JPH04245989A

JPH04245989A - 紙パルプの脱リグニン方法および装置

Info

Publication number: JPH04245989A
Application number: JP3243410A
Authority: JP
Inventors: Joseph R Phillips; ジョセフ　アール　フィリップス; Brian F Greenwood; エフグリーンウッドブライアン; Thomas R Delcourt; トーマス　アール　デルコート; Michael D Fahey; ミカエル　ディー　ファヘイ; Stephen J Dunn; ステファン　ジェイ　ダン; Jian Jiang; ジャン　ジャング
Original assignee: Kamyr Inc
Current assignee: Kamyr Inc
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1991-09-24
Publication date: 1992-09-02
Also published as: AU7911691A; NO914169D0; BR9104366A; ZA915144B; EP0492039A1; CA2044907A1; FI915947A0; FI915947A; AU636766B2; NO914169L

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、紙パルプの脱リグニン
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び課題】オゾンで細分セルローズ繊維材
料（紙パルプ）を漂白（脱リグニン）することが望まし
いことは、すでに１００年以上にわたって知られている
。しかし、オゾンでパルプを脱リグニンすることの利点
が知られているにもかかわらず、オゾン脱リグニンを行
う意義ある商業装置は現在のところ知られていない。この理由の一つは、脱リグニン反応を制御するのが困難
であることである。この反応は極度に速い。パルプを過
度にオゾンと接触させると（例えば、パルプが塊を形成
しその表面積のほんの僅かの％しか実際にオゾンに接触
しないということになると）、オゾンが脱リグニンしな
いばかりか、セルローズ自体を劣化させ、強度特性が劣
るパルプを作ってしまう。これは、粘度保護剤を用いて
も事情は変わらない。オゾン反応器に関する従来の提唱
の中には、パルプと接触する機械要素に少なくともパル
プを塊にしてしまう傾向があるものが含まれている。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明に従えば、パルプ
の表面積の最大量がオゾンにいつも曝されるようにパル
プをオゾンと反応させる方法及び装置が提供される。ま
た、パルプをオゾンと接触させた比較的短時間後に、大
部分のオゾン含有ガスが除かれ、パルプは数秒間は一般
に静的に保持され、その時間内で脱リグニン反応が完結
し、あるいはパルプはオゾン含有ガスに再度暴露（又は
多段暴露）される。本発明によれば、パルプをオゾン含
有ガスに暴露するためには機械要素を用いることはなく
、むしろ主反応は、パルプがガス輸送されている時に起
こる。

【０００４】本発明の一態様によれば、細分セルローズ
繊維材料をオゾン含有ガスで脱リグニンする方法が提供
される。この方法は以下の工程を連続的、順次的に行う
ことを包含する。すなわち、（ａ）材料をほぐす工程。（ｂ）効果的に脱リグニンを起こさせるオゾン量を含有
するガスを材料に加える工程。（ｃ）少なくとも数秒間
第一行路に材料をガス輸送し、輸送中に前記材料をオゾ
ンと反応させ、脱リグニンを行わせる工程。（ｄ）第一
行路の終点で材料から大部分のガスを分離する工程。そ
して、（ｅ）少なくとも数秒間材料を一般に静的な状態
に維持する工程。前記材料は、典型的には処理の間コン
システンシーは約２５〜４５％、ｐＨは約１．５〜４．
０、そして温度は約２０〜５０℃である。通常、工程（
ｂ）〜（ｅ）を繰り返す工程（ｆ）が少なくとも一回は
実施される。望ましくは、ガス輸送で供給されるガスに
は次段の分離工程から循環されるオゾンが含まれ、主な
供給ガスは酸素で、供給ガスの中のオゾンの量は最大限
（例えば、オゾン製造の現行技術では約４〜８％であり
、パルプへの適用量は最大１．５％、好ましくは１／２
重量％である）にすることができる。工程（ｃ）は約４
秒間実施するのが好ましく、工程（ｄ）は約１秒間、そ
して工程（ｅ）は約１０秒間である。

【０００５】本発明の別の一態様によれば、パルプのオ
ゾン脱リグニンを実施する装置が提供される。この装置
は以下の構成要素を包含する。入口及び排出口を有する
ほぐし機。ほぐし機からの排出物にオゾン含有ガスを添
加する手段。ほぐし機の排出口に取り付けられたガス移
動手段で、オゾンと混合された材料をガス流に同伴し、
これを移送する手段。ガス移送手段に取り付けられた導
管で、材料をオゾンガスとともに移送する導管。ガス移
動手段から離れたところにある導管に取り付けられたガ
ス／材料分離器で、ガスの出口と材料の出口を有するガ
ス／材料分離器。分離器からの材料出口に取り付けられ
た滞留管で、その管には排出口が設けられているもの。そして、この滞留管からの排出口に取り付けられたエア
ロック。上記ガス／材料分離器はサイクロンが好ましく
、一方ガス移動手段はブロアーであり、下流側のサイク
ロンからのガスは供給ガスとして上流側のブロアーへ送
られる。

【０００６】オゾンを用いるパルプの効果的脱リグニン
を行い、一方オゾがセルローズを侵し、パルプ強度を劣
化させる危険性を最小限に抑えることが、本発明の主目
的である。この目的及び本発明の他の目的は、本発明の
詳細な説明及び特許請求の範囲を吟味することによって
明白となるであろう。

【０００７】

【実施例】本発明の例示的装置１０は、本発明のパルプ
のオゾン脱リグニン方法を実施するためのもので、図１
に概略示される。給源１１からのパルプ源（例えば、約
１〜１２％のコンシステンシーを有する）を、例えばプ
レス１２で濃縮し、酸１３をこれに加えそのｐＨを約１
．５〜４．０、望ましくは１．８〜３．５、好ましくは
約２．５〜３．０の範囲にする。プレス１２からライン
１４へ排出されたパルプは、高いコンシステンシー、典
型的には２０％以上、好ましくは約２５〜４５％を有す
る。このコンシステンシーでは、典型的には、プレスの
形式次第であるが殆ど棒状又はシート状の形であり、繊
維の多くは塊状に一緒に重なっている。これを、従来的
な切断機１５へ供給し、これら大きな塊をはるかに小さ
な塊に壊し、次いで従来的ほぐし機１６へ供給し、パル
プを非常に小さい粒子、好ましくは個々の繊維へとほぐ
す。個々の繊維は非常に大きな表面積を有しているので
脱リグニンガスへ暴露するのによいわけである。

【０００８】ほぐし機１６からの出口１７において、給
源１８からのオゾン含有ガスが導管１９によって供給、
導入され、出口１７においてコンシステンシー約２５〜
４０％のほぐされた細分セルローズ繊維材料（紙パルプ
）とコンシステンシー約２５〜４５％で混合される。給源１８からのオゾンガスは典型的にはオゾン発生機か
ら発生され、同伴ガスと一緒にされる。空気又は他のガ
スも同伴ガスとして使用し得るが、現在空気中で可能な
オゾンの最高濃度は約２〜３％にすぎないので、酸素ガ
スを同伴ガスとして使用するのが望ましい。酸素ガスに
おいては、現在技術的に実施されている最高オゾン濃度
は約１１〜１２％であり、実際にはオゾン量約３〜８重
量％が供給可能になっている。従って必須ではないが、
導管１９中のガスは約９０〜９７％のＯ２　、及び約３
〜８％（酸素中のオゾン濃度がこれより高い濃度となる
技術がこれから開発されれば、その高いほうの濃度とす
る）のＯ３　から成るものが好ましい。勿論、他の副次
的なガス成分、例えば空気を構成するガス成分もあるが
、これらは脱リグニン作用に重大な悪影響を及ぼさない
筈である。

【０００９】ほぐし機出口１７において、パルプはガス
移動手段（ブロアー）２０から出てくるガスの流れに同
伴され、オゾン含有ガスとパルプとの混合物は、かくし
て導管２１によって規定される第一行路にガス輸送され
る。導管２１によって規定される行路の長さ及びガス輸
送の速度は、パルプがオゾン含有ガスに少なくとも数秒
、典型的には約１５秒以下、例えば約４秒暴露されるよ
うに定められる。導管２１のパルプは、バラバラになっ
ていて大きな表面積を有していることから、またこれは
オゾン含有ガスによって緊密に囲まれていて、移送中に
機械的要素がなくてもこれと完全に混合されているとい
う事実に照らし合わせてみると、脱リグニン反応は迅速
かつ効果的に行なわれる。

【００１０】導管２１によって規定された行路の終点に
は、ガス／パルプ分離器（例えば、サイクロン２２）が
付いているが、サイクロン２２はガス出口２３及びパル
プ出口２４を有している。サイクロン２２を用いると、
オゾンの添加が「スリップ」することが可能となる。つ
まりオゾンが長時間比較的高濃度でパルプに曝され、パ
ルプ繊維が幾らかオゾンによって侵されることが確実に
防止される。使用済みガスの大部分（主成分としては酸
素及び未反応オゾンを含む）は導管２３から排気又は循
環され、一方細分セルローズ繊維材料（これにはガスは
殆んど含まれないがほんの少ししか含まれない）は２４
から排出される。循環されるガスの一部はライン３４を
経てライン３５へと担体ガスとして再使用される。循環
ガスの残りの部分（供給ガスに略等しい）はオゾン発生
用に再循環されるか、あるいはオゾン発生用に経済的で
はない場合は単に排気される。

【００１１】サイクロン２２からの排出物２４は、実質
的に垂直な軸を有する滞留管２５のような槽に入れるの
が好ましい。滞留管２５には、ほぐされたパルプが、一
般に静的な状態（もっとも管では下向きの動きがあるが
）に少なくとも数秒間、例えば約１０秒間（ただし典型
的には１分間以下）維持され、その結果少量の残留オゾ
ンにより脱リグニン反応が完結する。次にパルプは、エ
アロック２６によって排出され、今説明してきたものと
実質的に同じ機器のもう一つの操作順序に入る。エアロ
ック２６は従来的低圧フィーダーであるのが好ましい。この低圧フィーダーとは例えば、木材チップを低圧蒸気
処理槽へ供給するために紙パルプ技術で普通に用いられ
るものである。

【００１２】エアロック２６が接続される第二の機器一
式は、図１に第一の機器一式と同じ参照番号の先頭に「
１」を付けて示されている。すなわち、ブロアー１２０
は移送ガス流を供給し、このガスはそこにあるエアロッ
クからほぐされたパルプを同伴する。ブロアー１２０に
よって排出されたガスは、以下に記載のようにオゾンを
含有する。導管１２１によって規定される行路はガス排
出口１２３及び材料排出口１２４を有するサイクロン１
２２で終結する。ガス排出口１２３は系のガスの循環を
行うためにブロアー２０にまで繋がっている。導管１２
３の中のガスは少量のオゾンと大部分の酸素を含んでい
る。パルプ材料は滞留管１２５に少なくとも数秒間保持
され、次いでエアロック１２６へ排出される。

【００１３】図１に示されるような機器一式は何段でも
付けることができる。例えば、三組目の機器一式も付け
ることができるが、図１では第一の機器一式と同じ参照
番号の先頭に「２」を付けて示されている。すなわち、
ほぐされたパルプ材料はエアロック１２６から導管２２
１へ排出され、ブロアー２２０でガス輸送される。給源
１８からのオゾン含有ガス（典型的には酸素）はブロア
ー２２０に吸い込まれ、ほぐされたパルプを第三分離器
２２２へガス輸送するに必要なガスに一部分となる。輸
送用のガスの大部分は、ライン２１からの排ガスで、こ
れはライン３４を経てライン３５まで送られる。新鮮な
オゾン／酸素混合ガスはライン３５へ添加される。第三
分離器２２２へのガス排出口２２３からガスは、ブロア
ー１２０への供給ガスとして再び戻されるが、その中に
はオゾンが含まれている。一方パルプ材料はサイクロン
２２２から滞留管２２５へ排出され、次いでエアロック
２２６へ入る。

【００１４】装置１０に関して分かることであるが、移
送ガス手段としてはすべて循環ガスを使用することが好
ましく、酸素のような供給ガス中の約４〜８重量％（あ
るいは実際的に到達可能ならばこれより高い濃度）のオ
ゾンをこの循環ガスに補給する。脱リグニンを最適に行
うためには細分セルローズ繊維材料に対してオゾン最大
１．５重量％、しかし好ましくは約１／２重量％用いる
のが好ましい。

【００１５】図１に示される好ましい実施態様において
は、エアロック２２６から排出されるパルプは従来的リ
パルパー３０へ供給され、そこからスタンドパイプ３１
へ入り、この容器から低又は中コンシステンシーポンプ
３２によってパルプ出口３３へポンプ移送される。この
排出時のコンシステンシーは、次工程の洗浄に適するに
要される濃度に設定することができる。

【００１６】本発明のオゾン漂白法には温度は特に臨界
的ではないが、０℃以下から８０℃以上と広い範囲で変
えることができ、好ましくは温度約２０〜５０℃の範囲
に保たれる。勿論、本発明の方法においては、他の多く
の従来的工程を実施してもよい。例えば漂白に先立って
パルプに従来的保護剤を添加することなどである。また
、他の漂白薬剤、例えば過酸化水素も反応器に加えるこ
とができる。また、オゾン含有ガスを多数箇所に添加す
る方式も採用してよく、ガスを並流にも、向流にも導入
してもよい。ブロアー、導管、分離器、滞留槽、及びエ
アロックの一式装置を三組直列にしたものを示したが、
ある状況下では一組だけを使用すればよく、あるいはも
っと多くの組合せを使用する必要もあり、パルプ材料、
所望の脱リグニン度、及び移送用ガスに効果的に含まれ
るオゾンの量次第である。

【００１７】本発明は、最も実際的、好ましい実施態様
であると現在考えられるものについてのみ本明細書にお
いて図示かつ説明されているに過ぎないのであるから、
当業者には本発明の範囲にて本発明について多くの変形
が可能であるのは明らかである。従って、本発明は、記
載の特許請求の範囲を最大限に解釈して等価の構造及び
方法を全て包含するものとする。

【発明の効果】本発明によれば、パルプの脱リグニンを
容易に行うためにパルプをオゾン含有ガスと効果的緊密
的に混合する一方、オゾン反応がパルプセルローズを侵
す程になるのを防止する方法及び装置が提供された。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、パルプの脱リグニンに有用な本発明の
例示的装置を示す概略図である。

【符号の説明】

１０…装置、１１…パルプ源、１２…プレス、１３…酸
、１４，３４，３５…ライン、１５…切断機、１６…ほぐし機、１７…
出口、１８…オゾン源、１９，２１…導管、２０，１２０，２
２０… ブロアー、２２…サイクロン、２３…ガス出口、２４…
パルプ出口、２５，１２５，２２５…滞留管、２６，１２６，２２６
…エアロック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　細分セルローズ繊維材料の脱リグニン
方法において、（ａ）材料をほぐす工程、及び（ｂ）脱
リグニンを行うに効果的な量のオゾンを含有するガスを
材料に添加する工程を実質的に連続的かつ順次的に行う
ことを包含し、（ｃ）少なくとも数秒間第一行路に上記
材料をガス輸送し、前記オゾンを輸送中に前記材料と反
応させ、脱リグニンを行わせる工程、（ｄ）前記第一行
路の終端で材料からガスの大部分を分離する工程、及び
（ｅ）少なくとも数秒間前記材料を、少量の残留オゾン
と一緒に、一般に静的な状態に維持する工程を特徴とす
る細分セルローズ繊維材料の脱リグニン方法。
【請求項２】　　工程（ａ）〜（ｅ）が、工程（ａ）〜
（ｅ）を実施している間にコンシステンシー約２０％以
上を有する材料で実施されることを特徴とする請求項１
記載の方法。
【請求項３】　　工程（ｅ）の直後に工程（ｂ）〜（ｅ
）を少なくとも一回は繰り返す工程（ｆ）を更に追加す
ることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】　　工程（ａ）〜（ｆ）までが、コンシス
テンシー約２５〜４５％、及びｐＨ約１．５〜４．０を
有する材料で実施され、この材料と接触するオゾンの量
が約１／２〜１．５重量％であることを特徴とする請求
項３記載の方法。
【請求項５】　　少なくとも一組の直列工程（１２３，
２２３）における工程（ｄ）で分離されたガスが、前段
の一組の工程（２０，１２０）における工程（ｂ）のオ
ゾン含有ガスとして供給されることを特徴とする請求項
３記載の方法。
【請求項６】　　工程（ｃ）が、滞留時間約１５秒以下
で行われ、そして工程（ｄ）がサイクロン分離で行われ
ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】　　工程（ｃ）が、滞留時間は約４秒間で
、工程（ｅ）が、滞留時間は約１０秒間で行われること
を特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】　　一組の直列操作の工程（ｅ）と次の組
の工程（ｂ）との間をエアロック（２６，１２６，２２
６）を経由して前記材料を送る工程（ｇ）を付加するこ
とを特徴とする請求項３記載の方法。
【請求項９】　　パルプを脱リグニンする装置において
、入口及び排出口（１７）を有するほぐし機（１８）、
前記ほぐし機からの排出口ヘオゾン含有ガスを添加する
手段（１９）、オゾンと混合された材料をガス流に同伴
しこれを輸送するための、前記ほぐし機の排出口に取り
付けられたガス移動手段（２０）、及び前記材料をオゾ
ンとともに移送させるための前記ガス移動手段に取り付
けられた導管（２１）から成り、前記ガス移動手段から
離れた前記導管に接続したガス／材料分離器（２２）で
あって、ガス排出口（２３）及び材料排出口（２４）を
有している分離器、前記分離器からの材料排出口に取り
付けられ、そこからの排出口を有している滞留管（２５
）、及び前記滞留管からの排出口に取り付けられたエア
ロック（２６）を特徴とするパルプの脱リグニン装置（
１０）。
【請求項１０】　　前記エアロックから排出される材料
にオゾン含有ガスを添加するための第二手段（３５）、
第二ガス移動手段（１２０）、第二導管（１２２）、第
二滞留管（１２５）、第二エアロック（１２６）、及び
前記第二分離器から排出されるガスを前記第一ブロアー
に取り付ける循環導管（１２３）を更に特徴とする請求
項９記載の装置。