Vergleich von drei realen Verfahren zur Lösemittelrückgewinnung – Adsorption / Kondensation / Destillation: Welche drei Kosten sollte ein Druckereibesitzer bei einer umweltbedingten Nachrüstung zuerst berechnen?
💡 💡 Auf einen Blick
Eine Solvent-Rückgewinnungsanlage ist die teuerste Umweltinvestition einer Druckerei. Bei der Auswahl müssen drei Kostenfaktoren berücksichtigt werden: ① Die Rückgewinnungsrate ist nicht gleich der Einsparungsquote. Der tatsächliche Nutzen = Rückgewinnungsmenge × nach der Reinigung wieder verwendbarer Anteil (60%-75%) × Stückpreis − jährliche Betriebsstromkosten − Wartung. Unter gleichen Bedingungen erreicht die adsorptive Variante ihren Kapitalrückgewinn nach 0,7 Jahren, die destillative Variante nach 2,8 Jahren, denn bei der Destillation werden Reinheit und Durchsatz gekauft, nicht Kosteneinsparungen. ② Die Auswahl des Verfahrens richtet sich nach der Zusammensetzung der Lösungsmittel: Bei höchstens 3 stabilen Lösungsmitteln empfiehlt sich Adsorption oder Kondensation; erst bei mehr als 5 Lösungsmitteln, die sich häufig ändern, kommt eine Destillation infrage. ③ Fläche und Compliance sind die eigentlichen Hürden – die destillative Variante benötigt 20 ㎡, während bei der adsorptiven Variante die neue HW12-Abfallkategorie für Festabfälle anfällt. Bei begrenztem Budget ist eine Reduktion an der Quelle (Einsatz von UV-Farben und einheitliches Lösungsmittelmanagement) stets wirtschaftlicher als der Kauf einer Anlage.
Im September 2023 erhielt unser Werk eine Anordnung zur Behebung von Mängeln: Die unbeaufsichtigte Emission von Abgas-VOCs überschritt die zulässigen Grenzwerte. Die Behandlungsanlagen mussten bis Ende des Jahres fertiggestellt und stabil betrieben werden.
Damals wurden im Werk gleichzeitig zwei Dinge vorangetrieben: Die Solventtinte wurde weiterhin verwendet (ein Kunde aus der Verpackungsdruckerei hatte die Umstellung auf Wasserfarbe nicht gestattet, weil die Farbabnahme nicht bestanden wurde), während eine andere Maschine bereits vollständig auf UV-Farbe umgestellt war. Da beide Systeme parallel im Einsatz waren, konnten wir die Option, die Solventtinte einzustellen, nicht zur Vermeidung des Problems nutzen.
Der Chef legte drei Vorschläge auf den Tisch:
Der Chef stellte eine sehr praktische Frage: „Wir geben erst 800.000 pro Jahr für Lösungsmittel aus – wie lange braucht sich diese Investition von 580.000 amortisiert?“
Diese Frage ist genau richtig. Druckereien, die das falsche Verfahren wählen, scheitern oft nicht daran, dass sie die Technik nicht verstehen, sondern daran, dass sie diese drei Kostenrechnungen nicht genau durchgerechnet haben. Dieser Artikel legt die drei Kostenrechnungen offen.
Die erste Rechnung: Recyclingquote ist nicht gleich Einsparquote
Dies ist die Zahl, die am ehesten falsch berechnet wird.
Angenommen, eine Anlage verbraucht pro Jahr 40 Tonnen Lösungsmittel und die Rückgewinnungsrate beträgt 90 %, so können theoretisch 36 Tonnen in die Produktion zurückgeführt und wiederverwendet werden. Das bedeutet, dass durch das Einsparen von 36 Tonnen Lösungsmittel Kosten eingespart werden.
Doch in der Praxis verhält es sich anders. Das zurückgewonnene Lösungsmittel wird nicht direkt in die Farbwanne zurückgegossen, sondern weist mehrere Verluststellen auf:
Erstens muss nach der Reinigung weiterhin Lösungsmittel zugegeben werden.Mit Adsorption und Kondensation zurückgewonnenes Lösungsmittel ist ein „Mischlösungsmittel“ – es enthält noch Wasser, Alkohol und geringe Mengen an Verunreinigungen durch Farbpigmente. Um wieder in der Produktion eingesetzt werden zu können, muss es im entsprechenden Verhältnis mit neuem Lösungsmittel gemischt werden. Den tatsächlichen Daten unseres Betriebes zufolge liegt der direkt einsetzbare Anteil der Rückgewinnungslösung zwischen 60 % und 75 %.
Zweitens, Verdunstungsverluste.Während des Betriebs der Rückgewinnungsanlage geht ein Teil des Lösungsmittels aus dem geschlossenen System verloren. Dieser Teil wird als „Leckage und Ausgasung“ bezeichnet und liegt normalerweise bei 3% bis 8%.
Drittens ist der Energieverbrauch abzuziehen. Für die Kondensation und Destillation muss die Luft verdichtet sowie gekühlt oder erhitzt werden. Die entsprechenden Stromkosten werden direkt vom Ertrag abgezogen.
Die tatsächliche Formel lautet also:
Jahresertrag = Rückgewinnmenge × wiederverwendbarer Anteil nach der Reinigung × Einheitspreis des Lösungsmittels − jährliche Stromkosten für den Betrieb − Wartungsverbrauchsmaterialien
Rechnen wir es mit unseren Zahlen durch:
40 t × 90% Recyclingquote × 70% Wiederverwendungsquote = 25.2 t. Bei einem Lösemittelpreis von 1.1 × 10.000 Yuan/t beträgt die jährliche Ersparnis 27.7 × 10.000 Yuan. Die jährlichen Betriebskosten für Strom und Wartung beim Kondensationsverfahren liegen bei etwa 7 × 10.000 Yuan, der Nettogewinn bei 20.7 × 10.000 Yuan. Die Investition in das Destillationsverfahren von 58 × 10.000 Yuan amortisiert sich statisch in 2.8 Jahren.
Bei 180.000 mit einer Sauganlage: Aus 36 Tonnen × 75 % Verfügbarkeit = 27 Tonnen, jährliche Einsparung von 297.000, jährliche Betriebskosten von etwa 40.000, Nettoertrag 257.000, statische Amortisationsdauer 0,7 Jahre.
Beachten Sie hier das counterintuitive Ergebnis: Bei gleichem Lösungsmittelverbrauch erzielt die Adsorptionsmethode deutlich mehr Gewinn als die Destillationsmethode. Der Grund liegt darin, dass die zusätzliche Investition bei der Destillationsmethode für „Reinheit“ und „Durchsatz“ erfolgt und nicht zur Kostenersparnis.
Die zweite Rechnung: Die Zusammensetzung des Lösungsmittels entscheidet über die Verwendbarkeit
Der wahre Unterschied zwischen diesen drei Verfahren liegt nicht im Preis, sondern darin, welches Lösungsmittel Sie verwenden.
Die Lösungs situation in unserer damaligen Fabrik: Für den Offsetdruck wurde ein wasserlöslicher Mischlöser verwendet (Ethanol + Ethylacetat + Butylacetat + geringe Menge Toluol); außerdem stand eine Maschine mit reinem Ethylacetat zur Verfügung. Es wurden nicht mehr als 3 Lösungsmittelarten eingesetzt.
Wenn eine Druckerei gleichzeitig 8 bis 10 verschiedene Lösungsmittel einsetzen muss (beispielsweise für Wasserfarben, solventbasierte Farben, UV, OCA und verschiedene Reiniger für Spezialverfahren), dann:
Die Herausforderung bei der Adsorption besteht in der Auswahl des Adsorbens.Die unterschiedlichen Lösungsmittel weisen erhebliche Unterschiede in Molekulargewicht, Polarität und Siedepunkt auf, sodass ein einziges Adsorbens rarely difficult. In der Praxis werden zwei bis drei Adsorptionseinheiten parallelgeschaltet, die jeweils mit unterschiedlichen Adsorbentien bestückt sind – dies bedeutet, dass sich sowohl die Anzahl der Geräte als auch diebeanspruchte Fläche mit einem Faktor multiplizieren, während sich die Investitionskosten direkt verdoppeln.
Die Herausforderung der Kondensation besteht im Unterschied der Siedepunkte.Bei der Kondensation wird das gasförmige Lösungsmittel durch Absenken der Temperatur unter den Taupunkt in den flüssigen Zustand überführt. Wenn die Siedepunkte der Mischlösungsmittel zu weit auseinanderliegen (beispielsweise bei einer wasserlöslichen Lösungsmittelmischung mit 20 % Wasser), werden die niedrig siedenden Bestandteile und das Wasser gemeinsam kondensiert. Die Recovered-Lösung weist dann eine sehr geringe Reinheit auf und kann nur als Abfallflüssigkeit behandelt werden.
Die Vorteile der Destillation zeigen sich hier.Mit einer Rektifikationskolonne können die unterschiedlichen Komponenten anhand ihrer Siedepunkte getrennt und separat zurückgewonnen werden. Even butyl acetate with a high boiling point can be recovered. Die Voraussetzung dafür ist jedoch, dass die Zusammensetzung der Ausgangsstoffe relativ stabil ist – ändern sich die Zusammensetzung der zugeführten Lösungsmittel von Tag zu Tag, müssen die Betriebsparameter der Kolonne häufig angepasst werden, wodurch der Betrieb zusätzlich destabilisiert wird.
Daher sollte die erste Frage bei der Auswahl lauten: „Wie viele Lösungsmittel haben Sie? Ist die Zusammensetzung stabil?“ Lautet die Antwort „Bis zu drei und stabil“, reichen Adsorption oder Kondensation aus. Bei mehr als fünf und häufigen Änderungen sollte entweder eine Destillation eingesetzt oder zunächst ein Lösungsmittelmanagement eingeführt werden (einheitlicher Einkauf, einheitliche Rückgewinnung und zentrale Mischung).
Die dritte Rechnung: Räumlichkeiten und Compliance sind die eigentliche Hürde
Viele Druckereien berücksichtigen bei einem Preisvergleich lediglich den Gerätepreis und vernachlässigen dabei diese beiden Aspekte.
Standortkosten.Die Stellfläche von 20 ㎡ für das Destillationsgerät ist nicht nur eine Frage der Fläche. Es werden Wartungsraum, ein temporärer Lagerbereich für Abfallflüssigkeiten und eine unabhängige elektrische Verbrauchseinrichtung benötigt. Die Werksmiete wird mit 8 Yuan pro Quadratmeter und Monat berechnet, für 20 ㎡ ergeben sich jährlich 19.000 Yuan – das ist noch der kleinere Betrag. Das eigentliche Problem ist: Unsere Halle ist angemietet; die tragende Konstruktion darf nicht verändert und die Brandschutzleitungen dürfen nicht verlegt werden. Schließlich scheitert der Plan über 580.000 Yuan an diesem Punkt.
Compliance-Buchhaltung. Diese drei Arten von Anlagen haben im Hinblick auf den Umweltschutz und die Compliance eine völlig unterschiedliche Positionierung:
Ein Punkt wird leicht übersehen: Die Adsorptionsmethode ist zwar günstig, erzeugt jedoch Abfall (verbrauchtes Adsorptionsmittel). Wenn eine Druckerei bereits bei der Kontrolle gefährlicher Abfälle im Fokus steht, bedeutet jede zusätzliche Abfallkategorie ein zusätzliches Risiko. Die Kondensations- und Destillationsverfahren erzeugen Abflüssigkeiten, die in Druckereien bereits zum Standard gehören, sodass der Managementaufwand sogar geringer ist.
Schließlich haben wir uns für die kondensierende Variante mit 320.000 entschieden. Der Grund ist ganz praktisch:
Erstens erfüllen die Lösungsmittelbestandteile die Voraussetzungen für die Kondensation. Es gibt nur 3 Lösungsmittel, und alle gehören zur Gruppe der Alkoholester; der Bereich ihrer Siedepunkte ist steuerbar.
Zweitens passt der Standort.Die 12 ㎡ lassen sich neben den vorhandenen Abluftleitungen unterbringen, ohne die Feuerlöschanlage anzutasten.
Drittens wurden keine neuen Kategorien fester Abfälle hinzugefügt.Das Kondenswasser haben wir in die werkseigene Abwasseraufbereitung eingeleitet; die Messdaten sind unauffällig.
Vierth haben wir gleichzeitig die Umstellung von solventbasierter Tinte auf UV-Tinte vorangetrieben.Nach Abschluss der Umbauarbeiten an der zweiten Maschine sank der Lösungsmittelverbrauch um 60 %. Dadurch reduzierte sich auch die Belastung der Rückgewinnungsanlage. Beide Maßnahmen zusammen amortisierten die Anlagenkosten bereits im zweiten Jahr.
Wenn das Budget nur für eine Sache reicht, was zuerst tun?
Das ist die letzte Frage, die uns der Chef gestellt hat, und die Antwort hat möglicherweise nichts mit dem Kauf von Geräten zu tun.
Eine Reduzierung des Lösungsmittelverbrauchs ist wirtschaftlicher als Recycling.Bei jährlich 80 Tonnen Lösungsmittel kann der Verbrauch durch eine Anpassung des Prozesses (UV-Tinte, wasserbasierte Tinte) auf 30 Tonnen gesenkt werden. Dadurch verringern sich sowohl die Größe der Abwasserbehandlungsanlage als auch deren Energieverbrauch und die Menge der zu entsorgenden Recyclingflüssigkeit. Eine Recycling-Anlage ist eine „End-of-Pipe-Maßnahme“, eine Reduzierung des Verbrauchs hingegen eine „Maßnahme an der Quelle“. Maßnahmen an der Quelle sind stets günstiger.
Eine zentrale Lösungsmittelverwaltung ist kosteneffizienter als der Kauf von Geräten.Werden Beschaffung, Rückgewinnung und Verteilung vereinheitlicht und zunächst die Anzahl der Lösungsmittel von 8 auf weniger als 4 reduziert wird, sinken die Investitionen in Rückgewinnungsanlagen um eine Stufe, während die Rückgewinnungsquote zugleich steigt.
Erst ganz zum Schluss die Ausrüstung kaufen.Sobald die Zusammensetzung des Lösungsmittels und die Menge feststehen, lassen sich die drei Verfahren miteinander vergleichen – erst dann ist dieser Preisvergleich sinnvoll.
Die abschließende Investitionsreihenfolge unseres Werks lautet: Zunächst wurden 12 Zehntausend für die Umrüstung der Tintenführung einer Maschine (auf UV-Tinte) ausgegeben, wodurch der Lösungsmittelverbrauch um 60 % sank; anschließend wurden 32 Zehntausend für eine Kondensationsanlage investiert; insgesamt 44 Zehntausend. Hätten wir von Anfang an eine Destillationsanlage für 58 Zehntausend gewählt, hätten wir 14 Zehntausend mehr ausgegeben, und nach der Umrüstung dieser Maschine wäre mehr als die Hälfte der Verarbeitungsleistung der Destillationsanlage ungenutzt geblieben.
Weiterführende Lektüre
Die VOCs-Behandlung ist eine Aufgabe, bei der eine Änderung everything andere beeinflusst. Lesen Sie diese Berichte daher gemeinsam:
Häufige Fragen
Bedeutet eine Recyclingquote von 90 %, dass 90 % der Kosten für Lösungsmittel eingespart werden?
Nein. Die Rückgewinnungsflüssigkeit muss nach der Reinigung im entsprechenden Verhältnis gemischt werden. Der unmittelbar wiederverwendbare Anteil liegt üblicherweise lediglich bei 60%-75%. Hinzu kommen 3%-8% Verdunstungsverluste sowie die Stromkosten für den Betrieb. Die tatsächliche Berechnung lautet: Rückgewinnungsmenge × direkt wiederverwendbarer Anteil nach der Reinigung × Stückpreis − jährliche Betriebsstromkosten − Wartungs- und Verbrauchsmaterialien.
Wie wählt man zwischen den drei Verarbeitungsverfahren?
Zunächst die Lösungsmittelbestandteile prüfen: Bei höchstens 3 stabilen Lösungsmitteln empfiehlt sich eine Adsorptions- oder Kondensationsanlage; bei mehr als 5 Lösungsmitteln, die häufig wechseln, ist entweder eine Destillationsanlage einzusetzen oder zunächst eine zentrale Lösungsmittelverwaltung einzurichten. Anschließend sind die örtlichen Gegebenheiten und die Anforderungen an festen Abfall zu berücksichtigen: Adsorptionsanlagen erzeugen HW12-Abfall, etwa verbrauchte Adsorptionsmittel, während Kondensations- und Destillationsanlagen Abwasser erzeugen.
Warum zahlt sich die destillierte Variante mit der höheren Recyclingquote erst später aus?
Die zusätzliche Investition in eine Destillationsanlage dient der Gewinnung höherer Reinheit und größerer Durchsatzkapazität, nicht der Kosteneinsparung. Da Investitionssumme, Flächenbedarf und Energieverbrauch hoch sind, übersteigt der Nettogewinn bei gleichem Lösungsmittelverbrauch möglicherweise nicht den einer Adsorptionsanlage. Erst eine Steigerung des Durchsatzes auf ausreichende Größenordnung macht sich die Investition rentabel.
Was sollte zuerst getan werden, wenn das Budget nicht für eine Recyclinganlage reicht?
Zuerst die Materialmenge an der Quelle reduzieren: Prozesse, bei denen UV-Tinte oder wasserbasierte Tinte eingesetzt werden können, werden zuerst umgestellt. Durch eine zentrale Verwaltung der Lösungsmittel lassen sich die Arten von Lösungsmitteln von 8 auf höchstens 4 reduzieren. Nachdem Verbrauchsmengen und Zusammensetzung der Lösungsmittel feststehen, wird die Rückgewinnungsanlage ausgewählt; ihre Leistungsgröße kann eine Stufe kleiner ausfallen.
Gilt der verbrauchte Adsorptionsmittel bei der adsorptiven Reinigung als gefährlicher Abfall?
Das stimmt. Verbrauchte Adsorptionsmittel mit Lösungsmittelresten gelten als gefährlicher Abfall der Abfallkategorie HW12. Dafür sind ein Abfallverzeichnis, ein Begleitpapier für die Abfallbeförderung und ein Vertrag zur ordnungsgemäßen Entsorgung erforderlich. Wenn das Druckereiunternehmen ohnehin im Fokus der Prüfung gefährlicher Abfälle steht, würde die Auswahl eines adsorptiven Verfahrens eine zusätzliche Abfallkategorie für festen Abfall schaffen.
Wie hoch sind die jährlichen Stromkosten für den Betrieb der Recycling-Anlage?
Dies hängt vom Luftvolumenstrom und vom Verfahren ab. Bei kondensativen Systemen liegt der jährliche Stromkostenanteil für Anlagen mittlerer Größe üblicherweise bei 50.000–100.000 Yuan, bei destillativen Verfahren ist er höher und bei adsorptiven Verfahren am niedrigsten. Lassen Sie sich bei der Angebotsanfrage unbedingt die jährlichen Betriebsstromkosten gesondert ausweisen und werten Sie nicht nur den Gesamtpreis der Anlage.
Wie lange nach der Inbetriebnahme der Anlage kann die Umweltverträglichkeitsprüfung bestanden werden?
Dies hängt von den örtlichen Überwachungsanforderungen und der Auslegung der Emissionsstandards ab. Entscheidend ist, dass die Fertigstellung der Anlage nicht automatisch die Einhaltung der Anforderungen bedeutet: Die Betriebsaufzeichnungen der Behandlungsanlagen, das Abfallflüssigkeits-Managementbuch und die Online-Überwachungsdaten müssen entsprechend geführt werden. Es empfiehlt sich, im Beschaffungsvertrag ausdrücklich festzuhalten: einschließlich der Inbetriebnahme bis zum stabilen Betrieb und der Bereitstellung der für die Abnahme erforderlichen Vorlagen für das Managementbuch.
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