法が約１割です。古紙利用率の増大もエネ環境対策、エネルギー効率の向上

製造業

ルギー消費原単位の向上に寄与しており、3.1.4 紙パルプ産業のエネルギー効率向上

2000 の時点で 60％を超えています。古紙を原料とする製紙は古紙のパルプから直製造部門が消費する二次エネルギーは日本全体の 43％

接紙を作るので、木材からパルプを作り、（2016 年度）で、紙パルプ産業はそのうちの 5.9％（全そのパルプから紙を作る製法に比べてエ体では約 2.5％）を占めています。製紙工場では木材チッ

ネルギー投入量が少なくて済むのです。漂プをアルカリ溶液で繊維質と非繊維質に分けますが、この時に発生するパルプ廃液（通称は黒液）を濃縮し、ボイラー燃料に利用しています。環境保全と同時にエネルギ白に必要な抄紙機（しょうしき）の密閉フード化も、エネルギー効率の向上に大きく貢献しています。

ー効率の向上に寄与する優れた技術です。
日本製紙連合会の資料によると、日本の紙パル1990 年以降の省エネルギー対策は、古プ産業のエネルギー原単位は、1981 年から 2013

紙利用率の 6 割以上への拡大、黒液濃縮缶の効率年までに約 3.5 割低減しており、世界最高の水準向上、黒液ボイラーの高温高圧化による発電量のに達しています。本稿ではこれまでで採用されて増大などです。黒液は木材からパルプを作るとききた紙パルプ産業の省エネルギー対策と、エネルに発生する廃液で、蒸発缶で濃縮し、専用の黒液ギー効率の向上に大きく寄与しているパルプ廃液ボイラーで燃焼させて蒸気を発生させています。の燃料利用について概説します。

製紙産業が使用するエネルギーは表 1 に示すように、再生可能エネルギーの比率が高いのが大きな

1．省エネルギー対策の概要

表 1．製紙産業の使用エネルギー比率（2013 年）

1990 年頃までに採用されてきた最大の省エネ
ルギー対策は、次節に述べる黒液の燃料利用です。

種別比率

再生可能42.5％

エネルギー

化学パルプ製造設備の大型化も、エネルギー消費化石燃料原単位の改善に寄与しました。製紙設備は化学プ廃棄物率が向上するのです。なお、木材からパルプを作る製法には、化学パルプ法と機械パルプ法の 2 種

黒液、廃材ペーパースラッジ

48.0％と電力ラントなので、設備を大型化するとエネルギー効

内訳

石炭、石油、天然ガス、電力

9.5％

廃タイヤ、廃プラ特徴です。エネルギー効率は総合的な数値だけで類があります。化学パルプ法は化学薬品を使ってはなく、温室効果ガスを発生させる石油や石炭な木材から繊維を取り出す方法で、クラフトパルプ

どの化石燃料と、バイオマスなど再生可能エネル（KP）が代表的な製品です。ちなみに「クラフト」

ギーを区別して評価するのが望ましいでしょう。という言葉は、ドイツ語で「強い」という意味です。機械パルプ法では木材を機械ですり潰し、化2．黒液の燃料利用

学薬品を使わずに繊維を取り出します。現在の日本の製法は化学パルプ法が約 9 割で、機械パルプ2.1 クラフトパルプ（KP）の製造工程1設置し、チップサイズを長さが 10～30mm、厚さが 3～8mm 程度に調整します。蒸解釜には回分式と連続式がありますが、近年はエネルギー効率に優れた連続式が主流になっています。連続蒸解釜は高さが約 50 メート

図 1．クラフトパルプ（KP）の製造工程

ルもある塔で、上クラフトパルプ（KP）の製造工程を大別すると、部が蒸解ゾーン、

図 1 に示すように上段のパルプ化工程と、中断の下部が洗浄ゾーンになっています。木材チップと蒸解薬液回収工程、および下段の薬液再生工程でアルカリ溶液は塔頂から送入され、下降しながら構成されています。パルプ化工程では、蒸解釜で5～6 時間かけてアルカリ溶液の浸透･加熱･蒸解･原料木材チップをアルカリ溶液（蒸解液、白液と洗浄が行われます。得られた繊維質のパルプは、もいう）で蒸解し、繊維質と繊維を結びつけてい下流の漂白工程、脱水工程、乾燥工程を経て、最後た成分のリグニンを分離します。均一な品質のパに巻取りと裁断が行われます。蒸解廃液（希黒液）

ルプを得るにはチップサイズをそろえ、アルカリには、リグニンなど大量の有機物とアルカル溶液溶液をチップ中に均一に浸透させる必要がありまが残存しており、黒液濃縮工程に送られます。

す。このため釜に入れる前にチップスクリーンを2.2 黒液濃縮工程
黒液濃縮工程の目的は黒液の水分を蒸発させ、有機物の濃度を燃料として利用できる水準にまで高めることにあります。黒液に含まれている有機物の濃度は樹種によって異なりますが、通常は 16％～22％です。このため図 2 に示す多重効用缶で、ボイラーで燃焼できる 70％以上の濃度に濃縮します。多重効用缶

図 2．多重効用化による黒液濃縮は溶液の濃縮に広く用いられる
2

程の前か後に酸化装置を設けます。
個々の効用缶はエバポレーターと呼ばれますが、装置としては長菅薄膜上昇型、強制循環型、液膜流下型があります。長菅薄膜上昇型は長さが 10 メートル以上になる縦型の多菅式熱交換器で、黒液は下部から管内に入り、外側の蒸気で加熱され沸騰します。
2 相流になった黒液は、上部のドラム部分で衝突板にぶつかり気液が分離します。この形式は伝熱係数の制約から、5 重効用缶までが限界です。強制循環型では、多菅式の蒸気加熱器に黒液をポンプで強制循環させ、上部に設置した蒸気ドラムで気液を分離します。濃縮は 65％程度が上限で、循環ポンプの動力が大きいのが難点です。液膜流下型には、加熱方法の違いによって菅式とプレート式があります。黒液は縦型エバポレー

図 3．プレート式液膜降下型エバポレーター

ターの上部に供給され、加熱面に沿って流

出展：“紙パルプ技術便覧”

下しつつ薄膜を形成して、水分が蒸発して紙パルプ技術協会，P132，2002

濃縮します。図 3 はプレ－ト式のエバポレーターですが、温度差を小さくできるので方法で、図２に示すように複数の蒸発缶を直列に効率がよく、50％以上の濃縮液が得られます。こ

配置し、前の蒸発缶で発生した蒸気を次の圧力を下げて沸点の低下した蒸発缶の熱源に利用します。のプレート式エバポレーターを複数組合せ、交互に洗浄しながら運転すると 70％以上に濃縮でき

このため、自己蒸気圧縮式ヒートポンプとも呼ばるので、最近はこの方式が主流になっています。

れます。溶液は濃縮によって沸点が高くなりますが、順次、操作圧力を低くすることで沸点上昇を2.３ 黒液燃焼と薬液回収工程（薬液回収ボイラー）抑え、熱源との温度差を確保します。このため非濃縮された黒液（濃度:72～75％程度）はボイラ常に高いエネルギー効率が得られます。図 2 にはーで燃焼し、エネルギーと同時にアルカリ溶液を３缶しか記載しませんが、黒液濃縮には連続する回収します。黒液には Na2SO4、Na2CO3、Na2S５缶から６缶が使われます。図 2 の最初の効用缶など、ナトリウムや硫黄化合物が大量に含まれてで分離される蒸気ドレンは、水質に問題がなけれいます。このためボイラー加熱菅の腐食対策に、ばボイラー給水に利用できます。一方、最終蒸発特別な工夫が採用されています。

缶の蒸気は、減圧状態で凝縮されます。なお、黒液燃焼時に発生する悪臭を防ぐため、通常は濃縮工3送られる蒸気の条件として10MP（100kg/㎠）
・500℃クラスが稼働しています。

３．黒液燃料利用の意義
黒液燃料利用の意義は、本来は廃棄物になりかねない廃液から熱量と薬液を回収し、省エネルギーと同時に環境保全にも貢献している点です。もし黒液が燃料として利用できなければ、有 機 物 （ BOD ） の 濃 度 が35,000 ～ 40,000mg/L の 高濃度排水処理が必要になり、膨大な費用がかかるでしょう。なお、世界的に見ると全パルプの 10％程度が藁や竹図４．黒液燃焼薬液回収ボイラーなど非木材系の原料から作

出典：“紙パルプ製造技術シリーズ･クラフトパルプ”P189られています。しかし、非木材系パルプは黒液の粘度が高く、蒸発缶の内壁に図 4 は一般的な黒液燃焼薬液回収ボイラーです。 付着するので、燃料に使用できる水準の高濃度濃濃縮黒液はミキシングタンクに送られ、集塵機で縮が困難です。生物処理法で黒液を処理する場合ダストとして捕集される芒硝と混合してボイラーは、数十倍に希釈する必要が生じ設備面積もが大内に噴射し燃焼させます。濃縮黒液は高位発熱量きくなります。このため、木材資源の乏しい地域が約 12,000kJ/kg（約 2,900kcal/kg）で、低質石の製紙工場が水質汚染の原因になっています。今炭に近い発熱量です。ボイラーの炉底には不燃物

後は非木材パルプの黒液濃縮と燃料化も期待したのチャーが堆積し、同時に約 800℃の溶融薬液（スいものです。

メルト）が得られます。スメルト（緑液ともいう）（おわり）

はボイラー前面の樋でスメルトタンクに送られ、参考：日本製紙連合会資料（HP）

さらに下流の複数の装置を経て苛性化装置に送ら

パ ル プ 蒸解 廃 液 （黒 液 ） の 燃料 利 用 ：れます。苛性化装置で生石灰を加えると、澄んだ（図解：新エネルギーのすべて（丸善出版））アルカリ溶液（白液）に戻るので、パルプ化工程に紙パルプ産業のエネルギー事情：送られて循環利用されます。黒液燃焼薬液回収ボ

日本製紙連合会 技術環境部（2018 年 12 月）

イラーは高効率化が進んでおり、発電タービンに
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2018 年度（2017 年度実績）版

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