(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙パルプ工場のアルカリ回収工程の苛性化槽後の白液クラリファイアから排出される炭酸カルシウムを含有するスラッジを、紙パルプ工場のアルカリ回収工程経路の木釜、白液、黒液、ディゾルバータンク、緑液又はスレーカーの少なくとも一つに添加することを特徴とする紙パルプ工場アルカリ回収工程のスケール防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紙パルプ工場アルカリ回収工程のスケール防止方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、紙パルプ工場のアルカリ回収工程で発生するスケールの付着を効果的に防止することができる紙パルプ工場アルカリ回収工程のスケール防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
紙の原料であるパルプは、木材チップに苛性ソーダを含む蒸解液を加えて蒸解することにより製造される。パルプ製造においては、多量の苛性ソーダと水を使用するために、アルカリ回収工程によって苛性ソーダを回収し、薬剤と水の有効利用が図られている。アルカリ回収工程は、一般に、木材チップを蒸解する木釜、黒液を濃縮するエバポレーター、濃縮された黒液を燃焼するボイラー、スメルトを水に溶解して緑液とするディゾルバータンク、緑液中の不溶解分を除去する緑液クラリファイア、炭酸ソーダを苛性ソーダに転化する苛性化槽、白液から炭酸カルシウムを分離する白液クラリファイア及び回収炭酸カルシウムを生石灰に転化するロータリーキルンより構成されている。アルカリ回収工程を流れる水は、高pH、高温で、かつ木材に由来するカルシウムイオン及び炭酸イオンを含み、苛性化工程において生石灰を添加することにより苛性ソーダを回収し、再度木材チップの蒸解に循環使用する。このように、アルカリ回収工程の水は、炭酸カルシウムが高度に過飽和状態になっているために、装置や配管内壁には炭酸カルシウムを主成分とするスケールの付着が恒常的に起こっている。
装置や配管内壁にスケールが付着すると、流量低下を起こして生産性が低下するばかりでなく、場合によっては配管の閉塞を起こし、多大なトラブルを引き起こす。装置や配管内壁にスケールが付着した場合には、高圧水を吹き付けたり、ハンマーで叩き落としたり、手作業でスケールの除去を行う場合が多く、多大の労力と時間が必要である。付着したスケールを叩き落とすときには、スケールの破片が飛び散るために、作業の安全性の点でも問題がある。また、炭酸カルシウムは酸に可溶であるために、塩酸などで洗浄する場合もあるが、木材チップ由来のイオウ成分と反応して硫化水素が発生しやすいために、その作業は非常に危険である。
このような問題に対して、カルボキシル基を有するポリマーや、ヘキサメタリン酸、ホスホン酸などのリン系のスケール防止剤が使われる場合がある。しかし、対象が炭酸カルシウムの高度の過飽和液であるために、必要な添加量が非常に多く、経済的な量ではほとんどスケール防止効果を示さないために、改善策が強く求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、紙パルプ工場のアルカリ回収工程で発生するスケールの付着を、効果的に防止することができるスケール防止方法を提供することを目的としてなされたものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、紙パルプ工場のアルカリ回収工程の苛性化槽後の白液クラリファイアから排出される炭酸カルシウムを含有するスラッジを、紙パルプ工場のアルカリ回収工程水に添加することにより、スケールの発生を効果的に防止し得ることを見いだし、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
（１）紙パルプ工場のアルカリ回収工程の苛性化槽後の白液クラリファイアから排出される炭酸カルシウムを含有するスラッジを、紙パルプ工場のアルカリ回収工程経路の木釜、白液、黒液、ディゾルバータンク、緑液又はスレーカーの少なくとも一つに添加することを特徴とする紙パルプ工場アルカリ回収工程のスケール防止方法、
を提供するものである。
さらに、本発明の好ましい態様として、
（２）スラッジの添加量が、炭酸カルシウムとして、ラインを流れる水１リットルに対して、１０〜５,０００ｍｇである第１項記載の紙パルプ工場アルカリ回収工程のスケール防止方法、
を挙げることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明の紙パルプ工場アルカリ回収工程のスケール防止方法は、紙パルプ工場のアルカリ回収工程の苛性化槽後の白液クラリファイアから排出される炭酸カルシウムを含有するスラッジを、紙パルプ工場のアルカリ回収工程水に添加するものである。本発明のスケール防止方法は、紙パルプ工場のアルカリ回収工程におけるスケールの付着の防止に適用することができる。
本発明方法の適用の対象となるスケール成分に特に制限はなく、アルカリ回収工程において発生するスケール成分は、スケール成分をサンプリングし、分析することにより特定することができるが、アルカリ回収工程で発生するスケールの主体は、炭酸カルシウム、あるいは、ナトリウムも含む炭酸カルシウムナトリウムである場合が多く、本発明方法は、これらの炭酸カルシウム系スケール成分に対して特に好適に適用することができる。
本発明方法において、アルカリ回収工程水に添加する炭酸カルシウムを含有するスラッジの形態に特に制限はなく、例えば、白液クラリファイアから排出されるスラッジをそのまま添加することができ、スラッジを脱水したケーキを添加することもでき、あるいは、スラッジを脱水し、乾燥して得られる固体を添加することもできる。さらに、白液クラリファイアから排出されるスラッジを、スラッジウォッシャーで洗浄して残留するナトリウム化合物を分離する場合には、洗浄後のスラッジをそのまま添加することができ、洗浄後のスラッジを脱水したケーキを添加することもでき、あるいは、洗浄後のスラッジを脱水し、乾燥して得られる固体を添加することもできる。本発明方法において、炭酸カルシウムを含有するスラッジを添加する方法に特に制限はなく、例えば、白液クラリファイアから排出されるスラッジ、スラッジを脱水したケーキ、スラッジを脱水、乾燥して得られる固体などをそのまま添加することができ、あるいは、これらのスラッジを水に分散した水スラリーとして添加することもできる。
【０００６】
本発明方法において、炭酸カルシウムを含有するスラッジを添加する場所又は工程に特に制限はなく、スケールの発生しやすい場所を選択して添加することができる。図１は、クラフトパルプ製造におけるアルカリ回収工程系統図の一例である。木釜１に木材チップと苛性ソーダを含む蒸解液が仕込まれ、蒸解が行われる。木釜で発生した黒液は、エバポレーター２で濃縮されたのち、ボイラー３で燃焼される。黒液中に含まれる無機ナトリウム塩は溶融し、ボイラーの底部からスメルトとして排出される。スメルトは、ディゾルバータンク４で水に溶解され、炭酸ソーダを溶解した緑液となる。緑液は、緑液クラリファイア５で不溶解分を除去したのち、いったん緑液タンク６に貯留される。次いで、苛性化工程７において、緑液に生石灰又は消石灰が添加され、溶存している炭酸ソーダが苛性ソーダに転化されて白液となる。白液は、白液クラリファイア８で生成した炭酸カルシウムをスラッジとして沈降、分離したのち、白液タンク９に貯留され、ふたたび蒸解液として使用される。白液クラリファイアで分離したスラッジは、必要ならば脱水機（図示せず）で脱水したのち、キルン１０で焙焼して生石灰に転化し、生石灰のまま又はスレーカーで消和して消石灰とし、苛性化工程で再使用される。
図２は、苛性化工程系統図の一例である。スレーカー１１に、温度９０〜１００℃、pH１３〜１４で、炭酸ソーダと苛性ソーダを含有する緑液が送り込まれ、生石灰が添加され、消和により生石灰は消石灰となる。混合液は、スレーカーから直列に接続された３基の苛性化槽１２に送られ、炭酸ソーダと消石灰が反応して、苛性ソーダと炭酸カルシウムに転化する。生成した炭酸カルシウムの微粒子で白濁した白液は、白液クラリファイアでスラッジとして炭酸カルシウムが分離される。
本発明方法において、炭酸カルシウムを含有するスラッジは、木釜内のスケールを防止するためには木釜に添加又は白液に添加することができ、エバポレーター内のスケールを防止するためには木釜から出る黒液に添加することができ、ディゾルバータンクのスケールを防止するためにはディゾルバータンクに添加することができ、緑液ラインのスケールを防止するためにはディゾルバータンクから流出する緑液に添加することができ、苛性化工程でのスケールを防止するためには緑液ライン又はスレーカーに添加することができる。すなわち、基本的に、スケールが付着する場所に直接添加することができ、あるいは、その場所よりも前工程に添加することもできる。
【０００７】
本発明方法において、炭酸カルシウムを含有するスラッジの添加量に特に制限はないが、通常はラインを流れる水量に対して、炭酸カルシウムとして、１０〜５,０００mg／リットルの割合となるように添加することが好ましい。炭酸カルシウムの量が水量に対して１０mg／リットル未満であると、十分なスケール防止効果が発現しないおそれがある。炭酸カルシウムの量が水量に対して５,０００mg／リットルを超えると、炭酸カルシウムの量の増加に見合ってはスケール防止効果は向上せず、白液クラリファイアにおいて回収すべき炭酸カルシウムの量が過大となって、経済的に不利となるおそれがある。
本発明方法においては、必要に応じて、炭酸カルシウムを含有するスラッジと、他の薬剤を併用することができる。併用する薬剤としては、例えば、ポリアクリル酸、ポリマレイン酸、アクリル酸と２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸の共重合体、アクリル酸と２−ヒドロキシ−３−アリロキシプロパンスルホン酸の共重合体などの有機ポリマー、ニトリロトリメチレンホスホン酸、ヒドロキシエチリデンホスホン酸、ホスホノブタントリカルボン酸、ヘキサメタリン酸ナトリウムなどのリン系化合物などを挙げることができる。
本発明方法において、白液、木釜、黒液、ディゾルバータンク、緑液、緑液ライン、スレーカーなどに添加されたスラッジに含有される炭酸カルシウムは、各クラリファイアで除去回収される。
本発明のスケール防止方法により、効果的にスケールの付着を防止し得る機構は明らかでないが、紙パルプ工場のアルカリ回収工程を流れるスケール成分が高度に過飽和となった溶液に、炭酸カルシウムを含有するスラッジを添加することにより、スラッジ中の炭酸カルシウムが種晶となり、溶液中のスケール成分が種晶を核として析出し、その結果、溶存するスケール成分の濃度が低下し、溶液中のスケール成分の過飽和度が低下して、装置や配管内壁などへのスケールの付着が生じにくくなるためと考えられる。
【０００８】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によりなんら限定されるものではない。
実施例及び比較例においては、アルカリ回収工程のラインのうち、苛性化工程のフローを模擬した条件で試験を実施した。図３は、使用した試験装置の説明図である。本装置は、容量２リットルのステンレス製反応器１３と、容量０.５リットルのステンレス製反応器１４とからなる。ステンレス製反応器１３は、撹拌機１５、緑液注入口１６、スラッジ添加口１７、オーバーフロー口１８を有し、反応器内の液はマントルヒーター１９により９０℃に加熱されている。ステンレス製反応器１４は、オーバーフロー液流入口２０、水酸化カルシウム水スラリー添加口２１、オーバーフロー口２２を有し、２５０Ｗ電熱ヒーターを組み込んだ外径２５mmのステンレスチューブ２３が取り付けられている。反応器内の液は１００℃に加熱され、マグネチックスターラー２４と回転子２５により撹拌されている。
試験に用いた紙パルプ工場の緑液の水質は、pH１３.２、電気伝導率１８,１００ｍＳ／ｍ、懸濁物質１３２mg／リットル、カルシウム１６mg／リットル、ナトリウム７５,３００mg／リットル、塩化物イオン２,９６０mg／リットル、硫酸イオン７,３１０mg／リットル、炭酸４８,２００mg／リットル、比重１.１５である。
試験に用いた白液クラリファイアスラッジの性状は、懸濁物質濃度５８０,０００mg／リットル、全カルシウム濃度１８６,０００mg／リットル、比重１.４９、pH１３.７であった。また、懸濁物質の成分は、ＣａＯとして４５.４重量％、ＣＯ2として３８.４重量％で、Ｘ線回折測定により、カルサイトが主成分であることを確認した。
実施例１
ステンレス製反応器１３に、緑液を０.７２リットル／時の割合で注入し、懸濁物質濃度５８０,０００mg／リットルの白液クラリファイアスラッジを、１.２４ｇ／時すなわち０.８３ml／時となるように、１０分ごとに０.１４mlずつに分割して添加した。また、ステンレス製反応器１４には、水酸化カルシウムの４０重量％水スラリーを２.１ml／分の割合で添加した。６時間試験を継続したのち、ステンレスチューブを取り外し、乾燥後のステンレスチューブの重量増から、ステンレスチューブへのスケール付着量を求めたところ１.９５mg／cm2であった。
実施例２
スラッジとして、白液クラリファイアスラッジをろ過して乾燥した炭酸カルシウムを主成分とする固形分を用いた以外は、実施例１と同じ操作を行った。このときの添加量は、０.７２ｇ／時となるように、１０分ごとに０.１２ｇずつに分割して添加した。ステンレスチューブへのスケール付着量は、１.３６mg／cm2であった。
比較例１
スラッジを添加しなかった以外は、実施例１と同じ条件で試験を行った。ステンレスチューブへのスケール付着量は、８.８０mg／cm2であった。
緑液にスラッジを添加しない比較例１に比べて、緑液に白液クラリファイアスラッジを添加した実施例１では、スケール付着量が約２２％に減少し、緑液に白液クラリファイアスラッジをろ過、乾燥した固形分を添加した実施例２では、スケール付着量が約１５％に減少している。この結果から、白液クラリファイアから排出される炭酸カルシウムを含有するスラッジを、紙パルプ工場のアルカリ回収工程水に添加することにより、スケールの付着を効果的に防止し得ることが分かる。
【０００９】
【発明の効果】
本発明のスケール防止方法によれば、白液クラリファイアスラッジという工程内で発生する材料を用いて、特別な薬剤をなんら使用することなく、簡単な操作により、容易かつ効果的に紙パルプ工場アルカリ回収工程におけるスケールの付着を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、クラフトパルプ製造におけるアルカリ回収工程系統図の一例である。
【図２】図２は、苛性化工程系統図の一例である。
【図３】図３は、実施例に使用した試験装置の説明図である。
【符号の説明】
１  木釜
２  エバポレーター
３  ボイラー
４  ディゾルバータンク
５  緑液クラリファイア
６  緑液タンク
７  苛性化工程
８  白液クラリファイア
９  白液タンク
１０  キルン
１１  スレーカー
１２  苛性化槽
１３  ステンレス製反応器
１４  ステンレス製反応器
１５  撹拌機
１６  緑液注入口
１７  スラッジ添加口
１８  オーバーフロー口
１９  マントルヒーター
２０  オーバーフロー液流入口
２１  水酸化カルシウム水スラリー添加口
２２  オーバーフロー口
２３  ステンレスチューブ
２４  マグネチックスターラー
２５  回転子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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