JPH0156196B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 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、例えばサルフエート蒸解法のよ
うなアルカリ性蒸解法によつて製造されたパルプ
の前処理に使用するのに特に適している。

この装置は、例えば木材チツプ、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。

背景技術 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、前記材料のバツチ式
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。

本発明の説明 技術的課題 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
は入つ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、後の反応段階においてはかなりの量の酸
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。

解決法 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
の装置によつて解決される。

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、一酸化窒素NO、二酸化窒素
NO₂、N₂O₄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つ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
管を通つて二酸化窒素が導入される時は、酸素ガ
ス供給導管は不要である。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つたある
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、該導管が再生室から出発し、そして
再生室に沿つ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。

この導管を通つて供給される酸素の量は、一酸
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該室に沿
つたどこでも接続できるが、該導管は該室の導出
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つ
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つて供給および／
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
れがセルロースパルプよりなる時は、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つて細分される。しかしな
がら、処理はパルプがウエ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。反応室は材料を撹拌および／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、こゝではリグノセルロ
ース材料がそこを通つて前進する一方、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
で全気体圧が異なつている時でもそこを通つて気
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
する気体が通常該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は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。スクリユーフイーダーも有利に使
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、または回転羽根フイーダ
ー、または回転コツク型フイードバルブを含む。
材料がピストンによつて圧縮状態でその中に供給
される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３個、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。先に述べた気体閉じ込め
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
ようにスクリユーおよびスクリユーハウジングが
設計されている、スクリユーフイーダーの形を有
する。有利には、該スクリユーフイーダーは、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ユーフイ
ーダーへ到着する時通常20％以下の濃度を持つて
いるであろう。パルプが高濃度を有する時は、別
の類似のスクリユーコンベヤがパルプから絞り出
された水を運び出すた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ユーフイーダーは、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つた。従つ
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こを通
つ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ユーコンベヤの一つか
らなることができる。別の例は回転羽根フイーダ
ーまたは回転コツクバルブで、これらは通常４個
のセクター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
ントは次のステツプにおいて、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
せることによつて空にされる。この種の回転バル
ブフイーダーは通常チツ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つて十分に
高くなければ、例えば90％より高くなければ、例
えば水が該導管を通つて供給され、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つ
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。材料は重力によつても、または再生室
がそうであれば過圧によつ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、リグノセルロース
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。

効 果 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
複雑な反応を開始させる。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
えば一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、多分変性されたニグニンおよび
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(2)、(3)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つて、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、それによつ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つて有益
である。

図面の簡単な説明 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。

好ましい具体例の説明 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、スクリユ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ユーを収容する穴のあい
た円筒形シエルを含んでいる。パルプ懸濁液がコ
ンベヤに沿つて移動するとき、水が懸濁液から絞
り出され、シエルの穴を通つて流出し、装置の底
部に集められる。たまつた水、および多分いくら
かの空気は、導管４を通つて水を除去するため水
シール３へ導管２を通つて送られる。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つて排出することができ
る。この水シール３は空気がスクリユーコンベヤ
１へ帰りそしてそこへたまることを防止する。パ
ルプ懸濁液がコンベヤを通つて移動する時、パル
プ濃度は例えば５％から30％へ高られる。これは
スクリユ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つて
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を通つ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、特に一酸化窒素および硝酸を生
成する。

パルプは、やはりスクリユーコンベヤの形を持
つ第２の気体閉じ込め手段７中へ重力で落下す
る。パルプはスクリユーコンベヤに沿つて進行す
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つて前進する。例
えば前述したスクリユ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を通つて導入され
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
実質上不活性な一酸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110℃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、それはスクリユーコンベヤ７を通つて
前進するパルプ栓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。一酸化窒素のほ
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(3)、
(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、一酸化窒素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
することによつ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を通つて室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１
１を通つて供給することができる。前に述べたよ
うに、スクリユーコンベヤ７の代わりに、気体閉
じ込め手段は回転羽根フイーダーまたは回転コツ
クの形を持つことができる。そのような回転羽根
フイーダーは、そのコンパートメントまたはポケ
ツ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の底へたまつた一酸化窒素と反
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を通つて供給
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を通つて室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によつて駆動されるその中に設けた底ス
クレーパー（図示せず）によつて排出される。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つて分析
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を通つ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ユ
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、スクリユーコンベヤの導出
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を通つて室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、それを通つ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つてもよい。希釈したパルプ
懸濁液はスクリユ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へ送られる。パルプ懸濁液はこ
のポンプにより、導管２３を通つて再生室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を通つて供給される。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を通つて供給される。低
濃度懸濁液の形のパルプは、導管２８を通つてポ
ンプ２９へ供給され、該ポンプによつて導管３０
を通つて例えば一以上の洗浄フイルターへ送られ
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
を通つて室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、該室
へ別の導管を通つ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、１４，２
６は気体閉じ込め手段、２，２５は導管である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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少なくとも2.5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接続された酸化窒素およ
   び該酸化窒素が一酸化窒素であるときは酸素お
   よび／または酸素含有ガスの供給のための制御
   手段を備えた導管と、 (d) 再生室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 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 前記導管は再生室から延びている第２項の装
   置。 ４ 最初の反応室の導出端の気体閉じ込め手段の
   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 最初の反応室の導入端の気体閉じ込め手段は
   スクリユーコンベヤを含み、該スクリユーコンベ
   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 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
   はスクリユ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項のいずれかの装置。 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
   たリグノセルロース材料を排出するための手段と
   が設けられ、両手段によつて気体閉じ込め手段を
   形成した第１項ないし第６項のいずれかの装置。 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装置に組み込まれている第
   １項ないし第７項のいずれかの装置。