있고, 더 바람직하게는 중화 단계에서 전체 유효 알칼리 충전량의 25%와 30% 사이를 포함할 수 있다.
이후 백액은 증해기 내의 중화액을 대체할 수 있고 증해기에서 목재를 쿠킹하기 위해 사용된다. 쿠킹액은 여러 부분에서 증해기로 첨가된다. 일 실시예에서, 쿠킹 용액은 두 개의 부분에서 첨가되는 CCE 알칼리 여과액 또는 고온 흑액 및 백액으로 구성된다. 흑액, 백액 및 CCE 여과 용액 내의 수산화 나트륨 및 황화 나트륨의 범위 및 바람직한 범위는 중화 단계에서의 그것과 동일할 수 있다.
일 실시예 또는 다른 실시예에서, 쿠킹 용액은 (i) NaOH와 같이 리터당 15 내지 35그램의 유효 알칼리 농도를 갖는 흑액(435)과, (ii) 첨가된 백액(463)으로 농화 또는 증진된 이후 NaOH와 같이 리터당 50 내지 75 그램 사이, 바람직하게는 리터당 55 내지 75그램 사이, 더욱 바람직하게는 리터당 60 내지 68 그램 사이의 유효 알칼리 농도를 갖는 하류 저온 가성 추출 세척 단계(424)로부터 얻은 CCE 알칼리 여과액(417)의 하나 또는 모두를 포함하고, 여기서 흑액(435)은 선택적으로는 NaOH와 같이 리터당 30 내지 50 그램 사이, 바람직하게는 리터당 38 내지 50 그램 사이, 더욱 바람직하게는 리터당 40 내지 50 그램 사이, 그리고 가장 바람직하게는 리터당 40 내지 45 그램 사이의 유효 알칼리 농도를 달성하기 위해 NaOH와 같이 리터당 95 내지 125그램의 유효 알칼리 농도를 갖는 백액(462)의 추가량을 구비하여 증진되거나 또는 재생 CCE 여과액(417)의 추가량을 구비하여 증진되고(선택적으로 알칼리 레벨을 증가시키도록 농축되거나 백액으로 증진됨), CCE 알칼리 여과액(417)은 선택적으로는 증발 또는 다른 유사한 수단에 의해 농축된다.
증해기는 스팀 또는 다른 수단으로 쿠킹 온도까지 가열될 수 있다. 쿠킹 온도는 140과 180℃ 사이의 범위일 수 있고, 바람직하게는 145 내지 160℃ 사이의 범위이다. 가열은 10 내지 30분의 기간 이상 또는 다른 적절한 기간 동안 행해질 수 있다. 증해기는 이후 15 내지 120분 사이와 같이, 쿠킹 프로세스에 대한 적절한 기간 동안 쿠킹 온도에서 유지된다. 온도 범위 및 쿠킹 시간은 130과 250 사이의 범위가 바람직한 목표 H 계수에 대해 선택된다.
쿠킹 단계(421)의 결과로, 브라운 스톡(412)가 제조된다. 브라운 스톡(412)는 종래의 크라프트 방법과 유사하게, 체질 및 세척 프로세스(422)로 공급되고, 브라운 스톡(412)는 다양한 타입의 체 또는 스크린 및 원심 세정을 사용하여 체로 걸러진다. 브라운 스톡(412)는 이후 체질 및 세척 프로세스(422)에서 워셔로 세척된다. 워셔는 수평 벨트식 워셔, 회전 드럼식 워터, 진공 필터, 세척 프레스, 압밀(compaction) 배플 필터, 대기 디퓨저 및 압력 디퓨저를 포함하는 임의의 상업용 타입일 수 있다. 세척 유닛은 스테이지들 사이에서 현재의 정반대 흐름을 사용할 수 있어, 펄프가 세척수에 반대 방향으로 이동한다. 일 실시예에서, 가압된 물이 브라운 스톡(412)를 세척하는데 사용된다. 다른 실시예에서, 희석 부식 용액이 브라운 스톡(412)를 세척하는데 사용된다. 희석 부식 용액은 예를 들어 리터당 NaOH 5그램 미만의 유효 알칼리 농도를 가질 수 있고, 더 바람직하게는 리터당 NaOH 1그램 미만이다. 소비된 세척액은 수집되어 프로세스(400)에서 흑액(413)으로 사용된다. 일 실시예에서, 흑액(413)은 쿠킹 단계(421)의 종료시 증해기로 공급되는 치환액의 일부로 사용된다.
그 후 세척 및 체질 프로세스(422)로부터 반정제된(semi-purified) 펄프는 저온 가성 추출(CCE) 스테이지(423)에 채택된 반응기에 슬러리로서 펌핑되고, 다시 종래의 방법과 유사하게 반정제된 펄프는 {제1 가성 용액(411)과 동일하거나 상이한} 제2 가성 용액(414)과 혼합되어 소정의 셀룰로오스 섬유로부터 헤미셀룰로오스를 추가적으로 분리시킨다. 저온 가성 추출은 당해 기술 분야에 공지된 프로세스이다. 저온 가성 처리 프로세스 및 시스템의 예가 본원 명세서에 설명된 것과 같이 참조로써 본원 명세서에 결합된, 알리 등의 미국 특허공개 제2004/0020854호 및 스벤슨 등의 미국 특허공개 제2005/0203291호에 상세하게 설명되어 있다.
CCE 추출 프로세스(423)의 혼합 및 추출 과정에 사용되는 가성 용액(414)은 갓 준비된 수산화나트륨 용액, 하류 프로세스로부터의 복귀, 또는 예컨대 농축된 CCE 여과액, 백액(white liquor) 등과 같은 펄프나 페이퍼 밀 작업에서의 부산물을 포함할 수 있다. 수산화암모늄 및 수산화칼륨과 같은 다른 기본 용액도 채택될 수 있다. 과산화수소, 차염소산나트륨, 수소화붕소나트륨 및 계면 활성제와 같이 첨가되는 추가 화학물에 의해 저온 알칼리 추출이 수행된다.
소정의 휴지 시간 후에, 펄프는 후속 세척 프로세스(424)에서 소비된 저온 가성 용액으로부터 분리된다. 소비된 저온 가성 용액은 추출된 헤미셀룰로오스를 함유한다. 펄프는 CCE 세척 유닛 내에서 세척된다. 예시적인 세척기는 수평 벨트 세척기, 회전식 드럼 세척기, 진공 필터, 세척 압축기, 압밀 배플 필터, 대기 확산기 및 압력 확산기를 포함한다. 세척 액체는, 예컨대 순수 또는 예컨대 리터당 1그램 이하 NaOH의 유효 알칼리 농도로 희석된 가성 용액을 포함할 수 있다. 소비된 세척 액체는 종래의 방식으로 모아지고, 일 태양에서 세척 프로세스(424)로부터 야기된 알칼리 여과액을 포함한, 다른 가성 용액(416)을 형성하도록 소비된 저온 가성 용액과 혼합될 수 있다. 추출되고 세척된 펄프(433)는 그 동안에 표백을 위해 다음 스테이지로 이동된다.
CCE 알칼리 여과액(416)은 농축 프로세스에 전체 또는 일부 제공될 수 있고, 예컨대 농축을 위한 증발 시스템에 공급될 수 있으며, 다른 실시예에서 CCE알칼리 여과액(416)은 농축 프로세스를 거치지 않을 수 있다. 전형적인 증발 시스템은 직렬로 설치된 다수의 유닛 또는 부품(effects)을 포함할 수 있다. 액체는 각각의 부품을 통해 이동하고, 부품의 출구에서 더욱 농축된다. 용액의 농축 및 증발을 용이하게 하기 위해 진공이 가해질 수 있다. 농축 프로세스와 관련하여, 연한 흑액도, 예컨대, 순차적인 배열로 하나 이상의 부품을 사용한 증발에 의해 프로세스 동안 연한 흑액의 농도를 점차로 증가시켜 진한 흑액으로 농축될 수 있다. 진한 흑액은 축적 탱크에 저장되어 증기 및 동력을 발생시키는 복귀 보일러에 사용될 수 있고, 그에 따라 생산 부산물의 재사용 또는 재활용을 통해 효율을 증가시킬 수 있다. 쿠킹 단계에서의 재사용을 위해 CCE 알칼리 여과액을 농축하는 하나의 기술은 본원과 동시에 출원되고 동시계속출원이며 그 명칭이 "알칼리 여과액 재사용과 함께 저온 가성 추출을 사용하는 펄프 처리를 위한 방법 및 시스템(Method and System for Pulp Processing Using Cold Caustic Extraction with Alkaline Filtrate Reuse)"인 미국 특허 출원 제12/789,265호(대리인 번호 161551-0002)에 설명되어 있으며, 이 출원은 본 발명의 양수인에게 양도되었고 그 전체 내용이 본원에 참고 인용된다.
농축된 알칼리성 여과 용액(417)은 전체 또는 일부가 중화액의 일부로서 및/또는 쿠킹액의 일부로서 쿠킹 스테이지(421)에서 재사용될 수 있다. 전술한 바와 같이, CCE 알칼리 여과액(416)은 쿠킹액의 일부로서 사용하기 위해 백액(463)과 혼합될 수 있다. 일부 실시예에서는, 농축된 CCE 알칼리성 여과 용액(417)이 백액으로부터 농축없이 사용될 수 있다.
쿠킹 스테이지(421)에서 재사용되지 않은 농축된 알칼리성 여과 용액(417)은 다른 목적으로 사용될 수 있다. 예컨대, 인접한 생산 라인에서의 (백액으로서의) 사용과 같이 선택적으로 다른 목적으로 전환될 수 있다. 농축된 알칼리성 여과 용액(417)은 쿠킹 스테이지(421)에서 더 높은 액체 농도의 사용을 허용하고, 그에 따라 섬유 상의 헤미셀룰로오스의 재적층을 방지한다.
도 5는 본 명세서에 개시된 일 실시예에 따라 펄프 제조 프로세스와 관련하여 사용된 쿠킹 스테이지용 연관 프로세스 및 시스템(500)의 다이어그램이다. 도 5에서, 하나 이상의 증해기(510, 본 예에서는 8개의 증해기)에 종래의 프로세스와 유사하게 목재 칩 또는 다른 펄프 함유 유기 물질이 제공되고, 쿠킹 프로세스에 사용된 기본 반응 용기로서 작용한다. 시스템(500)은 또한 다른 것들 사이에, 백액/CCE 여과액 보유 탱크(520), 치환액 탱크(530), 하나 이상의 고온 흑액 축적 탱크(540a, 540b), 그리고 하나 이상의 블로우 탱크(560)를 포함한다. 적절한 소스로부터의 백액(519)은 유체 히터(551, 552)에 의해 가열되고 백액/CCE 여과액 보유 탱크(520)로 펌핑되어, 재활용 또는 나중에 사용하기 위해 저장되고, 배수되어 증해기(510) 내에서 중화액(522)으로 사용될 수 있다. CCE 여과액(516)은 마찬가지로 가열되고, 나중에 사용하기 위해 백액/CCE 여과액 보유 탱크(520)로 펌핑된다. 치환액 탱크(530)는 희석된 흑액 또는, 예컨대 인입 화살표(525)로 표시된 바와 같이 세척 스테이지(424)로부터의 부산물일 수 있는 흑액을 포함하는 혼합물을 포함하는 용액을 보유한다.
쿠킹 프로세스의 종료 시에, 쿠킹 반응을 종료하기 위해 치환액 탱크(530)로부터의 저온 액체(75 내지 85℃)가 증해기(510)로 보내진다. 증해기(510)로부터 치환된 액체의 제1 부분은 상대적으로 고온(140 내지 160℃)이고, 다음 쿠킹 시에 사용하기 위해 제1 고온 흑액 어큐뮬레이터 탱크(540a)로 보내진다. 그 이후에 증해기(510)로부터 치환된 저온 액체는 보다 저온(약 120 내지 140℃)이며 제2 고온 흑액 어큐뮬레이터 탱크(540b)로 보내진다. 제2 고온 흑액 어큐뮬레이터 탱크(540b)로부터, 고온 흑액(536)이 열교환기를 통하여 액체 필터(570)에 펌핑된다. 흑액은 냉각되는 한편, 동시에 그 열은 열교환기(551, 552)를 통해 순환하는 CCE 여과액 또는 백액을 가열하는데 사용된다. 여기서부터, 여과된 흑액은 이후의 프로세스를 위하여 증발 시설로 보내진다.
도 5에 도시된 양호한 쿠킹 프로세스에서, 증해기(510)는 목재 칩 또는 유사한 유기 재료로 채워진다. 증기에 의한 사전 가수 분해가 수행되고, 이후 백액 "패드" 형태의 중화 백액(517)이 증해기(510)에 제공되며, 이에 중화 유체(522)의 일부로서 CCE 알카라인 여과액(516)의 도입이 수반된다. 중화 유체는 이후에 적절한 쿠킹액에 의해 치환된다. 쿠킹액은 (ⅰ) 쿠킹을 위해 특별히 마련된 백액/CCE 여과액 보유 탱크(520)로부터의 CCE 여과액(524), (ⅱ) 선택적으로 백액(또는 CCE 여과액)(562)의 첨가량에 의해 강화되며, 본 예에서는 그 온도 제어를 위해 유체 히터(553)를 통하여 순환되는, 흑액 어큐뮬레이터 탱크(540a)로부터의 흑액(535), 및/또는 (ⅲ) 백액-농화 농축 CCE 알카라인 여과액을 생산하기 위해, 농축되거나, 증발 또는 다른 유사한 수단을 거치지 않고, 첨가된 백액(519)에 의해 선택적으로 강화 또는 농화된, 하류 저온 가성 추출 세정 스테이지(424)(도 4 참조)로부터 유도된 CCE 알카라인 여과액(516)을 포함할 수 있다. CCE 알카라인 여과액(516)은, 중화액(522)으로서 중화 단계에 사용되거나 쿠킹 CCE 여과액(524)로서 쿠킹 단계에 사용되기 위해, 열교환기(551, 552)를 통해 백액 보유 탱크(520) 내로 펌핑된다. 다양한 쿠킹액의 양호한 농도는 본 명세서의 다른 부분에서 설명된다.
일단 쿠킹액(들)이 증해기(510)에 첨가되면, 증해기(510)의 온도는 쿠킹 온도로 상승되며, 탈리그닌이 발생하기에 충분한 기간동안 증해기가 이 온도로 유지된다. 쿠킹이 완료되면, 각 증해기(510) 내의 블로우 밸브가 개방되고, 이후에 증해기(510)로부터 탈리그닌된 펄프가 블로우 탱크(560) 중 하나 내로 배출된다. 쿠킹 사이클의 종료가 가까워지면서, 증해기는 가압 상태로 유지되는 한편, 치환액 탱크(530)로부터의 치환액이 도입되어 고온의 흑액 또는 소모액을 치환하며, 이들은 여전히 대략 쿠킹에 사용되는 온도인 상태로 증해기(510)의 외부로 방출된다. 전술된 바와 같이 치환액은 일반적으로 흑액 또는 이전 뱃치의 펄프 생산 중에 펄프 또는 탈리그닌된 섬유의 세정 단계로부터 얻어진 유사한 여과액을 포함한다. 치환된 고온 흑액은 이후의 재사용을 위하여 하나 이상의 고온 어큐뮬레이터(540) 내에 수집된다.
증해기(510)는 최종적으로 배수되어 탈리그닌된 펄프를 제거한다. 이전에 증해기(510)로부터 배수된 고온 흑액은 재사용(및 고온 백액 등과 같은 다른 용액 또는 여과액과 혼합)될 수 있다.
전체 쿠킹 프로세스의 다양한 태양이 도 6 내지 도 9를 참조하여 설명된다. 도 6a 및 도 6b는 무엇보다도, 중화 단계를 위한 사전 프로세스에서 사용되는 바와 같은 전형적인 액체 및 재료 수준을 도시하는 [도 5에 도시된 증해기(510) 중 어느 하나와 같은] 증해기의 단면도이다. 또한 도 7a 내지 도 7c, 도 8 및 도 9는 본 명세서에 개시된 하나 이상의 실시예에 따른 쿠킹 이전의 중화 단계 중의 액체 및 재료 혼합물을 도시하는 증해기의 단면도이다. 우선 도 6a에 도시된 바와 같이, 공지된 쿠킹 프로세스의 중화 단계 중의 증해기(610)는 사전 가수 분해 후에 증해기(610)의 전체 체적의 현저한 비중(예컨대, 60 %)을 차지하는 대량의 CCE 여과액(액체)(616)로 채워질 수 있다. 예컨대, 360 평방 미터의 용량을 가지며, 72 톤의 목재(건조 중량) 및 11 톤의 용해된 고체로 충전된 증해기에 대해서, 약 214 평방 미터의 CCE 여과액(616)이 중화 단계의 일부로서 사용될 수 있다. 이 단계 중에, CCE 여과액 농도는, 목재에 대한 NaOH의 13.2%의 유효 알칼리(EA) 충전량으로써, 대략 51.3그램 NaOH/리터일 수 있다. 사전 가수 분해 후에, 증해기(610)는 7 bar(700 kPA)의 상대 압력(즉, 지역 대기압에 대한 압력)에서 대략 165℃일 수 있다. 이점에서, 목재 칩 또는 다른 펄프 함유 유기 재료는, 그 칩 또는 유사한 유기 재료 내부의 공동 내에 증기가 존재하는 상태로서 대부분 공기가 없어야 한다. 대부분의 칩 워터(chip water)는 액체 형태이다.
130℃의 대표 온도에서 중화액을 증해기(610)로 펌핑하면, 칩 또는 다른 유기물 내의 증기는 응축하고, 응축에 의해 생성된 저압에 기인하여 액체는 칩 또는 다른 유기물 내로 흡입된다. 이러한 공정 동안, 특정 양의 액체가 증기로부터 추가되고 또한 가스 제거(de-gassing)에 의해 사라진다. 예를 들어, 전술된 양과 관련하여, 증기로부터 대략 11.9 입방미터의 물이 추가되고, 약 1.6 입방미터의 물이 가스 제거(625)로부터 사라질 수 있다. 전부, 유리(遊離) 액체(free liquid)(중화액 및 증기 물)의 관점에서, 약 224 순입방미터의 액체가 쿠킹 공정 중 이 기간 동안 추가될 수 있다. 사전 가수 분해 및 중화 후, 1.31 m3/BDt[완전 건조 미터 톤(bone dry metric ton)의 칩 당 액체의 입방미터] 또는 3.15 m3/ADt[에어 건조 미터 톤(air dry metric ton)의 칩 당 액체의 입방미터]에 대응하는, 대략 109 입방미터의 액체가 사전 가수 분해된 칩 내에 여전히 결합된 상태에서, 증해기(610)는 일반적으로 대략 203 입방미터의 유리 액체를 함유할 수 있다. 따라서, 총 함유량 312 입방미터의 액체가 유리 액체 상태 또는 칩 내에 결합된 상태 중 하나로 존재할 수 있다. 이 시점에서, 증해기(610)는 72 미터 톤의 목재, 목재 내에 흡수된 36 미터 톤의 물 및 11 미터 톤의 다양한 종류의 용존 고형물을 보유할 수 있다. 이러한 예에 있어서 중화 후 액체의 밀도는 약 1.13 t/m3(즉, 입방미터 당 톤)일 수도 있다.
다음으로 도 6b에 도시된 바와 같이, 첨가된 중화액은 칩 주위의 빈 공간 및 칩 내측 공간[디스카운팅된 칩 워터(discounted chip water)]을 채울 것이다. 따라서, 현재의 예를 취하면, 214 입방미터의 추가 중화액은 대략 56.8 입방미터가 칩 내측의 빈 공간을 채우고[증해기(610)의 원뿔부(607) 내에 8.3 입방미터 그리고 증해기(610)의 원통형부(608) 내에 48.5 입방미터], 157.2 입방미터가 칩 주위의 빈 공간을 채우면서[증해기(610)의 원뿔부(607) 내에 22.8 입방미터 그리고 증해기(610)의 원통형부(608) 내에 134.4 입방미터], 분배될 것이다. 이는 40 입방미터의 원뿔부(607) 체적 및 9.6 미터의 원통형부(608)의 높이를 가정한 것이다. 이 경우, 증해기 원뿔부(607) 내의 칩 양은 결합 액체 체적이 12.3 입방미터이고, 결합 물의 체적이 4 입방미터이고, 칩 주위 유리 액체가 22.8 입방미터이고, 원뿔부(607) 내에 취하여진 전체 체적이 31.1 입방미터인(즉, 22.8 + 12.3 - 4.0 입방미터)인 상태에서 9.3 BDt(완전 건조 미터 톤)에 근접될 수 있다. 높이가 대략 0.6 내지 0.7 미터인 응축액(613)의 작은 밴드가 증기와 액체가 만나는 액체 혼합물의 표면에서 수집 또는 형성된다.
목재 섬유 상의 헤미셀룰로오스의 재침전을 감소 또는 회피하기 위해, 백색 액체 "패드" 또는 쿠킹 공정 중 강화(enrichment) 스텝이 중화 스텝 초기에 사용된 CCE 알칼리 여과액 부분을 대체하도록 사용될 수 있다. 따라서, 중화 단계의 제1 부분으로서의 사전 가수 분해 후, 백색 액체의 양은 목재 칩 또는 다른 유기물 함유 펄프 내측 공간을 채우기에 충분한 양으로 첨가되고, CCE 여과액의 주입이 이어지는 것이 바람직하다. 양호하게는, 미터 톤의 목재 칩에 대해서, 대략 0.35 내지 0.55 입방미터, 더 양호하게는 0.40 내지 0.44 입방미터의 백색 액체가 목재 칩의 내측 공간을 채우고 생산되고 있는 펄프의 최종 알파 함유량을 향상시키기 위해 사전 가수 분해 후에 첨가된다. 중화를 위해 첨가된 유체 중 나머지는 종래 공정과 마찬가지로 CCE 알칼리 여과액의 형태를 취하거나, 선택적으로 농축 CCE 알칼리 여과액의 사용을 수반할 수도 있다. 이들 스텝이 증해기 내의 알칼리 레벨을 상승시키지만, 발명자들은 점도, 카파값 및/또는 유효 알칼리 소비량과 같은 다른 공정 속성을 가용 범위 내로 유지시키면서 헤미셀룰로오스 재침전이 방지되고 높은 알파 함유량이 가능함을 발견하였다.
다시 이전 예를 참조하면, 예를 들어, 30 입방미터 체적의 백색 액체가 도 7a에 도시된 바와 같이, 사전 가수 분해 이후 72 톤의 목재 칩을 함유하는 증해기(610)에 첨가될 수 있다. 여기에 도시된 바와 같이, 백색 액체 패드(715)는 목재 칩의 하부 또는 유사한 유기물과 함께 증해기(610)의 원뿔부(607)를 대략 채운다. 이어서, 82.9 입방미터의 CCE 여과액(강화 또는 농축된 CCE 알칼리 여과액)이 백색 액체 패드를 대체하기 위해 증해기(610)에 첨가될 수도 있으며, 그 결과 모든 백색 액체가 효과적으로 목재 칩 내측의 공간을 채우기 위해 소비된다. 중화 공정을 완료하기 위해 130.6 입방미터 체적의 추가 CCE 여과액(양호하게는 농축 CCE 알칼리 여과액)의 증해기(610)로의 주입이 이어진다. 도 7b는 30 입방미터의 백색 액체 패드 및 82.9 입방미터의 CCE 여과액(716)의 주입 후 증해기(610)의 내용물을 도시하고 있다. 도시된 바와 같이, 백색 액체 패드 및 초기 CCE 여과액의 조합이 증해기(610) 내의 목재 칩의 하부(718)에 의해 도 7b에 반영된 것처럼, 증해기(610) 내의 목재 질량의 약 41%(대략 33.9 완전 건조 미터 톤)을 덮고 있다. 목재 칩의 나머지 부분은 증해기(610) 내의 칩의 상부(719)에 반영된 것처럼, 도 7c에 도시된 바와 같이 침 내부 및 주위 모두를 채울 추가 130.6 입방미터의 CCE 여과액(717)으로 덮여 있게 된다. 전술한 바와 같이, 높이가 대략 0.6 내지 0.7 미터인 응축액(713)의 작은 밴드가 액체 혼합물의 표면에 형성된다.
증해기(610)에 부가되는 백액 패드는 NaOH가 리터당 95 내지 125g인 유효 알칼리(EA) 농도를 가질 수도 있고, 더 바람직하게는 NaOH가 리터당 105와 115g 사이, 가장 바람직하게는 NaOH가 리터당 대략 110g인 유효 알칼리 농도를 가진다. 그런 경우 목재의 등가 알칼리 충전량은 대략 4%일 수 있다. 30입방미터의 백액 패드 및 82.9입방미터의 CCE 여과액(716)의 부가 후, 또한 잔량의 CCE 여과액(717) 부가 전, 증해기(610)의 원뿔형(607) 내의 반동액은 대략 8.3입방미터이고, 원뿔형 내의 자유액은 대략 23입방미터이다. 증해기(610)의 원통부(608) 내의 반동액은 약 21.7입방미터이다.
바람직하게는, 백액 패드는 중화 단계에 가해지는 총 유효 알칼리 충전량의 적어도 10%, 바람직하게는 10% 내지 25%를 제공하고, 더 바람직하게는 중화 단계에 가해지는 총 유효 알칼리 충전량의 13%와 25% 사이를 제공하고, 가장 바람직하게는 중화 단계에 가해지는 총 유효 알칼리 충전량의 20%와 25% 사이를 제공한다. 상술한 예에서, 백액 패드에 의해 제공되는 목재의 유효 알칼리 충전량은 4%이고, 중화액의 나머지에 대한 목재의 유효 알칼리 충전량은 CCE 여과액으로부터 13.2%이므로, 총 유효 알칼리 충전량은 17.2%이다. 따라서, 본 예에 있어서, 백액 패드는 목재의 총 유효 알칼리 충전량의 23%를 제공한다.
일 양태에 있어서, 본 명세서에서 기술한 바와 같은 백액 패드의 사용은, 헤미셀룰로오스가 풍부한 CCE 여과액이 도 7b 및 도 7c에 도시한 공정에 있어서 목재 칩 또는 다른 유사한 재료와 접하게 되는 경우 목재 칩 또는 다른 재료는 백액에 의해 미리 중화되기 때문에, 중화 단계 동안의 pH충격을 회피 또는 감소시킬 수도 있다. 백액 패드(715)는 일반적으로 칩 공극으로 흡수되어 갈 때 목재 칩 또는 다른 유사한 유기 물질의 pH를 증가시킨다. CCE 여과액이 부가되는 경우, 흡수되지 않은 잔존의 백액이 제거되고, CCE 여과액이 그들 칩 또는 유기 물질에 다다르기 전까지 증해기(610) 내를 상승함에 따라서 추가의 목재 칩 및 유기 물질을 계속해서 중화시킬 수 있다. CCE 여과액의 도입이 백액 패드(715)의 다음에 오기 때문에, 헤미셀룰로오스가 풍부한 CCE 여과액은 증해기(610)의 상부를 향하는 작은 양의 칩 또는 유기 물질을 제외하고는, 먼저 미리 중화된 목재 칩 또는 유기 물질과 접하게 되어, pH 충격을 회피 또는 최소화한다. CCE 여과액으로부터의 헤미셀룰로오스는 목재 칩 또는 유기 물질에 재흡수 또는 침전되기보다는 용액 내에 머무른다. 이것은 차례로 펄프 브라운 스톡의 순도를 증가시키고, 궁극적으로 고순도의 최종 산출물을 얻게 한다.
도 8 및 도 9는 본 명세서에서 기술한 바와 같은 일 실시예에 따른 고온 흑 충전 및 최종 용액 치환에 이어지는 단계에서의 용액 및 재료 혼합물과 레벨을 설명한다. 쿠킹액의 도입 및 존재하는 액체의 치환을 설명하는 도 8에 도시한 바와 같이, 210입방미터의 체적을 갖는 고온 흑액(815)이 중화 단계의 완료 후에 증해기(610)에 부과될 수도 있다. 그 후, 144입방미터의 체적을 갖는 (농화된 CCE 여과액 또는 농축된 CCE 알칼리 여과액 중 하나인)CCE 여과액(817)에 이어 20입방미터의 또 다른 체적을 갖는 고온 흑액(821)이 증해기(610)에 부과되어, 이 시점까지 찌꺼기 및 불순물이 침투한 중화액을 치환하고, 흑액(840)의 형태를 취한다. 본 예에 있어서, 351입방미터를 갖는 흑액(840)은 증해기(610)로부터 치환되고, 도 5에 있어서의 축척 탱크(540b)와 같은 흑액 축척 탱크("AC2")로 보내진다.
도 8에 도시한 공정에 있어서 증해기(610) 내에서 CCE 여과액이 부가된 알칼리 충전량은 건조한 목재에 대한 유효 알칼리로서 나타낸 7과 12% 사이이고, 더 바람직하게는 건조한 목재에 대해 NaOH에 관하여 대략 8.9%이다. 쿠킹 단계에 요구되는 총 알칼리 충전량은 농후한 고온 흑액과 함께 부과되는 알킬리로 보충된다. 흑액(815, 821) 및 CCE 여과액(716)의 화합물의 부가 후, 증해기(610) 내의 총 용액의 체적은 대략 312입방미터이고, 증해기(610) 내의 총 액체 질량은 약 353톤이고, 증해기(610) 내의 액체의 밀도는 대략 1.13이다.
도 9는 쿠킹 공정의 말미에 있어서의 치환액의 도입이 소비된 쿠킹액을 치환한다는 것을 설명한다. 도 9에 도시한 바와 같이, 475입방미터의 체적을 갖는 치환액(930)이 쿠킹 단계의 말미에 증해기(610)에 부가될 수도 있다. 이 시점까지 펄프 찌꺼기 및 불순물이 침투한 쿠킹액은, 진한 종류의 흑액을 보유하는 동안 제1 흑액 축척 탱크["AC1", 예를 들어 도 5에 있어서 탱크(540a)]에 저장된 상대적으로 진하고 고온의 흑액(942)을 제1 체적인 220입방미터만큼, 그리고 묽은 타입의 흑액을 보유하는 동안 제2 흑액 축척 탱크["AC2", 도 5에 있어서 탱크(540b)]에 저장된 상대적으로 묽은 흑액(941)을 제2 체적인 255입방미터만큼 배출될 수도 있다. 일부 쿠킹액은 쿠킹된 목재 칩 또는 다른 펄프 베어링 유기 물질에 남겨진다. 본 공정은 쿠킹 및 관련 공정에서 용해된 대략 41.1톤의 고체로, 대략 31.1bdt(bone dry tons)의 쿠킹된 펄프 산출한다.
도 10은 본 명세서에서 개시된 하나 이상의 실시예에 따른, 저온 가성 펄프 제조 공정에서 이용될 수 있는 쿠킹 공정(1000)의 공정 흐름도이다. 도 10에서의 공정(1000)은 스팀과 함께 목재 칩 또는 다른 펄프 함유 유기 재료가 고압을 견딜 수 있는 증해기 내부로 공급되는 목재 칩 급송 단계(1005)로 시작된다. 전술한 바와 같이, 목재 타입 또는 다른 식물 또는 유기 재료의 특정 선택은 소정의 최종 제품에 따라 달라진다. 증해기 내부에 목재 칩의 패키징을 개선하기 위해 스팀이 도입된다. 증해기는 하나 이상의 단계에서 가열될 수 있다. 본 실시예에서, 증해기는 스팀에 의해 미리 지정된 온도(예를 들어, 110 내지 130℃ , 보다 특정하게는 대략 120℃) 또는 그렇지 않은 경우 초기 가열 단계(1018)에서 가열되고, 차후의 단계(1020)에서 사전 가수분해 온도(예를 들어 약 165℃)로 가열된다. 이러한 두 단계는 일부 실시예에서는, 잠재적으로 결합될 수 있다. 가열 시간은 설비의 상세 사항, 증해기의 체적, 목재 칩의 체적 및 가열된 유기 재료의 성질에 따라 어느 정도 달라질 수 있다.
사전 가수분해 온도가 달성되면, 증해기는 적당한 시간 주기 예를 들어, 35 내지 45분, 또는 사전 가수분해 단계(1025)를 완료하기에 충분한 임의의 다른 시간 동안 유지된다. 다음으로, 중화 단계(1030)가 수행된다. 바람직한 실시예에서, 백액(1015)을 포함하는 중화 용액은 먼저 증해기에 부가되며, 그 후 CCE 여과액(1016)이 도입된다. 백액(1015)은 본 명세서에 개시된 임의의 실시예에 따른 유효 알칼리 함량을 갖는 예를 들어, 수산화 나트륨 및 황산 나트륨 혼합물의 형태를 취할 수 있다. 예컨데, 백액(1015)은 수산화 나트륨(NaOH)으로서 유효 알칼리 리터 당 80 내지 150그램을 가질 수 있으며, 바람직하게 수산화 나트륨으로서 유효 알칼리 리터당 100 내지 110그램을 가질 수 있다. 백액(1015)의 황화도는 바람직하게 20 내지 30%이나, 일부 실시예에서는 변경될 수 있다. CCE 여과액(1016)은 하향 CCE 세척 공정으로부터 얻어지거나 선택적으로 증발 또는 다른 수단에 의해 농도화된 재생 CCE 알칼리 여과액을 포함할 수 있다. CCE 여과액(1016)에서 유효 NaOH의 농도는 특정 공정에 따라 변경된다 하더라도, 예를 들어 리터당 50 내지 75그램의 범위를 가질 수 있다.
바람직하게, 백액(1015)은 도 7a 내지 도 7c에 개시된 공정에 따른 "패드"로 먼저 도입되고, 이후 CCE 여과액 (1016)이 도입된다. 이때, 공정(1035)에서, 고온 흑액(1017)의 제2 부분이 도8과 관련되어 개시된 바와 같이, 침지지 내부로 도입된다.
다음 단계(1040)에서, 제2 백액(1019)은 쿠킹 목적으로 증해기 내에 부가된다. 대안으로서, 백액(1019)은 하향 CCE 세척 공정으로부터 얻어지거나 선택적으로 증발 또는 다른 수단에 의해 농도화된 재생 CCE 알칼리 여과액으로 대체될 수 있다. 단계(1045)에 의해 지시된 시기중에, 증해기의 내용물은 스팀 또는 다른 수단에 의해 적절한 쿠킹 온도로 가열되며, 온도는 증해기 내의 목재 펄프의 탈리그닌을 달성하기 위해 적합한 기간동안 쿠킹 단계(1050)에서 유지된다. 쿠킹 온도는 임의의 적정 온도를 가질수 있으나, 140 내지 180℃ 의 범위에 있으며, 바람직하게 150 내지 160℃의 범위를 갖는다. 가열은 10 내지 30분 또는 다른 적절한 기간동안 놓일 수 있다. 증해기는 15 내지 120분 등의 쿠킹 공정에 적적한 기간동안 쿠킹 온도에서 유지된다. 온도 범위 및 쿠킹 시간은 전술한 바와 같이 일반적으로 목표 H 계수를 위해 선택된다.
쿠킹 후에, 단계(1055)로 지시된 바와 같이, 일반적으로 브라운 스톡 세척 단계로부터 희석된 흑액(1034)이 증해기에 도입되며 펄프 함량은 하향 처리중에 방출된다. 이때, 증해기는 단계(1060)에 의해 지시된 것과 같이 방출되고, 세척되고, 세정될 수 있으며, 목재 칩의 다음 배치는 단계(1070)에 의해 지시된 것과 같이 동일한 형태로 처리될 수 있다.
실시예들
본 발명의 실시예들의 공정은 하기의 실시예들로 설명된다. 실시예에서 개시된 분석 결과는 도 11에 도시된 일반 공정을 이용하여 얻어지며, 도 10의 공정 흐름(1000)에 따라 일반적으로 수행되는 일련의 단계가 열거되며, 산업상 공정에서 시뮬레이팅하기 위해 대략 20리터 체적의 벤치 스케일 증해기를 참조로 기술한다. 도 11에 예시된 절차와 특정 실시예 사이의 차이는 이후 보다 상세히 설명된다.
도 11에 도시된 바와 같이, 공정은 대개 증해기에 목재 칩(본 경우에서 있어서 유칼리 목재)의 첨가와 함께 증해기 내에 초기 온도 및 습도를 달성하기 위해 30분동안 증해기 사전 스티밍으로 시작되지만, 실험실의 경우 스팀 패킹이 요구되지 않을 수 있다. 증해기는 165℃의 온도로 끌어올리기 위해 대략 60분동안 증해기에 스팀을 제공함으로써 더 가열된다. 사전 가수분해 단계는 165℃의 온도에서 예를 들어, 대략 40분동안 수행된다. 그 후, 일부 실시예에 있어서, CCE 알칼리 여과액 및 제1 백액 패드가 중화 공정의 일부로서 부가된다. 이러한 공정은 대략 15분정도 소요되며, 대략 150℃의 온도에서 수행된다. 다음으로, 증해기의 잔여부분을 채우기 위해 제1 고온 흑액이 부가된다. 제1 고온 흑액의 도입은 대략 15분간 소요되며 140℃의 온도에서 수행된다. 다음으로, 제2 고온 흑액이 치환 단계중에 증해기 내에 부가되며, 대략 146℃의 온도에서 23분동안 수행된다. 이러한 두개의 고온 흑액 단계는 산업상 작업에서 수행될 수 있는 고온액 충전을 집합적으로 나타낸다. 다음으로, 백액 또는 CCE 알칼리 여과액은 치환 공정을 마무리하기 위해 부가되며, 쿠킹 단계를 개시한다. 필요하다면, 일부 고온 흑액이 증해기에 또한 공급될 수 있다. 백액(또는 CCE 알칼리 여과액) 및 고온 흑액의 혼합물은 예를 들어, 대략 152℃의 온도 및 10.0바아의 압력에서 12분동안 수행될 수 있다. 쿠킹 단계동안, 액체는 약간 감소된 9.1바아의 압력에서 3분동안 분당 대략 3리터의 속도에서 증해기를 통해 순환된다. 증해기의 내용물은 14분동안 대략 160℃로 백업 가열되며, 그 후 적절한 쿠킹 주기동안, 예를 들어 대략 23분동안, 상기 온도로 유지된다. 다음으로, 희석된 액체가 치환 액체로서 도입되며, 증해기의 내용물은 하류 처리를 위해 방출된다. 희석된 액체는 분당 1리터의 속도로 계속해서 도입되며, 충분한 기간동안 증해기 내에서 순환된다. 그리고 나서, 증해기는 방출되고 새로운 배치(batch)를 준비하기 위해 세척되고 세정될 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 하기에 기술된 실시예2 내지 9에 따른 다양한 공정 조건 및 결과를 요약한 도표이다. 특히, 도 13a는 다양한 상이한 실시예에 대한 공정 조건 및 변수를 도시하고 도 13b는 대응 결과를 원소 나열법으로 도시한다.
예1
중화 및 쿠킹 단계에 백액과 고온 흑액 조합을 사용하는 크라프트 공정
제1 예시에 따르면, 20 리터 벤치 스케일의 증해기가 30분에 걸쳐 120℃까지 스팀으로 예열된다. 상기 증해기에는, 유칼리 목재 또는 다른 목재 칩과 같은 오븐에 건조된 4700g의 펄프 함유 유기 재료가 첨가된다. 실험실 순차 작업은 도 11을 따른다. 증해기는 60분에 걸쳐 165℃로 가열되고 추가로 40분 동안 165℃로 유지되어 사전가수분해(prehydrolysis) 단계를 완성한다. 리터당 124.7g NaOH의 유효 알칼리를 갖는 4.51 리터의 제1 백액("WL1")이 150℃에서 15분에 걸쳐 상기 증해기에 첨가된다. H 계수의 계산은 이 시점에서 개시한다. 그 후, 리터당 25.3g NaOH의 유효 알칼리를 갖는 10.8 리터의 제1 고온 흑액("HBL1")이 140℃에서 15분에 걸쳐 첨가되어 중화 단계를 완성한다. 그 후 리터당 25.3g NaOH의 유효 알칼리를 갖는 10.0 리터의 제2 고온 흑액("HBL2")이 146℃에서 23분에 걸쳐 소비된 HBL1과 WL1를 치환하기 위해 증해기에 첨가되고, 이어서, 10bar 및 152℃에서 12분에 걸쳐 첨가된 리터당 124.7g NaOH의 유효 알칼리 농도를 갖는 1 리터의 HBL2와 4.16 리터의 제2 백액("WL2")의 혼합물로 구성된 쿠킹액이 첨가된다. 일련의 작업 동안의 하나의 제조 공정 파라미터는, 모든 첨가된 용액의 전체 부피 및 그 각각의 농도를 고려하여 계산된 목재 칩 중량(건조 기준)의 알칼리 비율로 통상적으로 표시되는, 총 유효 알칼리 충전량이다. 이러한 예시에서, 목재의 총 등가 유효 알칼리 충전량은 중화 단계에서 NaOH를 기준으로 12% EA이며, 쿠킹 단계에서 NaOH를 기준으로 11% EA이다. 중화 단계("중화액") 후의 치환된 WL1과 HBL1의 샘플은, 통상적으로 치환 작업의 개시로부터 치환 작업의 말미까지의 pH 거동을 측정하고 추적하기 위해 수집된다. 치환액은 이후의 회수를 위해 수집된다.
HBL2 및 WL2를 포함하는 쿠킹액은 9.1 bar의 압력에서 3분 동안 분당 3 리터의 속력으로 순환된다. 그 후, 증해기는 14분에 걸쳐 160℃로 가열되고, 그 이후 23분 동안 160℃로 유지된다. 반응 혼합물의 액은 반응의 말미에서 NaOH의 농도("EoC")를 측정하기 위해 취해진다. EoC는 리터당 약 23.3g NaOH이다.
그 후, 증해기는 냉각되고, 반응 혼합물은 희석된 부식 용액으로 두 번 세척된다. 각각의 세척은, 희석된 액체 용액("DL")의 리터당 약 0.2g NaOH를 함유한 15 리터의 수용성 용액을 사용한다. 제1 세척에 후, 소비된 액체는 리터당 약 21.9g NaOH를 함유하고 고온의 흑액의 다음 배치를 준비하기 위해 사용될 수 있다. 제2 세척 후, 소비된 액체는 리터당 약 13.0g NaOH를 함유하고 중화액과 조합된다.
조합된 액체는 리터당 6.4g NaOH의 EA(3.88% NaOH와 등가)를 갖는다. 분쇄기에서, 이러한 혼합물은 회복 보일러 버닝(recovery boiler burning) 동안 더 농축된 부식 용액을 형성하기 위해 증발될 수 있다.
실험실 벤치 증해기는 10분 동안 분당 1 리터로 증해기를 통해 제1 순환 DL(희석 용액)에 의해 세척된 후, 33 리터의 증류수로 먼저 세척된 후 45 리터의 증류수로 세척되어 두번 세척된다. 제1 세척으로부터 사용된 세척액은 리터당 약 0.9g NaOH를 함유하고 있고 DL의 다음 배치를 준비하기 위해 사용될 수 있다.
생성된 브라운 스톡은 11.9의 카파값, 1117 ml/g의 점도, 3.54%의 S10 용해도 및 2.7%의 S18 용해도를 갖는다. 반응은 39.8%의 수율을 갖는다. 체질시, 혼합물은 0.4%의 리젝트율을 가져 체질 수율은 39.4%가 된다. 반응에 대한 H 계수는 333이다.
도 12는 다양한 샘플을 아우르는 중화액의 pH 및 유효 알칼리 농도를 나타낸 그래프로서, 알칼리 함유량의 변동 없음을 나타내어 쿠킹 단계의 대체적인 완료를 알린다.
예2
중화 및 쿠킹 단계에 백액을 사용한 크라프트 공정
제2 예시에 따르면, 예 1에 기재된 바와 동일한 펌핑 공정이 반복되며, 중화와 쿠킹 단계 모두에 백액을 사용한다. 중화액은 10.2의 pH를 갖고, 최종 쿠킹액은 리터당 26.7g NaOH의 EoC를 갖는다. 사전가수분해에 있어서의 P 계수는 310이고, 쿠킹 반응에 있어서의 H 계수는 394이다. 이러한 예시에 있어서, 목재의 총 등가 유효 알칼리 충전량은 각각, 중화 단계에서 NaOH를 기준으로 12% EA이며, 쿠킹 단계에서 NaOH를 기준으로 11% EA이다.
생성된 브라운 스톡은 10.3의 카파값, 988 ml/g의 점도, 3.6%의 S10의 용해도 및 2.7%의 S18 용해도를 갖는다. 반응은 39.3%의 수율을 갖는다. 체질시, 혼합물은 0.13%의 리젝트율을 가져 체질 수율은 39.1%가 된다.
예 3
중화에서 CCE54 및 쿠킹 단계에서 백액을 각각 사용하는 크라프트 공정
제3 예시에 따르면, 중화의 백액이, 리터당 54g NaOH의 EA(CCE54)를 갖는 CCE 단계에 의해 여과액으로 치환된다는 점을 제외하고는, 도 1에 기재된 바와 동일한 펄핑 공정이 반복된다. 중화액은 8.6의 pH를 갖고, 쿠킹 혼합물은 리터당 23.5g NaOH의 EoC를 갖는다. 사전가수분해에 있어서의 P 계수는 300이고, 쿠킹 반응에 있어서의 H 계수는 364이다. 이러한 예시에 있어서, 목재의 총 등가 유효 알칼리 충전량은 각각, 중화 단계에서 NaOH를 기준으로 12% EA이며, 쿠킹 단계에서 NaOH를 기준으로 11% EA이다.
생성된 브라운 스톡은 11.0의 카파값, 1059 ml/g의 점도, 4.0%의 S10의 용해도 및 3.1%의 S18 용해도를 갖는다. 반응은 40.3%의 수율을 갖는다. 체질시, 혼합물은 0.16%의 리젝트율을 가져 체질 수율은 40.2%가 된다.
예 4
중화 및 쿠킹 단계에서 CCE54 를 사용하는 크라프트 공정
제4 예시에 따르면, CCE54가 중화와 쿠킹 단계 모두에서 백액을 치환하는 것을 제외하고는, 도 1에 기재된 바와 동일한 펌핑 공정이 반복된다. 중화액은 11.0의 pH를 갖고, 쿠킹 혼합물은 리터당 18.5g NaOH의 EoC를 갖는다. 사전가수분해에 있어서의 P 계수는 297이고, 쿠킹 반응에 있어서의 H 계수는 419이다. 이러한 예시에 있어서, 목재의 총 등가 유효 알칼리 충전량은 각각, 중화 단계에서 NaOH를 기준으로 12% EA이며, 쿠킹 단계에서 NaOH를 기준으로 11% EA이다.
생성된 브라운 스톡은 10.8의 카파값, 1118 ml/g의 점도, 4.5%의 S10의 용해도 및 3.6%의 S18 용해도를 갖는다. 반응은 40.4%의 수율을 갖는다. 체질시, 혼합물은 0.09%의 리젝트율을 가져 체질 수율은 40.3%가 된다.
예 5
중화 및 쿠킹 단계에서 "약한( weak )" 백액을 사용하는 크라프트 공정
제5 예에 따르면, 중화 및 쿠킹 단계 모두에서 리터 당 54g NaOH의 EA("WL54")를 갖는 백액이 사용된다는 것을 제외하고는 예 1에 기술된 바와 같은 동일한 펄핑 공정이 반복된다. 중화액은 11.3의 pH를 가지며, 쿠킹 혼합물은 리터 당 18.8g NaOH의 EoC를 갖는다. 사전 가수분해를 위한 P 계수는 300이고, 쿠킹 반응을 위한 H 계수는 429이다. 이러한 예에서 목재 상의 총 등가 유효 알칼리 충전량(total equivalent effective alkali charge on the wood)은 각각: 중화 단계에서 NaOH를 기준으로 12% EA이고, 쿠킹 단계에서 NaOH를 기준으로 11% EA이다.
얻어진 브라운 스톡(brown stock)은 11.2의 카파값과, 1158ml/g의 점도와, 3.7%의 S10 용해도와, 3.1%의 S18 용해도를 보인다. 반응은 40.2% 수율을 갖는다. 체질 시, 혼합물은 0.12% 리젝트율을 가지며, 이로 인해 40.0%의 체질 수율이 얻어진다.
예 2 및 예 5의 S18 용해도를 비교하면, 더 높은 알칼리 농도가 쿠킹 단계에서 헤미셀룰로오스 재적층(redeposition)을 억제하는 데 도움을 줄 수 있다는 것을 알 수 있다. 예 3, 예 4 및 예 5의 결과를 비교하면, CCE 필터액의 사용은 최종 생산물의 헤미셀룰로오스 함량 상에 부정적 영향을 준다는 것을 알 수 있다. CCE 필터액의 사용을 최대화하면서 헤미셀룰로오스 함량을 더 감소시키기 위해 이하의 실험이 실행된다.
예 6
중화 및 쿠킹 단계에서 CCE60 을 사용하는 카파 공정
제6 예에 따르면, 리터 당 60g NaOH의 EA("CCE60")를 갖는 CCE 필터액이 중화 및 쿠킹 단계 모두에서 백액으로 대체된다는 것을 제외하고는 예 1에 기술된 바와 같은 동일한 펄핑 공정이 반복된다. 쿠킹 단계에서의 더 높은 알칼리 충전으로 인한 쿠킹 온도는 160으로부터 155℃로 낮아지지만, 쿠킹 시간은 이에 상응하여 증가된다. 중화액은 11.2의 pH를 갖고, 쿠킹 혼합물은 리터 당 24.5g NaOH의 EoC를 갖는다. 사전 가수분해를 위한 P 계수는 272이고, 쿠킹 반응을 위한 H 계수는 389이다. 이러한 예에 있어서 목재 상의 총 등가 유효 알칼리 충전량은 각각: 중화 단계에서 NaOH를 기준으로 12% EA이고, 쿠킹 단계에서 NaOH를 기준으로 12.5% EA이다.
얻어진 브라운 스톡은 11.4의 카파값과, 1155ml/g의 점도과, 4.6%의 S10 용해도와, 3.6%의 S18 용해도를 보인다. 반응은 40.7% 수율을 갖는다. 체질 시, 혼합물은 0.07% 리젝트율을 가지며, 이로 인해 40.6%의 체질 수율이 얻어진다. CCE60은 쿠킹 온도가 5℃ 만큼 감소되게 하지만, 쿠킹 시간 및 쿠킹을 위한 알칼리 전하는 늘어나고 브라운 스톡 내의 헤미셀룰로오스 함량은 CCE54가 사용될 때와 비교하여 감소되지 않는다.
*예 7
각각 쿠킹 단계에서 CCE60 및 HBL40 의 조합을 사용하고 중화에서 CCE60 을 사용하는 카파 공정
제7 예에 따르면, 리터 당 40.0g의 EA("HBL40")를 갖는 더 높게 농축된 고온 흑액이 쿠킹 단계에서 사용된다 것을 제외하고는 예 6에 기술된 바와 같은 동일한 펄핑 공정이 반복된다. 이러한 예에서 쿠킹 단계에서의 총 알칼리 전하는 쿠킹액의 일부로서 더 높게 농축된 흑액(HBL40)이 사용되기 때문에 13.0%로 증가되었다.
또한, 예 6에서와 같이 쿠킹 온도도 155℃이지만, 쿠킹 시간은 쿠킹이 160℃에서 실행되는 예 2 내지 예 5에서의 쿠킹 시간과 비교했을 때 더 짧다. 따라서, 쿠킹 반응을 위한 H 계수는 377로 더 낮다. 중화액은 리터당 3.1g NaOH의 EA를 갖고, 쿠킹 혼합물은 리터 당 29.5g NaOH의 EoC를 갖는다. 사전 가수분해를 위한 P 계수는 301이다. 이러한 예에 있어서 목재 상의 총 등가 유효 알칼리 충전량은 각각: 중화 단계에서 NaOH를 기준으로 12% EA이고, 쿠킹 단계에서 NaOH를 기준으로 13% EA이다.
얻어진 브라운 스톡은 10.3의 카파값과, 1107ml/g의 점도과, 4.1%의 S10 용해도와, 3.1%의 S18 용해도를 보인다. 반응은 40.1% 수율을 갖는다. 체질 시, 혼합물은 0.09% 리젝트율을 가지며, 이로 인해 40.0%의 체질 수율이 얻어진다. 예 6과 비교했을 때, S18 용해도로 증거되는 바와 같이 더 낮은 헤미셀룰로오스 함량이 관찰된다. 따라서, 쿠킹 단계에서 알칼리성 유체들의 조합 및 더 높은 알칼리 농도의 사용으로 인해 감소된 헤미셀룰로오스 함량이 얻어진다고 보인다.
예 8
중화 및 쿠킹 단계에서 CCE70 을 사용하는 카파 공정
제8 예에 따르면, 리터 당 70g NaOH의 EA("CCE70")를 갖는 CCE 필터액이 중화 단계에서 사용되고, CCE70과 HBL40의 조합이 쿠킹 단계에서 사용된다 것을 제외하고는 예 7에 기술된 바와 같은 동일한 펄핑 공정이 반복된다. 또한, 쿠킹 단계에서의 유효 알칼리 충전량은 15%이다.
중화액은 11.6의 pH를 갖고, 쿠킹 혼합물은 리터당 36.1g NaOH의 EoC를 갖는다. 사전 가수분해를 위한 P 계수는 304이고, 쿠킹 반응을 위한 H 계수는 301이다.
얻어진 브라운 스톡은 11.0의 카파값과, 1119ml/g의 점도과, 4.0%의 S10 용해도와, 2.9%의 S18 용해도를 보인다. 반응은 40.0% 수율을 갖는다. 체질 시, 혼합물은 0.13% 리젝트율을 가지며, 이로 인해 39.9%의 체질 수율이 얻어진다. 또한, 예 6 및 예 7과 비교했을 때, S18 용해도로 증거되는 바와 같이 더 낮은 헤미셀룰로오스 함량이 관찰된다. 이는, 쿠킹 단계에서 알칼리성 유체들의 조합 및 더 높은 알칼리 농도의 사용으로 인해 감소된 헤미셀룰로오스 함량이 얻어진다고 보인다는 사실을 강조한다.
예 9
백액 패드를 사용하는 카파공정
제9 예에 따르면, 중화 단계에 있어서 CCE60이 전술한 바와 같이 백액 패드의 형태로 리터 당 약 125g NaOH의 EA를 가지면서 백액의 제1 볼륨으로 대체되며 CCE 필터액(CCE60)이 뒤따른다는 것을 제외하고는 예 7에 기술된 바와 같은 동일한 펄핑 공정이 반복된다. 중화 단계에서 유효 알칼리 충전량이 12%로부터 16%로 (백액 패드로 인해 4%) 증가된다. 따라서, 쿠킹 단계에서 유효 알칼리 충전량은 13%로부터 11%로 감소된다.
중화액은 리터 당 4.5g NaOH의 EA를 갖고, 쿠킹 혼합물은 리터당 31.7g NaOH의 EoC를 갖는다. 사전 가수분해를 위한 P 계수는 303이고, 쿠킹 반응을 위한 H 계수는 367이다.
얻어진 브라운 스톡은 9.7의 카파값과, 1103ml/g의 점도과, 4.0%의 S10 용해도와, 3.0%의 S18 용해도를 보인다. 반응은 39.9% 수율을 갖는다. 체질 시, 혼합물은 0.03% 리젝트율을 가지며, 이로 인해 39.9%의 체질 수율이 얻어진다. 또한, S18 용해도로 증거되는 바와 같이 더 낮은 헤미셀룰로오스 함량이 관찰된다. 카파값(KN)으로서 측정된 탈리그닌도(delignification degree)는 동일한 레벨의 점도(약 1100ml/g)에 대해 더 낮고, 이는 점도과 카파값 사이의 비율에 의해 반영되는 바와 같이 더 우수한 공정 선택성를 나타낸다.
예 2 내지 예 9의 결과와 비교했을 때(도 13a 및 도 13b에 도시된 표에 요약된 바와 같이), 헤미셀룰로오스 재적층은 중화 단계에서의 백액 패드의 사용과 쿠킹 단계에서의 CCE 필터액과 더 높게 농축된 흑액의 조합의 사용을 통해 감소될 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 더 높게 농축된 고온 흑액의 사용으로 더 높은 유효 알칼리 충전량을 얻게 되며, 이는 종종 더 우수한 탈리그닌 선택성(동일한 점도 레벨에 대해 더 낮은 카파값)으로 이어지기 때문에 바람직하다. 또한, 백액 패드, 및 CCE 필터액과 더 농축된 고온 흑액의 조합의 사용으로 쿠킹 시간 또는 펄프 질에 역효과를 주지 않고 감소된 쿠킹 온도가 얻어질 수 있다. 본 발명의 이점을 확인하기 위해 산업상 스케일로 추가 실험이 실행된다.
예 10
백액 패드를 사용하거나 사용하지 않는 산업용 규모의 크라프트 공정
크라프트 쿠킹 공정은 대체로 도 4 및 도 5와 관련하여 설명된 바와 같이 수행된다. 통상적인 중화 단계가 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 수행되고, 백액 패드를 사용하는 개선된 공정이 도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이 수행된다. 개선된 공정에서, 리터당 110g NaOH("WL110")의 유효 알칼리(EA) 레벨을 갖는 40입방미터의 백액이 중화 단계의 시작과 함께 180㎥/h의 속도로 증해기 내로 먼저 펌핑되고(충전시간 13분), 이어서 리터당 대략 60g NaOH의 유효 알칼리(EA) 레벨을 갖는 72.9입방미터의 CCE 여과액이 뒤따른다. 이 경우에 CCE 세척 공정(예를 들어, 도 4의 공정 424)으로부터의 CCE 여과액의 농도는 백액에 의한 농축(enrichment)으로 지칭될 수 있는 공정으로서 농축된 백액을 첨가하는 것에 의해 리터당 53 내지 55g NaOH로부터 리터당 60g NaOH로 조절되었다. 중화 단계 이후에, 그리고 도 10을 참고로 설명되는 산업용 증해기 동작 시퀀스에 이어서, 리터탕 대략 45g NaOH의 유효 알칼리(EA) 레벨을 가진 제1 체적의 흑액("HBL45")이, 그리고 그 후에 리터탕 60g NaOH의 유효 알칼리(EA) 레벨을 가진 소정 체적의 CCE 알칼리 여과액이 첨가되어, 사용된 중화액을 교체한다. 그 후 목표 H 계수를 달성하기 위해 목재 칩들은 대략 150 내지 153℃의 온도에서 쿠킹된다. 목표 점도를 달성하기 위해 쿠킹 조건의 소소한 조절이 이루어졌다.
다양한 실험 조건 및 그에 따른 펄프 품질은 이하의 표 1에 요약된다.
Figure 112012100290582-pct00001
위의 결과에 의해 설명되는 바와 같이, 중화 단계에서 CCE 여과액을 첨가하기 전에 백액 패드를 사용하는 것은 (표 1에서 입구 1 및 2를 입구 3 내지 10과 비교함으로써) 결과적인 펄프에 낮은 S18 용해도로 증명되는 바와 같이 섬유 상의 헤미셀룰로오스 적층을 감소시킨다. 백액을 사용하지 않으면, S18 용해도는 3.6% 이상으로 유지된다. 중화 및 쿠킹 동안 백액 농축뿐만 아니라 선택적으로는 CCE 여과액 및 흑액과 함께 백액 패드를 사용하는 것은 대략 3.0% 이하의 S18 용해도를 대략 10 내지 11의 카파값과 동시에 달성하는 것을 가능하게 하고(그러나, 더 넓게는 카파값은 공정 파라미터에 따라 약 8 내지 12의 범위일 수 있음), 대체로 통상의 기술에 비해 더 높은 품질의 펄프 제품을 제공한다.
도 14는 산업적인 운용을 위해 사용되는 양(도 6 내지 도 9와 연계하여 설명되는 쿠킹 공정과 관련하여 설명된 양과 비슷함)에 기초한, 본원에 개시된 일 실시예에 따른 공정을 위한 S18 대 카파값의 그래프이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 통상적인 쿠킹 공정을 위한 S18 값(퍼센트) 및 카파값은 라인 1405에 의해 표시되고, 본원에 설명된 바와 같이 백액 패드를 사용하는 고정을 위한 S18 및 카파값은 인 1410 의해 표시된다. 백액 패드를 사용할 때의 값이 더 높다. 구체적으로, 본원에 개시된 실시예들에 기초한 공정은 3.0 범위의 S18 값을 보이며, 이는 낮은 잔류 헤미셀룰로오스 함량을 나타낸다.
상술한 카파값 및 용해도값은 하류의 저온 가성 추출 및 표백 전에 브라운 스톡(brown stock)의 쿠킹 후 특징을 나타낸다. 통상의 저온 가성 추출이 수행된 후에, 카파값은 대략 7 내지 9까지 감소될 것이고, S18 용해도는 1.7% 미만일 수 있고 1.5%의 범위에 도달할 수 있다. 이들 값은 표백 전에 대략 97.5%의 알파 셀룰로오스 함량을 가지며 양호한 점도 특정을 가진 고도로 정제된 펄프가 고품질의 펄프 공정을 위한 통상의 방법보다 효율적이고 비용이 저렴한 방식으로 달성되는 것을 나타낸다.
또한, 헤미셀룰로오스 내에 풍부한 CCE 여과액은 칩과 만날 때 백액에 의해 이미 중화되어 있기 때문에, 이 본원에 설명된 바와 같은 백액 패드의 사용은 중화 단계 동안의 pH 쇼크를 방지 또는 감소시킬 수 있다. 백액 패드는 칩 공동에 흡수되었을 때 대체로 목재 칩 또는 기타 유사한 유기 재료의 pH를 증가시킨다. 백액 패드는 사전가수분해(prehydrolysis) 단계 후에 그러나 헤미셀룰로오스가 농축된 CCE 여과액이 칩을 만나기 전에 칩 또는 기타 유사한 재료의 pH를 상승시킨다. 이러한 작용에 의해, pH 쇼크가 방지 또는 최소화되고, 재생된 CCE 여과액으로부터의 헤미셀룰로오스는 펄프에 재흡수되거나 적층되는 것이 아니라 용해된 상태로 유지될 것이다. 이것은 펄프 브라운 스톡의 순도를 증가시키고, 궁극적으로는 높은 순도의 최종 제품을 이끌어낸다.
발명의 바람직한 실시예들이 본원에 설명되어 있지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에 있는 다양한 변형이 가능하다. 그러한 변형은 당업자가 상세한 설명 및 도면을 검토하면 명확해질 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항의 사상 및 범위 이외에서는 제한되지 않는다.

Claims (43)

  1. 용해 펄프를 생산하기 위한 크라프트 공정의 일부로서, 반응 용기 내에서 사전가수분해를 거친 펄프 함유 유기 재료를 처리하기 위한 방법이며,
    반응 용기를 120℃ 내지 180℃의 온도로 유지하면서 제1 중화 유체로서 제1 양의 백액을 반응 용기에 추가하여 반응 용기 내의 가용 공간을 백액으로 부분적으로만 채우는 단계 - 백액은 제1 알칼리 용액을 구성함 -,
    제1 양의 백액을 첨가한 후에, 제1 양의 백액과 함께 반응 용기 내에 존재하는 완성된 중화 유체를 구성하기 위해 반응 용기에 백액이 아닌 또는 백액을 부분적으로만 함유하고 헤미셀룰로오스를 분해하거나 제거하기 위한 처리가 되지 않은 여과액을 포함하는 새로운 제2 알칼리 용액을 추가하는 단계,
    크라프트 쿠킹을 수행하기에 적절한 하나 이상의 쿠킹 유체로 중화 유체를 치환하는 단계,
    반응 용기 내에서 펄프 함유 유기 재료를 쿠킹하는 단계,
    쿠킹된 펄프를 반응 용기로부터 배출하는 단계를 포함하는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    백액은 리터당 100 내지 130그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    제2 알칼리 용액은 헤미셀룰로오스를 분해하거나 제거하기 위한 처리가 되지 않은 저온 가성 추출 알칼리 여과액을 포함하는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    저온 가성 추출 알칼리 여과액은 리터당 50 내지 75그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    저온 가성 추출 알칼리 여과액은 리터당 60 내지 68그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    저온 가성 추출 알칼리 여과액은 유효 알칼리 농도가 증가하도록 백액으로 농화되는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    쿠킹 유체는 백액의 대체물로서 저온 가성 추출 알칼리 여과액을 포함하고, 저온 가성 추출 알칼리 여과액은 헤미셀룰로오스를 분해하거나 제거하도록 먼저 처리되어 있지 않은
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    저온 가성 추출 알칼리 여과액은 리터당 50 내지 75그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    저온 가성 추출 알칼리 여과액은 리터당 60 내지 68그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    저온 가성 추출 알칼리 여과액은 백액으로 농화되는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    헤미셀룰로오스를 분해하거나 제거하도록 먼저 처리되어 있지 않은 저온 가성 추출 알칼리 여과액과 함께 고온 흑액이 쿠킹 유체 중 하나로서 쿠킹 단계에서 사용되는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    고온 흑액은 리터당 38 내지 50그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    고온 흑액은 리터당 40 내지 45그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    고온 흑액은 유효 알칼리 농도가 증가하도록 백액으로 농화되는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    쿠킹된 펄프가 저온 가성 추출(CCE) 단계를 거친 후에, 적어도 97.5%의 알파 함량을 갖는 정제된 펄프가 산출되는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    정제된 펄프는 7 내지 9의 카파값을 갖는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    제1 양의 백액은 중화 단계에서 인가되는 전체 유효 알칼리 충전량의 적어도 10%를 제공하는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    제1 양의 백액은 중화 단계에서 인가되는 전체 유효 알칼리 충전량의 13% 내지 25%를 제공하는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  19. 용해 펄프를 생산하기 위한 크라프트 공정에 사용되는 펄프 처리를 위한 방법이며,
    펄프 함유 유기 재료를 증해기에 추가하는 단계와,
    증해기 내의 펄프 함유 유기 재료에 사전 가수분해를 수행하는 단계,
    증해기 내의 pH 레벨을 상승시키고 중화를 위한 추가 유체의 pH 충격을 줄이기 위해 중화 유체로서 제1 양의 백액을 증해기의 기부에 추가하여 증해기 내의 나머지 공간을 부분적으로 채우는 단계,
    제1 양의 백액을 추가한 후에, 제1 양의 백액과 추가 용액의 조합을 사용하여 증해기의 내용물의 중화를 수행하기 위해, 제1 양의 저온 가성 추출 알칼리 여과액을 포함하는 용액을 추가하여 증해기를 기부로부터 채우는 단계 -저온 가성 추출 알칼리 여과액은 헤미셀룰로오스를 분해하거나 제거하도록 먼저 처리되어 있지 않음 -,
    추가적인 양의 백액으로 농화된 고온 흑액을 적어도 포함하는 하나 이상의 쿠킹 유체로, 이어서 제2 양의 저온 가성 추출 알칼리 여과액으로 중화 유체를 치환하는 단계,
    증해기 내에서 펄프 함유 유기 재료를 쿠킹하는 단계,
    증해기로부터 쿠킹된 펄프를 배출하는 단계를 포함하는
    펄프 처리 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    백액은 리터당 100 내지 130그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는
    펄프 처리 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    제1 양의 백액은 중화 동안 인가된 전체 유효 알칼리 충전량의 10% 내지 25%를 제공하는
    펄프 처리 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    제1 양의 백액은 중화 동안 인가된 전체 유효 알칼리 충전량의 13% 내지 25%를 제공하는
    펄프 처리 방법.
  23. 제20항에 있어서,
    제1 양의 저온 가성 추출 알칼리 여과액은 리터당 50 내지 75그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는
    펄프 처리 방법.
  24. 제20항에 있어서,
    제1 양의 저온 가성 추출 알칼리 여과액은 리터당 60 내지 68그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는
    펄프 처리 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    제1 양의 저온 가성 추출 알칼리 여과액은 백액으로 농화되는
    펄프 처리 방법.
  26. 제19항에 있어서.
    제2 양의 저온 가성 추출 알칼리 여과액은 리터당 50 내지 75그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는
    펄프 처리 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    제2 양의 저온 가성 추출 알칼리 여과액은 리터당 60 내지 68그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는
    펄프 처리 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    제2 양의 저온 가성 추출 알칼리 여과액은 백액으로 농화되는
    펄프 처리 방법.
  29. 제19항에 있어서,
    고온 흑액은 전체 쿠킹 유체의 적어도 절반을 포함하는
    펄프 처리 방법.
  30. 제19항에 있어서,
    고온 흑액은 리터당 38 내지 50그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는
    펄프 처리 방법.
  31. 제19항에 있어서,
    고온 흑액은 리터당 40 내지 45그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는
    펄프 처리 방법.
  32. 제31항에 있어서,
    고온 흑액은 백액 또는 저온 가성 추출 알칼리 여과액으로 농화되는
    펄프 처리 방법.
  33. 제19항에 있어서,
    쿠킹된 펄프가 저온 가성 추출(CCE) 단계를 거친 후에, 97%를 초과하는 알파 함량을 갖는 정제된 펄프가 산출되는
    펄프 처리 방법.
  34. 제19항에 있어서,
    쿠킹된 펄프는 8 내지 12의 카파값을 갖는
    펄프 처리 방법.
  35. 용해 펄프를 생산하기 위한 크라프트 공정에서 사용되는 방법이며,
    반응 용기 내에 리그노셀룰로오스 재료를 배치하고 사전 가수분해를 수행하는 단계,
    반응 용기에 중화 유체를 추가하여 반응 용기 내의 가용 공간을 저부로부터 부분적으로 채우는 단계로서, 중화 유체는 (i) 리터당 100 내지 130그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는 패드로서 제1 양의 백액과, (ii) 제1 양의 백액 이후에 도입되며 리터당 60 내지 68그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는 알칼리 여과액을 포함하는 제1 양의 다른 용액을 포함하며, 제1 양의 백액은 중화 유체를 이용하여 중화를 수행하는데 있어서 전체 유효 알칼리 충전량의 10% 내지 30%를 포함하는, 중화 유체 추가 단계,
    리터당 30 내지 50그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는 고온 흑액과 리터당 50 내지 75그램 NaOH의 유효 알칼리 레벨을 갖는 저온 가성 추출 알칼리 여과액을 포함하는 쿠킹 유체로 반응 용기 내의 중화 유체를 치환하는 단계 - 저온 가성 추출 알칼리 여과액은 헤미셀룰로오스를 분해하거나 제거하도록 먼저 처리되어 있지 않음 -,
    반응 용기 내의 펄프 함유 유기 재료를 쿠킹하는 단계,
    S18 용해도를 기준으로 측정될 때 3.1% 이하의 잔류 헤미셀룰로오스 함량을 갖는 쿠킹된 펄프를 반응 용기로부터 배출하는 단계를 포함하는
    방법.
  36. 제35항에 있어서,
    리그노셀룰로오스 재료는 경재(hard wood)를 포함하는
    방법.
  37. 제35항에 있어서,
    쿠킹 동안 반응 용기의 온도는 150℃ 내지 153℃인
    방법.
  38. 제35항에 있어서,
    쿠킹된 펄프는 8 내지 12 사이의 카파값을 갖는
    방법.
  39. 제35항에 있어서,
    쿠킹 유체는 백액으로 농화되는
    방법.
  40. 제1항에 있어서,
    펄프 함유 유기 재료는 유칼리 목재를 포함하는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  41. 제18항에 있어서,
    펄프 함유 유기 재료는 유칼리 목재를 포함하는
    펄프 함유 유기 재료 처리 방법.
  42. 제35항에 있어서,
    리그노셀룰로오스 재료는 유칼리 목재를 포함하는
    방법.
  43. 삭제
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