KR950013196B1 - 고밀도하 산소에 의해 리그닌을 제거하는 공정 중 펄프의 리그닌 제거 선택도를 향상시키는 방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

고밀도하 산소에 의해 리그닌을 제거하는 공정 중 펄프의 리그닌 제거 선택도를 향상시키는 방법

제 1 도는 본 발명의 첫번째 실시태양에 대한 도면이다.

제 2 도는 본 발명의 두번째 실시태양에 대한 도면이다.

제 3 도는 본 발명에 따라 알칼리성 물질로 처리하고 산소로 리그닌을 제거시킨 연목펄프의 펄프점도와 K수치의 상호관계를 종래기술과 비교하여 도시한 그래프이다.

제 4 도는 본 발명에 따라 알칼리 물질로 처리하고 산소로 리그린을 제거시킨 펄프에 있어서 점도변화율과 고밀도 펄프에 부가된 알칼리성 물질의 비율간의 상호관계를 단지 저밀도 또는 단지 고밀도 상태에서 알칼리성 물질로 처리한 펄프와 비교하여 도시한 그래프이다.

본 발명은 목재펄프를 처리하는 방법, 구체적으로 강도에는 나쁜 영향을 미치지 않고 리그닌을 상당량 제거시킨 펄프를 제조하기 위해 브라운 스톡의 리그닌을 산소로서 제거시키는 방법에 관한 것이다.

목재는 주로 셀룰로우즈 및 헤미 셀룰로우즈 섬유와, 섬유질 부분과 함께 교착하여 이들을 강화하는 무정형의 비-섬유질 리그닌으로 이루어져 있다. 헤미 셀룰로우즈와 셀룰로우즈는 총칭하여 홀로셀룰로우즈(holocellulose)라고 부르기도 한다. 목재를 가공처리하여 펄프를 제조할 때, 목재로부터 상당량의 리그닌을 제거함으로써 목재를 섬유체로 전환시킨다. 따라서 종이 및 종이제품의 제조공정에는 일반적으로 목재(대개는 나무토막 형태)를 섬유체로 전환시키는 펄프화 단계가 있다.

몇가지 다른 펄프화 방법이 당해 기술 분야에 공지되어 있는데; 이들은 통상적으로 기계적 펄프화방식, 화학적 펄프화방식 또는 반-화학적 펄프화 방식으로 분류된다.

화학적 펄프화방법에는 아황산염공정, 아황산수소염공정, 소다공정 및 그라프트 공정과 같은 다양한 공정이 있다. 그라프트 공정이 화학적 펄프화 방법 중 가장 대표적인 형태이다.

화학적 펄프화 방법에는 통상적으로 나무토막을 침지용기에 넣고 화학액중에서 코팅 처리하는 단계가 포함되어 있다. 크라프트 공정에서, 쿠킹(cooking) 액제에는 수산화 나트륨과 황화 나트륨의 혼합물이 포함된다. 바람직한 기간만큼 쿠킹한 후에는 연화되고 리그닌이 제거된 나무토막을 쿠팅액제에서 분리해내어 펄프 섬유체를 제조한다. 화학적 펄프화방식으로 제조한 펄프는 "브라운스톡"이라 한다. 브라운스톡은 통상적으로 세척함으로써 쿠팅액제를 제거한 후 가공하여 비표백 종이제품을 제거하거나 또는 "선택적으로" 높은 순백도의 종이제품을 제조하기 위해 표백처리한다.

펄프의 색상은 주로 리그닌의 발색기로 인한 것이므로, 대부분의 브라운 스톡을 표백법에는 브라운 스톡의 리그닌을 제거시키는 단계가 필요하다.

예를들어, 상기 브라운 스톡은 산성 매질내의 염소원소 또는 알칼리 용액내의 차아염소산염과 반응시킴으로써 이러한 리그닌 제거작업을 수행할 수 있다. 이들 단계후에는 통상적으로 이산화 염소와의 반응을 통해 완전 표백된 제품이 제조된다. 산소로의 리그닌 제거방법은 사용되는 표백약품의 가격이 저렴하고 그 부산물도 재생 보일러 내에서 연속될 수 있어 환경오염이 적기 때문에 최근 펄프의 표백법으로서 사용이 증가되고 있는 방법이다. 산소로의 리그닌 제거방법을 수행한 후에는 종종 염소 또는 이산화 염소를 사용하는 표백 단계를 수행하나 산소 단계에서 표백이 이루어지기 때문에 표백약품이 적게 소요되어 환경오염도 감소하게 된다.

일부 표백공정에서는 펄프 밀도(consistency)를 저급 내지 중급 정도로 유지시키면서 펄프를 표백시킨다. 펄프밀도는 펄프중 고형 섬유상 물질의 백분율을 측정한 값이다. 밀도가 약 10중량% 미만인 펄프를 저급 내지 중급 범위의 밀도를 지닌 펄프로 칭할 수 있다. 저급 내지 중급의 밀도로 표백시키는 방법은 하기 특허 및 공고에 기재되어 있다 : 미합중국 특허 제 4,198,266호(커크외 다수) ; 미합중국 특허 제 4,431,480호(마캄외 다수) ; 미합중국 특허 제 4,220,498호(프루외 다수 : 및 Kirk외 다수의 논문 "Low-consistency oxygen Ddignification in a Pipelin Reactor-예비연구", (TAPPI, 1978. 5). 상기된 각 특허에는 저급 내지 중급 밀도의 펄프에 대해 산소로 탈리그닌을 제거시키는 방법이 기재되어 있다.

미합중국 특허 제 4,806,203호(엘튼)에는 알칼리 용액을 적시에 제거하여 용해된 리그닌이 펄프상에 재침착하는 것을 방지하는 알칼리 추출법(염소처리 펄프에 바람직함)이 기재되어 있다. 만일 이 단계에서 시간이 너무 길거나 짧으면, 이 공정에 따른 효과가 거의 나타나지 않는다.

목재 펄프의 리그닌을 산소로 제거시키는 방법은 가압반응기 내에서 보풀이 있는, 고밀도 펄프로 수행할수 있다. 펄프의 밀도는 산소로의 리그닌 제거단계동안 통상적으로 약 20중량% 내지 30중량%로 유지된다. 압력이 약 80 내지 약 100psig인 산소가스가 유입되어 고밀도 펄프와 반응한다. [참고문헌 G.A.SmooK의,「Handbook for Pulp and Paper Technologist」, (Chapter 11.4(1982)) 참조]. 종래의 산소로의 리그닌 제거방법에서는 가열한 후 펄프를 세척하고 탈수시킴으로써 고밀도 매트를 제조하였다. 이어서 알칼리 용액을 상기 펄프 매트의 표면상에 분사시킴으로써 펄프매트 위전체에 알칼리 용액 박막 또는 알칼리 용액층을 형성시킨다. 매트상에 분사된 알칼리 용액의 양은 오븐 건조된 펄프의 약 0.8 내지 7중량%이다.

종래에 사용된 고밀도하에서 산소로 리그닌을 제거하는 방법에는 몇가지 단점이 있다. 특히, 고밀도 펄프의 매트상에 알칼리 용액을 분사할 경우, 통상적으로 매트가 다공성임에도 불구하고, 용액이 섬유체에 균일하게 분포되지 않는다. 이러한 불균일적 분포로 인해, 고밀도 매트의 특정부위(주로 바깥부위)에는 과다한 양의 알칼리 용액이 분포하게 된다.

알칼리 용액이 과다하게 접촉됨으로써 홀로셀룰로우즈 물질의 질이 저하되고 결과적으로, 적어도 부분적으로, 비교적 약한 펄프를 제조하게 된다. 한편, 고밀도 펄프의 다른부위(주로 안쪽부위)는 충분한 양의 알카리 용액과 접촉하지 못하게 되므로 리그닌이 바람직한 정도로 제거될 수 없다. 결국 전체적으로 질의 저하를 가져온다.

따라서, 본 발명은 고밀도하에서 산소로 리그닌을 제거시키는 동안 펄프리그닌의 제거 선택도를 향상시키는 신규 방법을 제공하는데, 산소로 리그닌이 제거된 상기 펄프는 종래방법에 의한 것보다 강도가 크며 리그닌 함량이 낮다. 또한 세척 압축장치를 사용함으로써 펄프에 가해지는 알칼리 물질의 양이 감소되고, 또한, 산소 리그닌 제거 반응기에 유입되는 펄프의 고형분 함량도 감소된다.

본 발명에 따르면, 펄프를 먼저 세척압축장치로 세척하여 펄프의 밀도를 약 18% 이상으로 한다. 이어서 이 밀도를 약 10중량% 이하 및 바람직하게는 약 5중량% 이하로 감소시켜 저밀도 펄프를 제조한다. 알칼리수용액 중 다량의 알칼리 물질과 저밀도 펄프를 합성시킴으로써 초기함량의 알칼리 물질이 저밀도 펄프에 적용되고 이로써 초기함량의 알칼리 물질이 펄프전체에 거의 균일하게 분포된다. 초기함량의 알칼리 물질을 균일하게 분포시킬 경우에는 알칼리 물질을 단지 고밀도 펄프에만 부가하는 경우나 또는 극소량을 저밀도 펄프에 가하는 경우에 비해 고밀도하 산소로의 리그닌 제거시 리그닌제거 선택도가 향상될 수 있다. 초기함량의 알칼리 물질이 펄프에 모두 부가된 후에는, 펄프의 밀도가 약 18% 이상으로 증가되어 고밀도 펄프가 될 수 있다. 펄프 밀도를 증가시키는 단계에서는 펄프전체에 분포된 초기 함량의 알칼리 물질은 그대로 유지시키면서 알칼리 물질을 함유한 압축배출물(pressate)를 제거하는 방식으로 저밀도 펄프를 처리하는 다른 공정이 있다.

본 발명의 한 실시태양에서는 세척압축 장치를 통해 펄프의 밀도가 고밀도 펄프와 같거나 더 큰 값으로 증가된다. 이로써 모든 압축배출물은 알칼리 물질과의 결합단계로 직접 재순환되는데, 이때 모든 알칼리 물질이 저밀도 펄프에 적용됨으로써 상기 펄프상에는 전체함량이 분포될 수 있다.

또한, 모든 압축배출물이 재순환되기 때문에 총 알칼리 물질을 펄프에 적용시키는데 사용되는 알칼리 물질의 양을 최소화할 수 있다.

두번째 실시태양에서는, 펄프가 세척 압축장치를 빠져나온 후에는 분할식 알칼리 물질 부가 방식으로 총알칼리 물질을 펄프에 적용시킨다.

전술된 두 실시태양에서 보유탱크 내에는 소정량의 압축배출물이 보유될 수 있다. 이 압축배출물은 연속적으로 회수되거나 알칼리 물질과의 결합단계로 재순환된다. 펄프에 부가되는 알칼리 물질의 총량은 오븐건조된 펄프를 기준으로 약 0.8 내지 7중량%이며, 상기 펄프는 이어서 산소로 리그닌이 제거됨으로써 리그닌 제거도가 향상될 수 있다.

본 발명은 고밀도하에서 산소로 리그닌을 제거하기 전에 알칼리성 물질로 브라운스톡 펄프를 처리하는 방법에 관한 것으로서, 상기 펄프는 알칼리 물질의 사용 및 펄프상의 고형물 형성을 최소화할 수 있도록 알칼리 물질로 거의 균일하게 처리된다.

본 발명은 기타 화학적 펄프화 방법으로 제조한 펄프 또는 크라프트 펄프로부터 리그닌을 제거시킨, 고품질, 고강도의 목재펄프를 제공한다. 바람직한 출발물질은 쿠팅액제 내에서 나무토막 또는 다른 섬유상 물질을 가열하는 방식, (예, 크라프트 방식 또는 크라프트 에이큐 방식)을 통해 수득된 비표백 펄프이다.

제 1 도에서, 나무토막(1)과 수산화 나트륨 및 황화나트륨을 포함하는 흰색액제(2)는 침지기(3)로 유입된다. 충분한 양의 흰색 액제을 침지기 내로 유입시킴으로써 나무토막이 거의 잠기게 한다. 이어서 나무토막이 흰색액제에 거의 합침되고 쿠킹처리가 거의 완료될 수 있을 만큼의 온도 및 시간정도로 침지기의 내용물을 가열한다.

이러한 나무토막의 쿠킹 가열 단계는 크라프트 쿠킹 또는 그라프트 방법으로 공지되어 있으며, 이 방법으로 제조한 펄프는 크라프트 펄프 또는 크라프트 브라운스톡으로 공지되어 있다. 리그노셀룰로우즈성 출발물질로 인해, 우수한 리그닌 제거방법 또는 그라프트-에이큐 방법을 사용한 결과 종래 그 제거도 면에 있어서 종래 크라프트 방법을 통해 수득된 리그닌 제거도보다 향상되었다. 또한 이 방법들은 가열단계에서 펄프의 강도 및 점도특성에는 나쁜 영향을 미치지 않으면서 펄프의 K수치를 크게 저하시키는데 바람직하다.

크라프트-에이큐 방법을 사용할 경우, 쿠킹 액제중의 안트라퀴논 함량은 펄프처리된 목재의 오븐 건조중량을 기준으로 약 0.01중량% 이상이어야 하며 통상적으로 0.02 내지 0.1중량%가 바람직하다. 크라프트 펄프화방법에서 안트라퀴논을 사용하면 잔류 셀룰로우즈의 바람직한 강도특성에는 악영향을 미치지 않으면서 리그닌을 상당량 제거할 수 있다. 또한, 안트라퀴논의 추가비용은 펄프의 리그닌을 제거시키는 단계 이후의 표백단계에서 사용되는 화학약품의 비용을 절감시킴으로써 부분적으로 삭감된다.

선택적으로 또는 크라프트-에이큐 방법과 더불어, Kamyr MCC. 벨로이트 RDH 및 Sunds Super Batch법과 같은 우수한 리그닌 제거방법을 사용한다. 이들 방법들은 또한 잔류 셀룰로우즈의 바람직한 강도특성에는 악영향을 미치지 않고 쿠킹동안 보다 많은 양의 리그닌을 제거할 수 있다.

침지기(3)에서는 브라운스톡(4)와 함께 리그닌의 가용화에 따른 반응산물이 함유된 흑색액제가 생성된다. 통상적으로, 쿠킹 단계후에는 세척단계가 수행되는데, 이 단계에서는 용해된 유기물 및 쿠킹화학제 대부분이 제거되어 재순환 및 회수되고, 또한 스크링닝 단계(도시되지 않았음)가 수행되는데 이 단계에서 펄프는 스크리닝 장치를 통과하여 펄프화처리시에 분리되지 않았던 섬유다발이 제거된다. 이어서 상기 브라운스톡(4)는 블로우 탱크(5)로 도입된다.

블로우탱크(5)로부터 배출된 브라운스톡(6)은 스트림(15) 중 일부분(15A)에 의해서 약 3.5%의 밀도로 희석된다. 이 펄프(6)은 세척압축장치(7)로 들어가서 재순환 스트림(27)으로 세척된다. 스트림(27) 대신에, 알칼리성 물질을 함유할 수 있는 다른 적당한 세척 스트림을 사용하는 것도 당업자에게는 공지되어 있다. 이어서 상기 펄프는 25-35%의 밀도하에서 스트림(8) 상태로 세척압축기(7)로부터 배출된다. 가장 바람직한 실시태양 중 펄프(8)의 밀도는 32%이다. 종래의 세척기 대신에 세척압축기(7)을 사용할 경우 펄프상에 소정량의 알칼리성 물질을 적용하는데에 필요한 알칼리성 물질의 양이 감소된다. 또한, 세척압축기로부터 배출되는 펄프상의 유기 고형물 및 또는 무기 고형물양이 감소되므로, 펄프에 의해 산소반응기내로 운반되는 오염물양도 적어진다. 따라서, 산소반응기에서는 더욱 적은 양의 화합물이 소모된다. 그 밖에도, 종래의 세척기와 비교할 때, 압축 배출물(pressate dischage) 또는 압축배출물로부터 세척기 유출물 내로의 유입으로 인해 장치중의 액체회수 시스템에서 손실되는 알칼리성 물질의 양이 보다 적다.

이어서, 세척된 펄프는 혼합상사(9)내로 유입되어 이곳에서 첫번째 량의 알칼리성 물질이 펄프전체에 분포되기에 충분한 시간동안 충분한 양의 원 알칼리성물질(10) 및 재순환(14) 알칼리성 물질과 거의 균일하게 합쳐진다. 이러한 처리동안에, 브라운스톡 펄프의 밀도는 감소되어 약 10% 이하, 바람직하게는 약 0.5중량% 이하로 유지된다. 일반적으로 펄프의 밀도는 약 0.5% 이상이며, 그 이유는 밀도가 이보다 낮을 경우에는 이러한 방식으로의 처리가 경제적이지 못하기 때문이다. 가장 바람직한 밀도는 0.5 내지 4.5% 범위내이다.

당업자는 단계중의 알칼리성 용액의 적절한 양(즉, 농도 및 유속) 및 펄프처리 시간은 소정량의 알칼리성물질을 펄프전체에 분포시킬 수 있을 정도로 정할 수 있다. 특히, 수산화나트륨 수용액은 농축된 후 오븐건조된 펄프의 중량을 기준으로 약 0.8중량% 내지 약 7중량% 이상이 될 수 있을 정도의 양으로 저밀도의 펄프에 결합시킨다. 상기 제시한 바와같이, 수산화나트륨 함량이 동일한 다른 알칼리원도 사용할 수 있는데, 그 예로서는 산화된 백색액제를 들 수 있다.

알칼리성 물질로 처리된 펄프(11)은 농축 장치(12)로 향하고 이곳에서 펄프의 밀도는, 예를들어 최소한 약 18중량% 이하, 바람직하게는 약 25 내지 35중량% 이하로 압착됨으로써 증가된다. 전술한 바람직한 실시태양에 있어서, 그 밀도는 29%중량까지 증가한다. 또한 펄프 밀도 증가 단계에서 잔류 액체 또는 압축배출물(13)가 제거되기도 한다. 혼합상자(9)로 들어가는 펄프(8)의 밀도가 농축장치(12)로부터 배출되는 고밀도의 펄프(17)와 동일한 정도(즉, 거의 같거나 또는 약간 더 높음)일 경우, 혼합 단계에서 사용되는 알칼리성 물질의 양은 최소화되는데 그 이유는 제 1 도에 도시된 바와같이 모든 압축 배출물(13)이 혼합상자(9)로 다시 직접 재순환될 수 있기 때문이다. 세척압출장치(7)을 사용하면 모든 압축배출물이 스트림(14)를 통해 혼합상자(9)에 재순환될수 있을 정도의 충분히 높은 밀도가 얻어질 수 있다.

선택적으로, 압축기 배출물(13)을 수용하기 위해 보유탱크(16)를 장착시킬 수도 있다. 이 보유탱크(16)은 일정량의 압축배출물(13)을 보유함으로써 압축배출물(14)이 혼합상자(9)로 흐르는 것을 차단시켜 공정을 순조롭고, 연속적으로 진행시킬 수 있다. 따라서, 보유탱크(16)은 저밀도 펄프를 알칼리로 처리하는 단계동안 사용하기 위한 것으로서, 연속적으로 혼합상자(9)로 유입될 수 있는 알칼리성 물질의 저장소 역할을 한다. 예를들어, 이러한 탱크는 그 크기가 약 6.000입방피트로서 하루에 1000공기 건조론("ADT/d")의 플랜트에서 발생된 압축배출물을 취급할 수 있어야 한다.

혼합상자(9) 또는 보유탱크(16)에 압축배출물(14)를 부가함으로써 상기의 모든 알칼리성 물질이 저밀도 펄프의 알칼리성 처리 단계 내에 보유될 수 있다. 이렇게 함으로써, 세척기 유물울 내로의 통과하는 것으로인해 샤워 또는 분할 샤워배열 방식으로 압축배출물(14)이 종래의 세척기내로 도입된 경우에 발생할 수 있는 회수시스템에 대한 알칼리성 물질의 손실이 방지된다. 밀폐시스템이 이루어지기 때문에, 압축배출물(13)은 혼합상자(9)로 직접 순환될 수 있다. 밀도를 증가시키는데 사용함으로써 손실된 알칼리성 물질의 양은 혼합상자(9) 또는 보유탱크(16)에 부가된 추가의 알칼리성 물질(10)로 용이하게 대체된다. 이러한 배열에서는, 이 공정에서 사용되는 알칼리성 물질의 양이 최소화 될 수 있는데, 그 이유는 플랜트 회수시스템에 있어서 알칼리성 물질이 계획적 비계획적으로 배출되어 손실되는 일이 없기 때문이다.

산소 단계 세척기(23)의 여과물(26) 중 제 1부분(27)은 공정에 이용된 알칼리성 물질을 회수하기 위해 세척압축장치(7)로 재순환됨으로써 유리하게 사용될 수 있다. 세척압축장치(7)로부터의 세척 여과물(15)의 부분(15A), (15B)는 펄프(6)을 희석하기 위해서 또는 세척 압축기(7)의 상류측의 펄프를 세척하기 위해서 사용될 수 있다. 세척여과물(15) 중 그 나머지부분(15)(단, 존재할 경우)는 물의 균형을 유지하기 위해 플랜트 회수시스템으로 배출될 수 있다. 산소단계 세척장치(23)의 여과물(26) 중 제 2부분(28)은 여과물(15)과 유사한 방식으로 사용될 수 있다.

당업자는 펄프상에 보유되거나 또는 거기에 가해지는 "양"과 저밀도의 펄프와 결합되거나 또는 결합된 채로 사용되는 알칼리성 물질의 "양" 사이의 차이를 분명하게 인식하고 이해할 수 있다. 압축후에는 알칼리성물질을 바람직한 양만큼 펄프상에 유지하기 위하여, 상당히 많은 양의 알칼리성 물질을 혼합상자(9) 안에서 저밀도의 펄프와 결합시켜야 한다. 따라서, 혼합상자 내에서 사용되는 (즉, 존재하는) 알칼리성 물질의 양은 고밀도로 압축된 후 펄프에 실제적으로 가해지는 양보다 더 많다. 또한, 모든 알칼리성 물질은, 혼합상자(9)내에서 펄프에 첨가됨으로써 저밀도 펄프내 및 그 전체에 소정량의 알칼리성 물질을 균일하게 분산시킬 수 있고, 이로써, 농축 후, 고밀도하에서 펄프의 리그닌을 산소로 제거시키는데 바람직한 펄프에 대한 알칼리 부가량이 수득될 수 있다.

따라서, 이러한 실시태양에 있어서, 스트림(10)으로 상자(9)에 부가된 알칼리성 물질은 농축 단위장치(12)로부터 배출되는 펄프(17)상의 양과 동일하다.

제 1 도에도 도시되어 있는 본 발명의 두번째 실시태양에서는, 산소 반응기(20)내에서 고밀도 중 리그닌을 제거하는데 있어서 펄프상에 요구되는 알칼리성 물질의 총량중 제 1부분이 혼합상자(9)내의 저밀도 펄프에 부가된다. 일반적으로, 전체량 중 약 1/2이 전술한 저밀도 처리동안에 가해진다.

그후, 통상의 분무방법을 통해 농축단위(12)로 제조된 고밀도 브라운스톡에 제 2부가량의 알카리성물질(18)을 가하는데, 이를테면 이 단계는 산소로 리그닌을 제거하기 이전에 펄프상에 전량의 알칼리성 물질을 제공하기 위한 것이다. 상기 알칼리성 물질의 제 2추가량(18)은 알칼리성 물질로 처리된 고밀도 펄프상에서 후속단계로 행해지는 산소로 리그닌을 제거시키는 단계에서, 바람직한 정도로 리그닌을 제거시키는데 필요한 나머지 양(즉, 총량의 약 1/2)으로 정할 수 있다. 이와같은 2-단계 방법은 알카리성 물질의 분할 첨가방법으로 명명한다.

상술한 바와같이, 펄프상에 실제 가해지는 알칼리성 물질의 총량은 오븐 건조("OD") 펄프의 0.8 내지 7중량%으로서, 바람직하게는 남부 연질 목재의 경우에는 약 1.5 내지 4%가 바람직하고, 경질 목재의 경우에는 약 1 내지 3.8%가 바람직하다. 제 1 도의 다른 실시태양에서는, 저밀도 처리법 및 고밀도 처리법 각각에 상기양의 약 반정도를 적용하는 것이 바람직하다. 즉, 경질목재에 대해서는 약 0.5 내지 2중량%, 바람직하게는 약 0.5 내지 1.9% 그리고 연질 목재에 대해서는 0.75 내지 2%를 각각의 저밀도 펄프 알칼리 처리 및 고밀도 펄프 알칼리 처리 과정중에 펄프상에 부가한다.

분할 첨가 방법으로써 펄프에 알칼리성 물질을 첨가하는 단계를 잘 조절할 수 있다. 고밀도 알칼리 처리단계로서 산소로의 리그닌 제거 반응기(20)에 유입될 펄프내 또는 펄프상에 존재하는 알칼리성 물질의 총량을 급속히 조절할 수 있다.

고밀도 처리 과정중에 펄프상에 적용되는 알칼리성 물질의 양(18)을 조절함으로써, 저밀도 처리 과정중에 장기간 유지된 평형 조절이 제거된다. 고밀도 알칼리 용액처리의 평형에 도달하기 위해 속도를 증가시키면 얻어지는 브라운스톡의 특성(예를들면, 목재 종류, K수치와 점도)이 변화하는 것을 보완하기 위해 펄프에 가해지는 정확한 총량을 용이하고 급속히 변화시킬 수 있어야 한다는 점에서 리그닌제거 요건을 변화시키기 위해 산소시스템의 반응이 더욱 가속화 되어야 한다.

그후 완전히 알칼리 처리된 펄프(19)는 산소로 리그닌을 제거시키는 반응기(20)로 보내지고, 여기서 다수의 공지된 방법으로 산소 기체(21)와 접촉된다. 본 발명의 산소로의 리그닌제거 반응에 적절한 조건을 위해 고밀도 펄프에 약 80 내지 약 100psig에서 산소기체를 도입시켜 이 펄프의 온도를 약 90 내지 130℃로 유지시킨다. 고밀도 펄프와 산소기체의 평균 접촉시간은 약 15분 내지 약 60분 범위 내이다.

반응기(20)내에서 산소로 리그닌을 제거한 후, 리그닌이 제거된 펄프(22)는 세척단위(23)을 전송되고, 여기에서 펄프는 물(24)로 세척되어 임의의 용해된 유기물이 제거됨으로써 착색도가 낮은 양질의 펄프(25)가 생산된다. 여기에서 펄프(25)는 후속단계인 표백 단계로 전송되어 완전히 표백된 제품이 생산된다.

본 발명의 또 다른 실시태양은 제 2 도에 예시되어 있는데, 여기에는 제 1 도의 방법 중 일부를 도시하였다. 유사한 부재들이 본 발명에 사용되고 있는 경우에는, 편의상 동일한 번호로 표시한다. 제 2 도에 도시하지 않은 부재들은 제 1 도의 것과 동일하다.

이 실시태양에서는, 알칼리성 물질로 처리된 펄프(11)를 농축단위(12) 대신 세척압축장치(30)로 전송하여 압축배출물(13)을 제거함으로써 펄프의 밀도를 증가시켰다. 또한 상기 이유상, 보유탱크(16)를 재순환라인에 배치했다.

제 2 도의 실시태양으로 펄프에 알칼리성 물질을 첨가하기 위한 2가지 변형법이 있다. 첫번째 변형방법은 제 1 도의 방법과 관련한 상술한 바와같이 혼합상자(9)내에서 펄프와 모든 알칼리성 물질을 혼합하는 것이다. 제 2 도의 실시태양의 두번째 변형방법은 제 1 도의 알칼리성 물질 분할 첨가 방법을 사용하는 것이다. 여기에서, 바람직한 알칼리성 물질 총량중 일부만을 혼합탱크(9)내의 저밀도 펄프에 가하고, 나머지 부분(18)은 고밀도 펄프(17)에 가한다. 상기 분할분중 알칼리성 물질의 상대적인 양 및 그로 인해 얻어지는 잇점은 상기 제 1 도의 알칼리성 물질의 분할 첨가 방법에서와 거의 동일하다.

본 발명의 또다른 장점은 산소로 리그닌을 제거한 펄프(25)를 표백하는 후속 과정에도 있다. 이와같은 표백과정은 오존, 과산화물, 염소, 이산화 염소, 하이포클로라이트 등을 비롯한 임의의 각종 표백제를 사용해 실시할 수 있다. 상술한 바와같이 알칼리성 물질로 처리된 펄프의 백색도를 증가시키기 위해 통상의 염소/이산화염소 표백 방법을 사용하는 경우, 종래 기술을 통해 산소로 리그닌을 제거시킨 펄프를 표백할 때와 비교할 때, 사용된 총활성 염소의 양이 상당히 감소된다. 본 발명에 사용된 염소-함유 화학제의 총량은 저밀도 펄프에서 알칼리성 물질로 처리하지 않은 동일한 출발펄프에의 필요량보다 약 15 내지 35중량% 정도 감소된다. 이와 유사하게 염소/이산화 염소로 처리한 펄프를 이어서 알칼리로 처리할 경우, 이때, 필요한 물질의 양은 저밀도에서 알칼리성 물질과 균일하게 혼합하지 않았던 펄프를 표백할 때보다 적다. 상기 추출단계에서 사용되는 알칼리성 물질의 양은 전술한 바와같이 저밀도에서 알칼리성 물질로 처리된 펄프의 경우 약 25 내지 40중량% 만큼 감소된다. 이와같은 처리과정에 필요한 화학제의 양이 감소됨에 따라 원가면에서 바람직한 장점을 제공하는 것 외에도, 본 발명의 방법은 또한 사용되는 염소량이 감소되기 때문에 염소의 사용으로 인해 야기되는 환경오염 정도를 감소시킬 수 있다. 또한 상기 시스템의 해당 부분에서 화학제의 사용량이 감소됨에 따라 처리되는 플랜트에서 배출되는 폐수내의 오염물질의 양이 그에 상응하여 감소하며, 따라서 페수 처리 설비 및 관련원가도 절감된다.

[실시예]

본 발명의 방법을 실시함으로써 얻어지는 잇점과 우수한 성능을 예시하기 위해, 제 1 도에 도시된 처리 방법을 사용한 몃 종의 시험을 실시하였다.

븐 명세서에 사용되는 용어와 관련하여, 리그닌제거 선택도(delignifi cation selectivity)는 펄프중에 잔류하는 리그닌양에 대한 셀룰로오즈 분해 측정치로서, 이는 리그닌 함량이 낮은 강력한 펄프를 제조하는 본 발명의 방법의 성능을 나타내 주는 지표이다. 특정 펄프의 리그닌을 산소로 제거하는데 있어서 리그닌 제거선택도의 차이는, 예를들어 K수치 또는 카파(Kappa) 수치에 대한 펄프 점도의 비율을 비교함으로써 알 수있다. 본 발명의 경우, 펄프의 리그닌 함량은 K수치 또는 카파수치 중 하나로 측정할 수 있다. 당업자들은 상기 값들간의 차이점을 인지할 수 있으며, 필요하다면 한 수치값을 다른 값으로 전환시킬 수 있다.

표백된 펄프의 점도는 상기 표백된 펄프중에 있는 셀룰로오즈의 중합도를 나타낸다. 또한 K수치는 펄프중에 남아있는 리그닌의 양을 나타낸다. 따라서 산소로 리그닌을 제거하는 높은 선택도의 반응을 통해서는 강도가 높고(즉, 높은 점도)와 리그닌 함량이 적은(즉, 낮은 K수치) 표백된 펄프가 제공된다.

[실시예 1](종래 기술적 고밀도 펄프의 알칼리 처리)

K수치가 약 24(카과수치 30.9)인 남부 소나무이 크라프트 브라운스톡(Southern pine kraft brownstock)을 알칼리 용액으로 처리하지 않고 약 30 내지 36중량%의 밀도(consistency)로 압축하여 고밀도의 브라운스톡 매트를 제조했다. 이 브라운스톡 매트에 충분한 양의 10% 수산화 나트륨 수용액을 분무함으로써 펄프건 중량을 기준으로 약 2.5중량%의 수산화 나트륨을 부가시켰다. 상기 브라운스톡이 약 27%의 밀도를 가질 수 있는 해당양의 희석액을 첨가했다. 이어서 고밀도의 브라운스톡을 하기 조건에서 산소로써 리그닌을 제거시켰다 : 110℃, 30분, 80psig 0. 이 방법으로 산출된 리그닌 제거 펄프를 시험한 결과 K수치는 13(카파수치 15.2)이고 CED 점도는 약 14.8cps이었다. 이러한 리그닌 제거 펄프를 공지된 방법으로 더 표백시켰다.

상기의 리그닌제거 펄프와 완전히 표백된 펄프 강도 및 물리적 특성은 표 1과 2에 제시하였다.

[표 1]

실시예 1과 실시예 2에서 산출된 펄프에 대한 산소 단계 러그닌제거 반응 결과의 비교

[표 2]

실시예 1과 실시예 2에서 산출된 완전 표백된 펄프의 강도 특성의 비교

리그닌 제거된 펄프의 표백은 하기 3단계로 실시했다 : 염소처리단계, 수산화나트륨 추출단계 및 이산화염소 처리 단계. 하기 표 3의 표백 조건 및 추출조건과 표 4에 제시된 화학물질(OD 펄프를 기준으로 한 %)을 사용하여 최종 표백된 83G.E. 명도의 펄프를 수득했다. 또한 상기 펄프는 표백 단계 사이에 잘 세척했다.

[표 3]

실시예 1과 실시예 2에 있어서 염소, 추출물 및 이산화 염소처리 단계의 표백 조건

[표 4]

염소, 추출 및 이산화염소 처리 단계에서의 화학적 표백 물질의 사용

[실시예 2-5](저밀도 펄프의 알칼리 처리)

실시예 2-5는 저밀도에서 알칼리성 물질로 처리한 펄프를 고밀도하 산소로 리그닌을 제거시켰을 때 수득되는 리그닌제거 선택도와 제거도에 있어서 장점을 기술하고 있다.

[실시예 2]

실시예 1에 사용한 것과 동일한 남부 소나무의 크라프트 브라운스톡을 혼합상자(제 1 도 또는 제 2 도에서 9로 표시됨)에 넣었다. 충분한 희석액을 첨가하여 상기 혼합 상자내에서 약 3중량%의 밀도를 갖는 브라운스톡을 수득했다. 충분한 양의 10% NaOH용액을 첨가하여 OD펄프를 기준으로 30% NaOH를 첨가한 효과를 냈다. 상기의 브라운스톡과 수산화나트륨 수용액을 약 15분동안 실온에서 균일하게 혼합하여 알칼리성물질과 상기 브라운스톡을 혼합했다. 이어서 생성된 알칼리성 물질 포함 브라운스톡을 약 27중량%의 밀도로 압축시켰다. 압축시킨 후, 섬유상의 수산화나트륨은 실시예 1에서와 같이 약 2.5%였다. 이어서 알칼리성 물질로 처리한 브라운스톡을 실시예 1에 기재된 산소로의 리그닌제거 방법에 따라 표백했다. 그 후 리그닌 제거 펄프를 세척하여 유기물질을 제거했다. 산출된 산소 단계의 펄프는 K수치가 9(카파수치 10.8)이고 CED점도는 14.0이었다.

산소 표백된 펄프를 실시예 1에 제시된 조건에서 공지된 방법으로 더 표백했다. 이 실시예에서의 리그닌제거된 펄프와 완전 표백된 펄프의 특징은 각각 전술한 표 1과 1에 제시하였다.

실시예 1과 2를 비교한 결과, 실시예 2의 방법은 고밀도 펄프에 알칼리성 물질을 모두 가한 종래 기술의 실시예 1의 방법에서보다 거의 동일한 점도에서 리그닌이 더 많이 제거된 (낮은 K수치) 리그닌 제거펄프를 생성시켰다. 또한, 실시예 2에서 저밀도 펄프의 알칼리 처리를 실시했을 때 강도특성면에는 큰 변화가 없었고 리그닌 제거도만 향상되었다. 따라서, 리그닌제거 선택도가 향상되었다.

실시예 2에서 산출된 펄프는 K수치가 낮기 때문에, 그 후 진행되는 표백단계에서는 리그닌이 더많이 제거된 펄프를 제공하도록 조절할 수 있다. 따라서, 상기 펄프의 표백단계에서는 저밀도에서 알칼리성 물질로 처리하지 않은 펄프보다 더 소량의 표백제(표 4참고) 또는 더 짧은 표백시간이 요구된다.

[실시예 3]

실시예 2의 방법과 유사한 방법으로 연목(소나무)으로부터 제조된 펄프를 실시예 1에서와 같이 통상적으로(즉, 저밀도 알칼리 처리 단계가 없음) 제조된 펄프를 비교했다. 이후 펄프의 산소로의 리그닌제거 반응을 위해 고밀도 펄프에만 가해지는 평균 수산화 나트륨의 투여량은 오븐 건조된 1톤당 45파운드(1b/t) 또는 2.3%였다. 이 농도에서, 산소로 리그닌을 제거하는 반응기 전체에 있어서 K수치의 평균 감소율은 10단위였다. 고밀도하 산소로의 리그닌제거 반응 이전에 저밀도 펄프에만 동일량의 수산화나트륨을 가할 경우, 탈리그닌화 반응중의 평균 K수치 감소율은 13단위였다 : 이는 종래 기술에 비해 30%가 증가한 것이다.

통상의 펄프에 대한 평균 K수치 및 점도가 각각 12.1 및 14.4cps였다. 저밀도 알칼리성 물질 처리 방법의 경우, 거의 동일한 점도(14.0cps)에서의 평균 K 수치는 8.3이었으며, 리그닌 제거 선택도의 증가율은 약 41%(1.69 : 1.19)였다(표 5 참고).

전술한 저밀도 알칼리 처리 방법으로 제조한 펄프의 표백플랜트를 종래 제조된 펄프의 표백플랜트와 비교하여 하기 표 5에 제시하였다.

[표 5]

펄프 특성 및 표백화학약품 비교(소나무)

표 5는 다음 표백 단계에서 사용된 전체 활성 염소량이 약 1/3가량 감소되었음을 나타낸다(즉, 1톤당 69.4파운드 : 1톤당 46.4파운드). 또한, 추출 단계에서 필요한 수산화 나트륨양도, 약 1/3가량 감소하였다(351b/t : 241b/t). 최종 표백 단계에서는 이산황 염소가 약1/6가량 감소하였다(10.6 1b.t : 9 1b/t).

[실시예 4]

실시예 (3)과 유사한 비교시험을 경질목재(hardwood)에 대해서도 수행하였다. 종래의 가공공정에 비해 저밀도의 펄프에만 알칼리 물질을 적용하는 처리공정을 사용함으로써 산소로 리그닌을 제거하는 중에 상당히 큰 폭의 K수치 하락이 이루어짐이 재차 밝혀졌다. 경질목재의 산소 리그닌 제거반응에 사용되는 수산화 나트륨의 양은 27 1b/t 또는 1.4%였다. 종래 공정의 경우에는 리그닌 제거화 단계중에 K수치가 약 5단위 하락되었다. 상기 저밀도 방법에 따라 같은 양의 수산화 나트륨을 사용하는 경우에는 평균 K수치가 평균 약7.3정도 하락되었으며, 이는 거의 50%가량 증가한 것이다.

평균 경목의 K수치 및 점도는 각각 7.6 및 16cps인 것으로 밝혀졌다. 상기 저밀도 처리시에는 K수치가 6이고 점도는 17.7이었다. 또한, 종래 기술에서와 동일한 점도(16cps)하의 알칼리 물질 처리 펄프의 K수치는 5.8인 것으로 밝혀졌다. 표 6에 제시된 바와같이 리그닌제거 선택도는 약 40%(2.95 : 2.10)가 증가되었다.

리그닌제거 선택도는 또한 브라운스톡(brownstock)과 리그닌제거 펄프간의 K수치 변화치에 대한 점도 변화치의 값으로도 나타낼 수 있다. 저밀도에서만 알칼리 물질로 처리한 펄프를 종래의 기술과 비교하면, 리그닌제거 선택도가 크게 증가함으로써 리그닌의 제거도가 증가했다. K수치번호가 4단위인 경우, 점도의 평균 변화치는 종래 공정으로 생산된 펄프의 경우 4cps였다. 이와는 대조적으로 저밀도의 펄프 처리로 생산된 펄프의 경우 동일한 점도의 변화치에 대하여 K수치의 변화치는 7단위였다. 선택도를 비율로 표현하면, 저밀도의 처리 펄프의 선택도는 1.75이며 종래 공정의 경우는 약 75%를 증가한 값인 1(cps/K수치)이었다.

표백 화학 적용 분야에서, 상기 저밀도 알칼리물질 방식으로 제조한 산소로서 리그닌 제거된 펄프의 표백플랜트와 종래방식으로 제조한 산소로서 리그닌제거된 펄프를 비교하여 표 6에 제시하였다.

[표 6]

펄프 특성 및 표백 화학약품 비교(경목재)

표 6에서와 같이, 염소화 단계에서 사용된 전체 활성 염소량이 약 1/6가량 감소된 반면(즉,41.6 1b/t : 34.6 1b/t), 추출 단계에서 필요한 가성화제의 양은 종래 기술의 펄프와 비교하여 29%이상 감소하였다.(즉, 18.9 1b/t : 13.3 1b/t). 최종 표백 단계에서의 이산화 염소량은 14% 이상 감소하였다(즉, 5.5 1b/t : 4.7 1b/t). 점도 및 먼지함량에 대한 최종 펄프의 특성은 거의 동일했다.

[실시예 5]

다음 시험은 본 발명의 방법에 따라 펄프상에 알칼리 물질을 균일하게 분포시키는 방법을 추가로 설명하기 위한 것이다.

19.54의 K수치값과 24.9의 점도를 갖는 무표백 브라운스톡 소나무 펄프를 준비하였다. 밀도가 7.7%인 상기 펄프중 두 샘플을 60℃의 온도에서 각각 1분 및 15분 동안 3% NaOH로 각각 처리하였다. 이에따라, 펄프의 밀도가 27%로 상승되었으며, 펄프의 NaOH 함량은 약 0.67%인 것으로 밝혀졌다. 이 펄프를 80psi의 압력 및 110℃의 온도에서 30분동안 알칼리 물질은 더이상 첨가하지 않고 반응기로 보냈다.

다음, 각각 밀도가 3%인 무표백 펄프중 추가로 두 샘플에 60℃의 온도에서 1분 및 15분 동안 약 35%의 NaOH를 각각 도포하여 처리하였다. 이후, 펄프의 밀도는 27%로 증가한 반면, 펄프 전체에 걸쳐 3%의 NaOH 함량은 3%로 유지되었으며, 그 다음 펄프를 80psi의 압력 및 110℃의 온도에서 30분동안 알칼리 물질을 더이상 첨가하지 않고 산소로써 리그닌을 제거시켰다. 그 결과는 하기 표 7에 제시되어 있다.

[표 7]

처리된 펄프인 샘플 E-H에는 샘플 A-D보다 훨씬 많은 양(즉, 3%)의 수산화 나트륨이 유지되었는데, 이는 더 많은 양의 수산화나트륨을 펄프와 혼합하였기 때문이다. 샘플 E-H는 펄프의 K수치가 적어도 약 55.3% 감소된 반면, 샘플 A-D K수치는 그 감소도가 훨씬 작아, 기껏해야 약 11.3%가량이었다. 따라서 본 발명의 방법에 따라 처리한 샘플(E-H)은 리그닌제거율이 비교 샘플보다 약 49.6% 증가하였다.

본 실시예의 동일한 무표백 브라운스톡 펄프에 대해, 선행 시험을 다음과 같이 변형시켜 반복하였다.

각 변형방법에서 NaOH 처리는 2분 및 15분에서 모두 수행하였다. 주지한 바와 같이, 무표백 펄프의 밀도는 거의 동일하였다.(3% : 3.5%). 그 결과는 표 8에 제시되어 있다.

[표 8]

밀도가 낮은 펄프에는 보다 많은 양의 NaOH를 혼합하였으므로, 고밀도의 펄프상에는 상당량의 NaOH가 보유된다. 이러한 NaOH양의 증가로 인해, 샘플 M-P는 K수가 약 56%이상 감소하는 반면, 샘플 I-L은 약 24.4%정도 이하로 감소했다.

다시, 본 발명의 방법으로 제조한 샘플(M-P)은 비교 실시예에 비해 리그닌제거도가 41.9%이상 증가하였다. 상기 기술된 바와같이, 이것은 저밀도의 펄프에 전체에 적정량의 수산화나트륨을 균일하게 혼합하여 분포시켰을 때보다 고밀도 펄프상에 보유된 수산화나드륨양이 많은데 그 이유를 들 수 있다.

[실시예 6]

산소로 리그닌을 제거시키기 전에 펄프상에 100%의 저밀도하에 알칼리성 물질로 처리하여 그 효과 및 총 카파(Kappa)수치 저하 및 총 회수율에의 기여도를 설명하기 위해, 카파수치 및 회수율을 종래의 크라프트 브라운스톡과 카파수치가 낮은 크라프트 /AQ 브라운스톡에 대해서 모두 측정했다. 그 결과는 표 9에 제시하였다.

[표 9]

5분동안 밀도를 3%로하여 수산화나트륨(압축처리후 펄프상에 2.4%)으로 처리한 카파수치가 28.1인 종래의 크라프트 브라운스톡인의 경우, 처음의 카파수치는 1.6이었고 처리후의 카파수치는 26.5이었다. 이로써 알칼리성 처리 및 산소로의 리그닌제거시 총 카파수치가 9.6% 정도 저하됨을 알수 있다(카파수치 12.0). 밀도가 낮은 알칼리성 처리시의 회수율은 99.5%였다. 회수율에 있어서 0.5%의 약 반정도가 손실된 것은 리그닌의 손실에 이유를 들수 있고 그 나머지는 탄수화물이 소모된데 그 이유를 들 수 있다. 산소로의 리그닌제거후 총회수율은 95.2%였다.

동일한 처음의 브라운스톡을 3%의 밀도하에 15분동안 수산화나트륨으로 처리하였다(압축 처리후 펄프상에 2.l% 존재). 처음의 카파수치는 27.5로서 0.6단위가 감소하였다. 이로써 저밀도의 알칼리성 처리 및 산소로 리그닌을 제거한후 전체 카파수가 4.2% 감소됨을 알수 있었다(카파수치 13.4). 알칼리처리 단계에 걸친 회수율은 98.7%였다.

3%의 밀도하에 5분동안 수산화나트륨(압축 처리후 펄프상에 2.11% 잔재)으로 처리한 카파수치가 낮은 크라프트/AQ 브라운스톡의 경우, 카파수치가 20.3으로서 1.3단위 감소했다. 이러한 카파수치의 저하는 산소로의 리그닌제거에 따라 총 카파수치를 10%정도 저하시킬수 있음을 제시해 주었다(카파수치 8.9). 알칼리성 처리 단계에 걸쳐 회수율의 손실은 거의 없는 것으로 측정되었다. 산소로의 리그닌제거후 총회수율에있어서의 감소율은 96.7%였다. 동일한 크라프트/AQ 출발 브라운스톡을 제 2차적으로 산소로 리그닌을 제거시킨 결과 카파수치는 유사한 정도인 8.1이었고 회수율은 97.2%였다.

이 실시예 5를 통해, 펄프를 저밀도의 알칼리로 처리하는 동안에는 리그닌이 거의 제거되지 않음을 밝혔다. 이 실시예에서는 또한 저조도하에서 알칼리성 물질로 처리하는 시간은 약 15분 이하의 범위에서는 그다지 중요하지 않음을 알 수 있었다. 그러나, 실시예 2-6에서 부가로 제시된 바와같이, 저밀도의 알칼리 처리함으로써 고밀도하에 산소로 리그닌을 제거하는 순차적 단계동안에 수득된 리그닌제거양을 종래방법으로처리한 펄프와 비교했을 때 그 양은 상당히 증가하였다. 또한 상기방법은 점도가 거의 감소하지 않고 카파수치가 매우 낮은 펄프를 취하기 위한 카파수치가 낮은 브라운스톡을 제조하는데 효과적임을 이 실시예를 통해 알수 있다. 저밀도의 결합단계 동안 알칼리성 물질을 펄프전체에 균일하게 분포시킨 결과 종래기술에 따라 다른 것으로 처리한 것보다 알칼리성 물질로 처리한 펄프섬유가 보다 적당함을 알수 있었다. 이에따라 순차적인 산소로의 리그닌제거 반응 동안 리그닌제거 선택도가 향상되었는데, 이때 리그닌 제거 브라운스톡의 강도 및 리그닌제거도 통상적으로 종래기술에 의한 것보다 우수하다. 또한, 산소로의 리그닌 제거반응의 리그닌제거 선택되는 상당히 우수하다.

본 발명의 경우, 고밀도의 펄프상에 적용된 양과 더불어, 저밀도의 펄프상에 적용된 알칼리성 물질의 최소량은 산소로의 리그닌제거 단계동안 펄프의 리그닌제거 선택도를 증가 또는 향상시킬수 있을 정도이다. 하기 실시예들에 제시된 바와 같이, 저밀도의 펄프에는 산소로 리그닌을 제거하기전에 펄프에 적용되는 알칼리성 물질의 총량의 약 50%이상을 적용시켜야 한다. 저밀도 펄프에 약 50%이하를 적용시킬 경우에는, 리그닌 제거 선택도와 관련된 잇점이 상당히 감소한다.

알칼리성 물질을 종래 기술에서와 같이 고밀도 펄프에만 적용시킬 겅우에는, 펄프의 셀룰로즈부는 거의 손상되지 않고(이에 따라 강도가 거의 감소되지 않음) 리그닌제거율이 50%이하로 되었다. 본 발명에서는, 펄프의 리그닌 제거동안 펄프의 셀룰로우즈부는 거의 손상되지 않으면서 펄프의 K수치는 50%이상 및 통상적으로 약 60%이상 저하시킬 수 있다. 필요한 경우에는, 70% 및 그 이상을 저하시킬 수도 있다.

예를들어, 산소로의 리그닌제거 단계에 적용시켰을때, 각각의 펄프의 K수치는 약 10 내지 26범위내로서, 특정 나무에 대한 펄프화 처리 및 나무의 종류에 따라 좌우된다. 리그닌을 제거한후, K수치는 약 5 내지 10으로 감소했다. 연목재 펄프인 경우, 리그닌을 제거하기 전의 K수치는 통상적으로 20 내지 24범위내(21)인 반면, 리그닌을 제거한 후, K 수치는 8 내지 10범위내이었다. 경질목재인 경우, 리그닌을 제거하기전의K수치는 10 내지 14(약 12.5)이고 리그닌을 제거한후 K수치는 5 내지 7로서 이것은 통상적으로 본 발명의 방법을 통해 수득된 것이다.

펄프의 종류에 관계없이, 리그닌을 제거하기 전의 정도가 통상적으로 약 19 또는 그 이상인 반면에, 리그닌을 제거한 후에는 약 13이상이다(통상적으로 연목재인 경우에는 14 또는 그 이상이고 경질목재의 경우에는 15 또는 그 이상이다).

통상적으로, 점도에 있어서, 리그닌을 제거하기전 또는 후의 변화는 약 6cps, 또는 그 이하이다. 또, K수치의 변화당 점도의 변화는 K수치가 약 17단위 이하로 감소될매 까지는 일정하게 유지됨을 알수 있다.

따라서, 리그닌제거 선택도는 100%의 저밀도 알칼리 처리방법으로 향상될수 있고, 종래기술이 리그닌제거 방법에 비해 리그닌제거도가 약 20%이상 증가되었다.

산소로 리그닌을 제거하기전 또는 후의 펄프의 점도간의 변화를 최소화함으로써 펄프의 셀룰로즈 성분이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

[실시예 7]

하기 데이타는 고밀도하의 산소로 리그닌을 제거하기 전에 남부 소나무 브라운스톡 펄프를 처리해야 하는 알칼리성 물질 상대량을 예시한 것이다.

약 27%의 밀도하에 OD 펄프계 수산화나트륨 약 2.2중량%를 획득하기 위해서는, 통상 약 40파운드의 화합물이 필요하다. 실시예 1의 종래 기술 방법의 경우, 이 양은 요구되는 총량으로서, 그 이유는 고밀도의 펄프에 직접 적용되고 적용된 알칼리성 물질은 모두 산소반응기로 유입되기 때문이다. 저조도 펄프를 실시예 2에 기재된 바와 같이 알칼리성 물질로 처리할 경우, 혼합탱크내에서 사용된 알칼리성 물질양의 약 35내지 54%가 실제로 펄프에 적용되어 산소반응기로 유입됨을 판정할 수 있다. 이로써 톤당 45 내지 91파운드의 수산화나트륨을 사용할 경우에 펄프상에 바람직한 양이 잔재될 수 있음을 알수 있다. 그러나 상기 기재된 바와같이, 실시예 2의 방법을 사용할 경우에는 강도특성이 거의 변화되지 않으면서 리그닌 제거효과가 향상되므로, 더 많은양의 알칼리성 물질을 사용할 수 있다. 그러나, 제 1 도에 도시된 방법은 톤상 40파운드만큼만을 필요로 하는데, 이는 압축처리 순환반응을 롱해서는 알칼리성 물질이 전혀 배출되지 않고 시스템에서 배출된 알칼리성 물질만이 산소반응기로 유입되기 때문이다. 따라서, 실시예 2방법의 우수한 리그닌제거 선택도로 인해 본 발명의 방법에서 사용된 알칼리성 물질은 톤당 약 51파운드를 절약할수 있다.

[실시예 8]

본 발명의 하기 실시예들은 본 발명에서 실시예 2-5의 알칼처리 방법을 통해 저밀도 펄프의 리그닌제거선택도를 100%에 이르게 하면서 알칼리성 물질을 분할식 첨가하여 회수시스템으로부터 제거되는 알칼리성물질의 양이 절감되도록 하는 방법을 설명한 것이다. 6개의 샘플로 이루어진 하기 실험은 본 발명의 2단계 분할 부가 반응이 리그닌제거 선택도에 미치는 영향을 설명한 것이다. 결과는 표 8 및 표 9에 제시하였다.비교할수 있도록, 샘플A(저밀도의 펄프에 알칼리 100%적용)를 하기 표에 게재했다.

실험에 사용된 출발 브라운스톡은 남부 소나무였다. 이 물질은 종래방식으로 침지시켜 브라운스톡을 제조하였다. 40m의 브라운스톡의 K수치는 22.1이었고, 25ml인 경우의 K수치는 19.8이었다.

이 펄프를 약 3.5%의 저밀도로 희석시켰다. 흰색 산화액제를 첨가함으로써 충분량의 알칼리성 물질을 이 펄프 전체에 분포시켰다. 이어서 펄프밀도를 약 27%로 증가시킴으로써, 압축 처리후 펄프전체에 잔재하는 알칼리성 물질의 양이 표 10에 제시된 바와 같도록 하였다.

[표 10]

제 2차양의 알칼리성 물질은 표 10에 제시하였는데, 이것을 이어서 고밀도의 펄프에 적용시켰다. 기재된 양을 적용시키는데 사용된 알칼리 용액은 84.5g/1수산화나트륨 및 0.1%의 마그네슘 설페이트를 포함한 백색산화 용액이었다.

알칼리 처리된 고밀도의 펄프는 이어서 산소반응기(20)(제 1 도)에 직접 보내졌고 상기 반응기는 110℃의 온도 및 80psig의 압력하에서 30분동안 작동되었다.

저밀도 및 고밀도의 펄프처리 두 경우 모두에 적용된 총 알칼리성 물질은 표 10에 제시된 바와 같이 약 2.96 내지 4.23% 범위내였다. 밀도가 낮은 펄프처리와 밀도가 높은 펄프처리시 펄프상에 분비되는 실제 알칼리성 물질의 양은 표 10에 제시된 바와 같고, 산소로 리그닌이 제거된데 따른 점도, K수치 및 선택비는 표 11에 제시하였다.

[표 11]

테스트 결과는 밀도가 높은 펄프에 염기성 물질을 49.8%(즉, 약 50%)이하로 사용할 경우에는 고도의 리그닌 제거도 및 선택비가 제공되며, 이때 동등한 또는 보다 높은 점도에서는 보다 낮은 K수치가 얻어짐을 알수 있다. 샘플 1, 2 및 3은 밀도가 낮은 펄프에 대해 100%의 알칼리성 물질을 가할 경우, 비교 실시예 A와 동등한 정도로 리그닌이 제거된다. 샘플 1-3 및 A는 샘플 4-6 및 B에 비해 리그닌제거 선택도가 높고, K수치가 증가함에 따라 점도가 감소하기 때문에 바람직하다.

또한 샘플 4-6 및 B의 펄프를 표백하기 위해서는, 샘플 4-6 및 B의 펄프의 K수치가 보다 높기 때문에, 샘플 1-3 및 A의 펄프에 비해 더욱 많은 양의 표백 화학 약품이 필요하다. 이러한 결과는 저밀도 펄프에 50%이상의 알칼리 물질을 분할식으로 첨가할 경우 알칼리성 물질을 저밀도 펄프에 모두 첨가할때 얻을 수 있는 고도의 리그닌 제거도를 가낼수 있음을 입증한다.

[실시예 9]

실시예 2 내지 5 및 7에 나타낸 데이타를 다른 다수의 예측치 및 관찰치와 함께 제 3 도 및 제 4 도에 연질목재 펄프에 대한 그래프로 도시하였다. 또한 제 3 도는 실제 테스트로부터 얻은 데이타와 다수의 다른 예측치 및 관찰 결과를 조합하여 만든 커브로서, 이 커브는 실시예 1의 종래 기술의 펄프 처리 방법으로부터 연질목재에 대한 점도와 K수치의 관계를 설명한 것이다.

제 3 도에 도시한 바와 같이, 실시예 1의 종래 기술 방법으로는 종래 기술로 명명된 커브로써 표시한, 산소로의 리그닌 제거후의 통상적인 펄프 특성을 얻게 된다. 점도로 측정된, 펄프 강도는 고점도로 유지시키면서 K수치를 감소시킴으로서 리그닌을 제거하는 방식이 바람직하다. 제 3 도는 본 발명을 나타내는 커브에 의해 주어진 점도 값에서, 종래 기술 커브에 의한 낮은 리그닌제거율 및 점도 값에 비해 밀도가 낮은 펄프염기성 물질 처리에 대한 고도의 리그닌 제거율(보다 낮은 K수치)을 얻을 수 있음을 보여준다.

제 4 도는 밀도가 높은 펄프를 처리하는데 사용하는 염기성 물질의 백분율을 증가시킴으로써 얻어지는 효과를 도시한 것이다. 점도 변화 숫자 0 부근의 일직선은 밀도가 낮은 펄프에 대해 100%의 염기성 물질을 사용하여 얻어진 베이스라인에 해당하는 것이다. 0 라인의 양측에 있는 두 점선은 점도에 있어서 통상적인 6% 오차의 경계선을 도시한 것이다. 제 4 도로써 명백히 알수 있는 바와 같이, 밀도가 높은 펄프 입자에 첨가되는 알칼리성 물질의 양이 펄프처리에 사용된한 총 알칼리성 물질의 약 50%를 초과함에 따라, 펄프의 점도는 허용가능한 오차 이하로 저하된다.

펄프의 고밀도 처리율이 증가함에 따라, 저밀도 처리에 사용되는 알칼리성 물질의 양은 감소한다. 알칼리성 물질이 펄프에 균일하게 적용될 수 있는 경우는 낮은 밀도 처리 단계로 국한된다. 저밀도 단계에 적은 양의 알칼리성 물질을 사용할 경우, 저밀도 처리시의 선택도에 있어서의 유리함은 감소된다. 따라서 임의의 분할 첨가 방법을 사용할 경우에는 알칼리성 물질을 전부 고밀도 펄프에 가하는 경우에 비해 리그닌제거 선택성이 다소 향상될 수 있다. 총 알칼리 물질의 약 50% 이하를 고밀도 펄프에 첨가하는 분할 첨가 방식을사용할 경우 최상의 리그닌 제거가 이루어진다.

[실시예 10]

남부 소나무의 크라프트 브라운스톡에 있어서, 소정의 리그닌제거도를 얻기 위해서는, 산소 리그닌제거단계에 앞서 오븐 건조된 펄프를 기준으로 2.4%의 소정량의 염화나트륨이 필요한 것으로 밝혀졌다. 산소반응기로 주입되는 펄프를 기준으로 2.4%의 염화나트륨을 제공하기 위해서는, 약 43.2 파운드/건조 공기톤(1b/ADT)의 염화나트륨이 소요된다.

다양한 비율의 압축배출물의 배출로 인한 알칼리성 물질의 손실량은 하기 표 12에 게재하였다.

[표 12]

산소로 리그닌을 제거하기 전에 펄프에 부가된 LB/ADT알칼리성 물질

표 10에 나열된 값들은 본 방법에서 펄프에 부가되는 알칼리성 물질의 총량을 의미한다 : 즉, [낮은 밀도처리시에 사용되는 양+고밀도 펄프에 사용되는 양(사용할 경우)]을 의미한다. 따라서 압축배출물이 배출되지 않는 상태에서 50% 분할 컬럼을 통해 21.6 1b/ADT는 혼합상자에서 밀도가 낮은 펄프에 첨가하고 21.6 1b/ADT를 밀도가 높은 펄프에 첨가했음을 의미한다. 20% 압축배출물이 배출될때 동일한 50%분할비율은 저밀도 펄프에 가해진 21.6 1b/ADT 이외에도, 압축배출물 배출에 의한 감량을 보충하기 위해 5.4 1b/ADT를 시스템에 더 첨가해야 함을 보여준다(총 27 1b/ADT). 상기 추가량은 일반적으로 고밀도 펄프에 첨가하는 양은 총량을 기준으로 약 50% 이하로 유지시키기 위해, 혼합 상자에 첨가한다.

표 13은 표 12와 동일한 데이타를 나타낸 것이지만, 펄프에 소정량 2.4% NaOH를 적용시키기 위해 저밀도 처리시 첨가해야 하는 알칼리성 물질의 추가량을 정량화한 것이다. 고밀도 펄프에 첨가되는 알칼리성 물질의 백분율이 50% 이하로 증가할 경우에는, 고밀도 처리시에 첨가해야 하는 알칼리성 물질의 추가량을 절감시켜서, 고밀도하 산소 리그닌 제거에 이용할 수 있는 펄프에 대한 염기성 물질의 적정량을 유지시켜야 한다. 0% 배출시에는 구체적으로 제 1 도와 관련하여 전술된 바와 같이, 알칼리성 물질은 전혀 손실되지 않고 구체적으로 의도한 화학약품양을 적절히 절감시킬 수 있다.

[표 13]

압축 배출물을 보완하기 위해 저밀도 펄프에 부가된 LB/ADT 알칼리성 물질

표 14는 표 12 및 13와 동일한 데이타이나, 저밀도 펄프에 부가된 알칼리성 물질의 양을 20, 40 및 60%의 압축배출물에 대해 나타낸 것이다.

[표 14]

저밀도 펄프에 부가된 -1b/ADT 알칼리성 물질

상기 데이타는 본 발명의 알칼리성 물질을 분할첨가하여 염기성 물질의 총량을 기준으로 적어도 50%, 바람직하게는 약 55 내지 약 90%를 혼합상자(9)에서 조밀도 펄프에 첨가하여, 회수 시스템에 있어서 압축배출물의 배출시 제거되는 알칼리성 물질의 양을 보충함을 보여준다.

저밀도의 펄프에 사용되는 100% 알칼리성 물질에 상응하는 값을 조사한 결과, 압축배출물의 배출시 손실되는 알칼리성 물질의 양이 증가함에 따라 펄프에 첨가되는 알칼리성 물질의 양을 증가시킬 필요가 있음을 추정할 수 있다. 모든 알칼리성 물질을 저밀도의 펄프에 적용시킬 경우, 회수 시스템으로 급송된 압축배출물(15℃)내의 알칼리성 물질의 양은 총 알칼리성 물질중 일부를 모두 저밀도 처리 단계중에 이용할 경우의 양보다 상당히 많다. 저밀도 펄프에 사용되는 알칼리성 물질의 백분율이 분할 첨가로 인해 감소함에 따라, 압축배출물 배출시 알칼리성 물질의 손실을 대체하고자 첨가해야 할 추가량의 염기성 물질의 양도 감소한다. 왜냐하면 저밀도 처리단계에서는 보다 적은 양의 염기성 물질이 사용되기 때문이다.

따라서, 저밀도 펄프에 대한 염기성 물질의 비율을 보다 낮게 하면, 혼합 상자(9)에서 사용되는 알칼리성물질의 양이 감소하며, 또한 압축배출물의 배출을 통해 제거되는 알칼리성 물질의 양도 감소한다. 저밀도의 펄프와 고밀도의 펄프에 가하는 알칼리성 물질을 분할시킴으로써 압축배출물(15℃)의 양이 감소되며, 마찬가지로 재주입해야할 알칼리성 물질의 양이 감소되므로, 화학약품이 절약될 수 있다.

이상에서는 본 발명을 수행하기 위한 구체적인 실시태양을 게재하였지만, 본 발명은 당업자에 의해 다양하게 변형될수 있다. 첨부된 청구 범위는 본 발명의 취지와 영역을 벗어나지 않는 범위내의 이러한 모든 변형예를 포함한다.

Claims (22)

1. 하기 단계들을 포함하는, 고밀도 산소에 의해 리그닌을 제거하는 공정중에 펄프의 리그닌 제거 선택도를 향상시키는 방법 : 최초 세척 가압시에 펄프의 밀도가 적어도 약 18%가 되도록 펄프를 초기 세척하는 단계 ; 저밀도 펄프를 형성시키도록 세척된 펄프의 밀도를 약 10중량% 미만으로 감소시켜 처음량의 알칼리물질을 세척하는 펄프에 부가하고, 저밀도 펄프를 알칼리 물질과 결합시켜 알칼리 물질이 펄프전체에 균일하게 분포되도록 하며, 알칼리 물질을 포함한 펄프의 밀도를 적어도 약 18중량%로 증가시켜 고밀도 펄프에 균일하게 분산된 처음량의 알칼리물질을 그대로 유지시키는 한편 압축배출물을 제거하고 고밀도 펄프를 형성시키는 단계 ; 상당부분의 압축배출물을 알칼리물질 결합단계로 재순환시키는 단계 ; 펄프의 오븐 건조중량을 기준으로 적어도 약 0.8 내지 7중량%인 전체량(상기 처음량 포함)의 알칼리 물질을 고밀도 펄프에 제공하는 단계 ; 및 알칼리물질 함유 고밀도 펄프를 산소에 의해 리그닌을 제거하여 향상된 리그닌제거 선택도 및 산소에 의해 리그닌 제거된 펄프를 얻는 단계.
2. 제 1 항에 있어서 거의 모든 압축배출물이 알칼리물질과의 결합단계로 재순환되는 방법.
3. 제 1 항에 있어서 모든 알칼리 물질을 저밀도 펄프에 부가하여 고밀도 펄프에 가해진 알칼리 물질의 전체량이 처음량과 동일하도록 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서 두번째량의 알칼리 물질을 고밀도 펄프에 부가하는 단계를 부가로 포함하며, 초기량과 두번째양이 합이 고밀도 펄프에 가해진 알칼리 물질의 전체량과 동일하도록 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서 두번쌔 세척 가압시에 펄프의 밀도를 증가시키는 방법.
6. 제 1 항에 있어서 보유탱크내에 소정량의 압축배출물을 보유함으로써 상기 밀도증가 단계가 간헐적 또는 불연속적으로 작동되는 경우에 압축배출물을 계속적으로 알칼리성 물질 결합 단계로 직접 회수시키는 방법.
7. 제 1 항에 있어서 산소에 의해 리그닌이 제거된 펄프를 세척하고, 이때 생성되는 세척수 유출물중 일부를 초기 펄프 세척 단계로 재순환시키는 단계를 부가로 포함하는 방법.
8. 제 1 항에 있어서 상기 펄프가 소정량의 알칼리 물질과 결합되었을 때 약 5중량% 이하의 저밀도를 갖는 방법.
9. 제 1 항에 있어서 산소로 리그닌을 제거하기 전에 펄프의 밀도를 약 25 내지 35중량%로 증가시키는방법.
10. 제 1 항에 있어서 산소로 리그닌을 제거하는 단계를 통해 펄프의 셀룰로우즈 성분은 크게 손상시키지 않고 고밀도 펄프의 K수치를 50%이상 감소시킴으로써 리그닌 제거 선택도를 향상시키는 방법.
11. 제 10 항에 있어서 K수치가 리그닌이 제거되기전 약 10 내지 26에서 리그닌이 제거된후 약 5 내지 10으로 감소하는 방법.
12. 제 4 항에 있어서 펄프는 비표백된 연목 펄프이며 펄프에 부가된 알칼리 물질의 전체량은 약 1.5 내지 4중량%이고, 초기량과 두번째량 각각은 약 0.75 내지 2중량% 범위인 방법.
13. 제 4 항에 있어서 펄프는 비표백된 강목펄프이고 펄프에 부가된 알칼리 물질은 약 1 내지 3.8중량%이며 초기량과 두번째량 각각은 약 0.5 내지 1.9중량% 범위인 방법.
14. 하기 단계들을 포함하는, 고밀도 산소에 의해 리그닌을 제거하는 공정중에 펄프의 리그닌 제거 선택도를 향상시키는 방법 : 최초 세척 가압시에 펄프의 밀도가 적어도 약 18%가 되도록 펄프를 초기 세척하는단계 ; 저밀도 펄프를 형성시키도록 세척된 펄프의 밀도를 약 10중량 미만으로 감소시켜 초기량의 알칼리물질을 세척된 펄프에 부가하고, 저밀도 펄프를 알칼리 물질과 결합시켜 알칼리 물질이 펄프전체에 균일하게 분포되도록 하고, 두번째 세척 단계에서 펄프의 밀도를 적어도 약 18중량%로 증가시켜 고밀도 펄프에 균일하게 분산된 초기량의 알칼리물질은 유지시키는 한편 압축배출물을 제거하고 고밀도 펄프를 형성시키는 단계 : 상당부분의 압축배출물을 알칼리물질과의 결합단계로 재순환시키는 단계 ; 펄프의 오븐 건조 중량을 기준으로 적어도 약 0.8 내지 7중량%인 전체량(상기 처음량 포함)의 알칼리 물질을 고밀도 펄프에 제공하는 단계 ; 및 알칼리 물질을 함유한 고밀도 펄프를 산소로 리그닌을 제거하여 향상된 리그닌제거 선택도 및 산소로 리그닌이 제거된 펄프를 얻는 단계.
15. 제 14 항에 있어서 모든 알칼리 물질을 상기 저밀도의 펄프에 부가하여 고밀도 펄프에 가해진 알칼리물질의 전체량이 처음량과 동일하도록 하는 방법.
16. 제 14 항에 있어서 상기 고밀도 펄프에 두번째량의 알칼리 물질을 부가하는 단계를 부가로 포함하며, 초기량과 두번째양의 합이 고밀도 펄프에 가해진 알칼리 물질의 전체량과 동일하도록 하는 방법.
17. 제 14 항에 있어서 보유 탱크내에 소정량의 압축배출물을 유지시킴으로써 밀도 증가단계가 간헐적 또는 불연속적으로 작동되는 경우에 압축배출물을 직접 알칼리물질 단계로 연속하여 회수하는 단계를 포함하는 방법.
18. 제 14 항에 있어서 산소에 의해 리그닌이 제거된 펄프를 세척하고, 이때 생성되는 세척수 유출물중 일부를 초기 펄프 세척 단계로 재순환시키는 단계를 부가로 포함하는 방법.
19. 제 16 항에 있어서 펄프는 비표백된 연목 펄프이며 펄프에 부가된 알칼리물질의 전체량은 약 1.5 내지 4중량%이고, 처음량과 두번째량은 각각 약 0.75 내지 2중량% 범위내인 방법.
20. 제 16 항에 있어서 펄프는 비표백된 경목펄프이고 펄프에 부가된 알칼리 물질은 약 1 내지 3.8중량%이며 처음량과 두번째량은 각각 약 0.5 내지 1.9중량% 범위내인 방법.
21. 제 14 항에 있어서 산소로 리그닌을 제거하는 단계를 통해 펄프의 셀룰로우즈 성분은 크게 손상시키지 않고 고밀도 펄프의 K수치를 50%이상 감소시켜 리그닌제거 선택도를 향상시키는 방법.
22. 제 21 항에 있어서 K수치가 리그닌이 제거되기 전 약 10 내지 26에서 리그닌이 제거된 후 약 5 내지 10으로 감소하는 방법.