パルプ化は、木材構造内の結合を機械的または化学的に破壊するプロセスです。 化学パルプは、アルカリ性（すなわち、硫酸塩またはクラフト）プロセスまたは酸性（すなわち、亜硫酸塩）プロセスのいずれかによって製造することができる。 パルプの生産比率が最も高いのは硫酸塩法であり、次に機械法 (セミケミカル法、サーモメカニカル法、機械法を含む) と亜硫酸塩法が続きます (図 1)。 パルプ化プロセスは、製品の収量と品質、および化学的方法の場合、使用される化学物質と再利用のために回収できる割合が異なります。
図 1. 世界のパルプ生産能力 (パルプの種類別)
機械パルプ
機械パルプは、木材を石に対して、または金属板の間で粉砕することによって生成され、それによって木材が個々の繊維に分離されます。 せん断作用によりセルロース繊維が壊れるため、得られるパルプは化学的に分離されたパルプよりも弱くなります。 セルロースとヘミセルロースをつなぐリグニンは溶解しません。 それは単に柔らかくなり、繊維が木材マトリックスから粉砕されることを可能にします. 歩留り（パルプ中の原木の割合）は通常85%以上です。 機械パルプ化方法の中には、化学薬品を使用するものもあります (すなわち、化学機械パルプ)。 非セルロース系材料をより多く除去するため、歩留まりは低くなります。
ストーン砕木パルプ化 (SGW) は、最も古く、歴史的に最も一般的な機械的方法であり、回転する研磨シリンダーに押し付けて短い丸太から繊維を取り除きます。 リファイナー メカニカル パルプ (RMP、図 2) では、1960 年代に商業的に実行可能になった後、人気を博しました。木材チップまたはおがくずは、ディスク リファイナーの中央から供給され、押し出されるときに細かい破片に細断されます。次第に狭くなるバーと溝。 (図 2 では、リファイナーは写真の中央にあり、その大きなモーターは左側にあります。チップは大きな直径のパイプから供給され、パルプは小さなパイプから排出されます。) RMP の変形は、サーモメカニカル パルプ (TMP) です。 ）、通常は加圧下で、精製前および精製中にチップを蒸します。
図 2. リファイナーの機械的パルプ化
化学機械パルプを製造する最も初期の方法の XNUMX つは、化学パルプ液で丸太を沸騰させる前に丸太を事前に蒸し、次にそれらをストーングラインダーで粉砕して「化学砕木」パルプを製造することでした。 最新の化学機械パルプ化では、精製前、精製中、または精製後のいずれかで化学処理 (重亜硫酸ナトリウム、水酸化ナトリウムなど) を行うディスク リファイナーが使用されます。 この方法で製造されたパルプは、精製が大気圧で行われたか高圧で行われたかに応じて、化学機械パルプ (CMP) または化学熱機械パルプ (CTMP) と呼ばれます。 CTMP の特殊なバリエーションが開発され、多くの組織によって特許が取得されています。
ケミカルパルプ化と回収
化学パルプは、木材繊維の間にリグニンを化学的に溶解することによって生成され、それによって繊維が比較的損傷を受けずに分離できるようになります。 これらの工程でほとんどの非繊維性木材成分が除去されるため、歩留まりは通常 40 ～ 55% 程度です。
ケミカルパルプ製造では、水溶液中のチップと化学薬品が、バッチまたは連続ベースで操作できる圧力容器 (蒸解器、図 3) で一緒に蒸解されます。 バッチ調理では、上部開口部からチップを蒸解缶に充填し、消化用化学薬品を加え、内容物を高温高圧で調理します。 調理が完了すると、圧力が解放され、脱リグニンされたパルプが蒸解缶から貯蔵タンクに「吹き飛ばされ」ます。 その後、シーケンスが繰り返されます。 連続蒸解では、事前に蒸らしたチップを一定速度で蒸解カンに供給します。 チップと化学薬品は、消化槽上部の含浸ゾーンで混合され、上部調理ゾーン、下部調理ゾーン、洗浄ゾーンを経て、ブロータンクに吹き込まれます。
図 3. 建設中のチップコンベアを備えた連続クラフト消化装置
カンフォー図書館
消化化学薬品は、今日のほとんどの化学パルプ操作で回収されます。 主な目的は、使用済みの調理液から消化化学物質を回収して再構成することと、木材から溶解した有機物を燃焼させることによって熱エネルギーを回収することです。 結果として得られる蒸気と電気は、工場のエネルギー需要のすべてではないにしても、一部を供給します。
硫酸パルプ化と回収
硫酸塩プロセスは、他の方法よりも強くて濃いパルプを生成し、経済的に競争するには化学的回収が必要です. この方法はソーダパルプ化 (消化に水酸化ナトリウムのみを使用) から発展し、1930 年代から 1950 年代にかけて業界で注目を集めるようになり、工場用の蒸気と電力も生成する二酸化塩素漂白と化学的回収プロセスが開発されました。 酸性およびアルカリ性のパルプ工場環境に対処するために、ステンレス鋼などの耐腐食性金属の開発も重要な役割を果たしました。
調理混合物 (白液) は、水酸化ナトリウム (NaOH、「苛性」) と硫化ナトリウム (Na2S)。 現代のクラフトパルプ化は通常、しばしばステンレス鋼で裏打ちされた連続蒸解缶で行われます (図 3)。 消化槽の温度をゆっくりと約 170°C まで上げ、そのレベルで約 3 ～ 4 時間保持します。 パルプ (その色からブラウン ストックと呼ばれる) はふるいにかけられて未調理の木材が取り除かれ、洗浄されて使用済みの蒸解混合物 (現在は黒液) が取り除かれ、漂白プラントまたはパルプ機械室に送られます。 未調理の木材は、消化槽に戻すか、動力ボイラーに送って燃やします。
蒸解缶とブラウン ストック ウォッシャーから収集された黒液には溶解した有機物質が含まれており、その正確な化学組成は、パルプ化された木材の種類と調理条件によって異なります。 液体は蒸発器で水分が 40% 未満になるまで濃縮され、回収ボイラーに噴霧されます。 有機成分は燃料として消費され、熱が発生し、炉上部で高温蒸気として回収されます。 未燃の無機成分は溶融したワカサギとしてボイラーの底に溜まります。 ワカサギは炉から流出し、弱苛性溶液に溶解し、主に溶解した Na を含む「緑液」を生成します。2Sおよび炭酸ナトリウム（Na2CO3）。 このリキュールは、再苛性化プラントにポンプで送られ、そこで清澄され、消石灰と反応します。
(Ca(OH)2)、NaOH と炭酸カルシウム (CaCO3）。 白液はろ過され、その後の使用のために保存されます。 CaCO3 石灰窯に送られ、加熱されて石灰（CaO）が再生されます。
亜硫酸パルプ化と回収
亜硫酸パルプは 1800 年代後半から 1900 年代半ばまで業界を支配していましたが、この時代に使用された方法は、パルプ化できる木材の種類と、未処理の廃棄調理液を水路に排出することによって生じる汚染によって制限されていました。 新しい方法はこれらの問題の多くを克服しましたが、亜硫酸パルプは現在、パルプ市場の小さなセグメントです. 亜硫酸パルプは通常、酸分解を使用しますが、中性と塩基性の両方のバリエーションが存在します。
亜硫酸の調理液（H2SO3) および重亜硫酸イオン (HSO3–) は、その場で準備します。 元素硫黄は燃焼して二酸化硫黄 (SO2）、水とXNUMXつのアルカリ塩基（CaCO ）のXNUMXつを含む吸収塔を通過します3、元の亜硫酸塩基、Na2CO3、水酸化マグネシウム (Mg(OH)2) または水酸化アンモニウム (NH4OH)) 酸とイオンを生成し、それらの比率を制御します。 亜硫酸パルプ化は通常、レンガで裏打ちされたバッチ蒸解缶で行われます。 不要な反応を避けるため、消化槽はゆっくりと最高温度 130 ～ 140°C まで加熱され、チップは長時間 (6 ～ 8 時間) 調理されます。 消化槽の圧力が上昇すると、ガス状の二酸化硫黄 (SO2) は取り除かれ、生の調理用酸と再混合されます。 約 1 ～ 1.5 時間の調理時間が残ったら、加熱を中止し、ガスと蒸気を排出して圧力を下げます。 パルプは保持タンクに吹き込まれ、洗浄され、選別されます。
赤液と呼ばれる使用済みの消化混合物は、重亜硫酸カルシウムベースの操作を除くすべての熱および化学物質の回収に使用できます。 アンモニアベースの亜硫酸パルプ化では、希薄な赤液を最初にストリッピングして残留 SO を除去します。2、濃縮して燃焼させます。 SOを含む排ガス2 冷却されて吸収塔を通過し、そこで新鮮なアンモニアと結合して調理液が再生されます。 最後に、リカーはろ過され、新鮮なSOで強化されます2 と保管されます。 アンモニアは回収ボイラーで窒素と水に変換されるため、回収できません。
マグネシウムベースの亜硫酸パルプ化では、濃縮パルプ化液を燃焼させると、酸化マグネシウム (MgO) と SO が得られます。2、簡単に回収できます。 このプロセスではワカサギは生成されません。 むしろ、MgO は煙道ガスから収集され、水で消されて水酸化マグネシウム (Mg(OH)2）。 それで2 冷却し、Mg(OH)2 吸収塔で調理液を戻します。 重亜硫酸マグネシウム (Mg(HSO3)2）その後、新鮮なSOで強化されます2 と保管されます。 調理薬品の80～90%の回収が可能です。
ナトリウムベースの亜硫酸蒸解液の回収は、より複雑です。 濃縮廃液を焼却し、硫黄分の約50%をSOに変換2. 残りのナトリウムと硫黄は、回収ボイラーの底にナの溶解物として回収されます。2Sとナ2CO3. ワカサギを溶解して緑液を生成し、重亜硫酸ナトリウム (NaHSO3）いくつかのステップで。 NaHSO3 強化して保管しています。 再生プロセスでは、還元された硫黄ガス、特に硫化水素 (H2S）