아황산염법

Sulfite process

아황산염 공정은 아황산염과 중황산염 이온 용액으로 목재 칩을 처리함으로써 거의 순수한 셀룰로오스 섬유인 목재 펄프를 생산한다.이 화학물질들은 리그노셀룰로오스의 셀룰로오스와 리그닌 성분 사이의 결합을 끊습니다.나트륨(Na+), 칼슘(Ca2+), 칼륨(K+), 마그네슘(Mg2+), 암모늄(NH4+) 등 다양한 아황산염/이황산염이 사용된다.리그닌은 용해성이고 셀룰로오스 섬유에서 분리될 수 있는 리그노술폰산염으로 변환됩니다.셀룰로오스 생산에 있어서 아황산염 공정은 더 강한 섬유를 생산하고 환경적으로 덜 비싼 크래프트 공정과 경쟁합니다.

아황산염 프로세스에 의한 리그닌 탈중합에 대한 이상적인 방법.

역사

종이를 위한 펄프를 만들기 위해 나무를 사용하는 것은 1840년대 노바스코샤의[1] 찰스 페너티와 독일의 F. G[2]. 켈러에 의해 기계 펄프의 개발로 시작되었다.1857년 줄리어스 로스가 목재 처리를 위해 황산을 사용했고, [3]1867년 벤자민 츄 틸만이 펄프 목재에 칼슘인 아황산칼슘(HSO3)2을 사용하는 것에 대한 미국 특허가 뒤를 이었다.거의 10년 후인 1874년에 최초의 상업용 아황산 펄프 공장이 스웨덴에 세워졌다.그것은 마그네슘을 대향 이온으로 사용했고 칼 다니엘 에크만의 작품을 기반으로 했다.

1900년까지 아황산염 펄핑은 기계적인 펄핑 방법을 능가하는 목재 펄프를 생산하는 지배적인 수단이 되었습니다.경쟁하는 화학 펄핑 공정인 황산염 또는 크래프트 공정은 Carl F에 의해 개발되었습니다. 1879년에 Dahl과 [3]1890년에 최초의 크라프트 밀이 시작되었다.미국 최초의 아황산염 공장은 1880년대 중반 로드 아일랜드 럼포드에 있는 리치몬드 제지 회사였다.1930년대 초 G. H. Tomlinson에 의한 회수 보일러의 발명은 크래프트 공장들이 거의 모든 펄핑 화학물질을 재활용할 수 있게 했다.이것은 다양한 종류의 나무를 수용하고 더 강한 섬유를 생산하는 크래프트 공정의 능력과 함께 크래프트 공정은 1940년대에 [3]시작된 지배적인 펄핑 공정을 만들었다.아황산염 펄프는 현재 전체 화학 펄프[3] 생산량의 10% 미만을 차지하고 있으며 아황산염 공장의 수는 [5][6][7]계속 감소하고 있습니다.

마그네슘은 1950년대에 칼슘으로 대체되기 전까지 표준 대항 이온이었다.

펄핑주제

대부분의 아황산염 공장의 펄핑 액체는 이산화황으로 다양한 염기(알칼리 금속 또는 알칼리 토류 하이드록사이드)를 처리합니다.

SO2 + MOH → MHSO3
MHSO3 + MOH → MSO23 + HO2

2가의 양이온(Mg2+, Ca2+)과 수산화물 대신 탄산염을 사용하는 경우에도 유사한 반응이 나타난다.

아황산염 대 아황산염의 비율은 pH에 따라 달라지며, pH=7 이상이면 아황산염이 우세하다.

칼슘 베이스

초기 공정은 저렴한 탄산칼슘으로 얻은 칼슘을 사용했고 무기 물질을 회수할 동기는 거의 없었다.적어도 스웨덴에서는 이 공정의 갈색 액체가 에탄올 생산에 자주 사용되었지만, 다른 갈색 액체의 경우 발효성 헥소스 당이 회수 과정에 필요한 에너지에 기여하도록 남아 있습니다.용해성이 낮은 아황산칼슘은 낮은 pH에서만 아황산칼슘으로 변환된다.따라서 칼슘 기반의 아황산염 공정은 산성 조건을 필요로 한다.

암모니아 베이스

암모니아 기반 공정에서는 암모니아 또는 암모늄 염이 연소되면 질소와 질소산화물로 산화되기 때문에 펄핑 화학물질을 회수할 수 없습니다.

마그네슘 베이스

마그네슘 기반의 아황산 마그네슘을 사용한 마그네슘 회수 공정은 잘 [8]개발되어 있다.농축된 갈색 액체는 회수 보일러에서 연소되어 산화마그네슘과 이산화황을 생성하며, 두 가지 모두 연도 가스로부터 회수됩니다.산화마그네슘을 습식 스크러버로 회수하여 수산화마그네슘 슬러리를 얻는다.

MgO + HO2 → Mg(OH)2

이 수산화 마그네슘 슬러리는 다른 스크러버에 사용되어 연도 가스로부터 이산화황을 흡수하여 정제, 여과 및 펄핑액으로 사용되는 마그네슘 중황산염 용액을 생성합니다.

Mg(OH)2 + 2 SO2 → Mg(HSO3)2
나트륨 베이스

나트륨 기반 공정은 "석회 사이클"이 없다는 점을 제외하고는 크래프트 회수 공정에서 사용된 것과 유사한 회수 시스템을 사용한다.

아황산염 펄핑 관련 공정

그 과정은 굴착기라고 불리는 큰 압력용기에서 이루어진다.pH 1.5와 5 사이에 아황산맥프를 실시한다.펄프는 사용된 화학물질에 따라 130~160°C(266~320°F)의 온도에서 4~14시간 동안 펄핑 화학물질과 접촉합니다.

아황산염 펄핑의 탈지화에 관여하는 중간체의 대부분은 리그닌의 많은 성분을 접속하는 탄소-탄소 이중결합의 양성자화 또는 에테르결합의 산성분할에 의해 형성되는 공진안정화 카르보시온이다.아황산염 [2]공정에서 리그닌 분해를 일으키는 것은 후자의 반응이다.친전자성 카보카보레이션은 아황산수소 이온(HSO3−)과 반응하여 술폰산염을 생성합니다.

R-O-R' + H+ → R+ + R'OH
R+ + HSO3− → R-SOH3

아황산염 공정은 크래프트 공정과 같은 정도로 리그닌을 분해하지 않으며 아황산염 공정의 리그노술폰산염은 유용한 부산물이다.

화학적 회수

아황산염 펄핑에 의한 사용이 끝난 조리용 술은 보통 갈색 술이라고 불리지만, 붉은 술, 진한 술, 아황산염 술이라는 용어도 사용된다(크래프트 공정에서의 검은 술과 비교).펄프 와셔는 역류 흐름을 사용하여 사용이 끝난 조리 화학물질과 분해된 리그닌 및 헤미셀룰로오스를 제거합니다.추출된 브라운 리큐어가 농축되어 다효과 증발기가 됩니다.농축된 갈색 액체를 회수 보일러에서 연소시켜 증기를 발생시키고 무기 화학물질을 회수하여 펄핑 공정에서 재사용할 수도 있으며, 이를 중화시켜 펄핑의 유용한 부산물을 회수할 수도 있습니다.Chemrec의 흑액 가스화 공정의 최근 발전은 아황산염 펄핑 공정에서 사용하는 기술을 채택하여 2세대 바이오 연료 생산을 기존의 회수 보일러 [9]기술의 대안으로 만들 수 있다.1906년경 스웨덴의 한 기술자는 사용 후 [10]액체에 남아 있는 2-2.5% 발효성 헥소당으로부터 에탄올 생성 과정을 특허 취득했습니다.

아황산염 공정은 칼슘, 암모늄, 마그네슘 또는 나트륨을 베이스로 사용할 수 있습니다.

적용들

아황산염 과정은 산성이며, 단점 중 하나는 산성 조건이 셀룰로오스 일부를 가수 분해한다는 것입니다. 이는 아황산염 펄프 섬유가 크래프트 펄프 섬유만큼 강하지 않다는 것을 의미합니다.펄프(사용 목재 기준)의 수율은 크래프트 펄프보다 높고 아황산 펄프는 표백하기 쉽습니다.

상품

아황산염 펄프는 특히 특수 용지를 위한 중요한 상품으로 종이 이외의 용도를 위한 셀룰로오스의 공급원으로 남아 있습니다.그것은 미세한 종이, 티슈, [11]글라신을 만드는데 사용된다.그리고 신문 인쇄에 힘을 더합니다.

용해펄프

주요 기사:용해펄프

특수 등급의 표백 아황산 펄프는 용해[12] 펄프로 알려져 있으며, 용해 펄프는 예를 들어 레이온, 셀로판, 셀룰로오스 아세테이트 및 메틸셀룰로오스 등의 다양한 셀룰로오스 유도체의 원료이다.

레이온은 많은 직물을 만드는 데 사용되는 재구성된 셀룰로오스 섬유입니다.

셀로판은 봉투 포장 및 창문에 사용되는 투명한 재구성 셀룰로오스 필름입니다.

셀룰로오스 아세테이트는 사진, 컴퓨터 테이프 등을 위한 유연한 필름 제작과 섬유 제작에도 사용되었습니다.

메틸셀룰로오스 및 기타 셀룰로오스 에테르 유도체는 접착제에서 소성제품, [13]의약품에 이르기까지 광범위한 일상제품에 사용된다.

부산물

아황산염 펄프는 일반적으로 크래프트 펄프보다 파괴력이 낮기 때문에 사용 가능한 부산물이 더 많습니다.

리그노술폰산염

아황산염 프로세스 부산물 중 가장 중요한 것은 리그노술폰산염으로, 불용성 물질의 수분 분산을 위해 비교적 저렴한 약제가 필요한 경우 다양한 용도를 찾을 수 있다.리그노술폰산염은 가죽을 태닝하거나 콘크리트를 만들거나 진흙을 시추하거나 드라이월 [14]등에 사용됩니다.

리그노술폰산염의 산화는 바닐린(인공 바닐라)을 생산하기 위해 사용되었으며, 1990년대에 [15]이 경로를 통한 북미의 모든 생산이 중단되었지만, 이 공정은 여전히 한 공급업체(노르웨이 보레가드)에 의해 사용되고 있다.

기타 부산물

아황산 펄핑 중 헤미셀룰로스의 산 가수분해는 단당류를 생성하며, 주로 연성목의 경우 만노오스, 경질목의 [2]경우 자일로스를 생성하며, 에탄올을 생성하기 위해 발효될 수 있습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 버거, 피터찰스 페너티와 그의 종이 발명품.토론토:피터 버거, 2007년 ISBN978-0-9783318-1-8페이지 25~30
  2. ^ a b c d E. Sjöström (1993). Wood Chemistry: Fundamentals and Applications. Academic Press. ISBN 0-12-647480-X.
  3. ^ a b c d Biermann, Christopher J. (1993). Essentials of Pulping and Papermaking. San Diego: Academic Press, Inc. ISBN 0-12-097360-X.
  4. ^ "History of Paper". Archived from the original on 2006-12-08. Retrieved 2007-10-08.
  5. ^ "Swedish, German mills phase out sulfite". Pulp and Paper. January 1997. Retrieved 2007-10-08.
  6. ^ "Wisconsin sulfite mill shuts down 2005". Retrieved 2007-10-07.
  7. ^ Friederich, Steven (September 25, 2006). "Living on borrowed time its whole life (Weyerhauser sulfite mill)". The Daily World. Retrieved 2007-10-08.[데드링크]
  8. ^ "Magnefite process". Archived from the original on 2007-12-17. Retrieved 2007-10-11.
  9. ^ Chemrec 웹 사이트
  10. ^ Kaukoranta, Antti (1981). Sulphite alcohol industry in Finland in 1918-1978. Finland: Paino Polar OY. p. 7. ISBN 951-9479-25-2.
  11. ^ "Grades and uses of paper". Archived from the original on 2012-09-19. Retrieved 2007-10-12.
  12. ^ "Dissolving pulp by the sulfite process". Retrieved 2007-10-12.
  13. ^ "Applications for Methocel cellulose ethers from Dow Chemical". Archived from the original on 2008-12-24. Retrieved 2007-10-12.
  14. ^ "Uses of lignosulfonates". Archived from the original on 2007-10-09. Retrieved 2007-10-07.
  15. ^ Hocking, Martin B. (September 1997). "Vanillin: Synthetic Flavoring from Spent Sulfite Liquor" (PDF). Journal of Chemical Education. 74 (9): 1055. Bibcode:1997JChEd..74.1055H. doi:10.1021/ed074p1055. Retrieved 2006-09-09.