NALF - Neuartiges Aufkonzentrationsverfahren zur Lösemittelrückgewinnung im Flexoverpackungsdruck

Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. O. Carlowitz

Förderzeitraum: 03/2015 – 09/2017
Förderstelle: DBU

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens
Zur Gewährleistung einer bestmöglichen Bildtiefe und -brillanz und damit hohen Qualitätsstandards werden heute im Flexoverpackungsdruck vorwiegend organische Lösemittel (hauptsächlich Ethylacetat und Ethanol) eingesetzt. Diese verdampfen nach dem Farbauftrag und werden zusammen mit angesaugter Umgebungsluft als Abgas (Abluft) einer nachgeschalteten Behandlungsanlage zugeführt. Ab Lösemittelmassenströmen von einer Tonne pro Stunde erweist es sich heute als wirtschaftlich tragfähig, die organischen Stoffe adsorptiv aus der Abluft zu entfernen, mit Wasserdampf zu desorbieren und zu kondensieren. Nach einer – bedingt durch die hohe Wasserfracht – aufwändigen Aufarbeitung ist dann ein erneuter Einsatz möglich. Unterhalb eines Lösemittelmassenstromes von 1 t/h ist heute der Einsatz von regenerativen thermischen Nachverbrennungsanlagen Stand der Technik, die die Lösemittel zu vorwiegend Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidieren und damit detoxifizieren.

Ziel dieses Vorhabens ist es, ein Rückgewinnungsverfahren für Lösemittelmassenströme von weniger als 1 t/h (Massenstrombereich 0,2…0,8 t/h) zu entwickeln, das einerseits für Betriebe des Flexoverpackungsdruckes wirtschaftlich interessant ist und andererseits den Gesamtkohlenstoffdioxidausstoß deutlich verringert. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Herstellung eines Kilogramms von z.B. Ethylacetat knapp 2,9 kg CO₂ verursacht zuzüglich etwa 2 kg CO₂ bei der Oxidation in einer regenerativen thermischen Nachverbrennungsanlage, so dass im Falle einer Rückgewinnung der Lösemittel eine beträchtliche Absenkung des Kohlendioxidausstoßes zu erwarten ist.

Das neuartige Aufkonzentrationsverfahren, das für die relativ hohen Beladungen der Abluft mit Lösemitteln im Flexoverpackungsdruck entwickelt werden soll und bislang nicht zum Stand der Technik zählt, basiert auf einer Wäsche der Abluft mittels Hochsiedern (Genosorb 1843) und einer Desorption
•    entweder bis 130 °C mittels Inertgas bei Umgebungsdruck oder
•    bei niedrigerer Temperatur und Unterdruck,
so dass die im Fall eines Adsorptionverfahrens (mittels Zeolithen oder Aktivkohlen) benötigten hohen Temperaturen von > 200 °C für eine Inertgasdesorption (ohne Wasserdampf!) vermieden werden und eine vermehrte Essigsäurebildung (aus Ethylacetat) auch gegebenenfalls unter Einfluss katalytischer Effekte durch das Adsorbens weitestgehend unterbleibt. Die sich anschließende Kondensation ist dreistufig angedacht: Zunächst wird auf etwa 50 °C gekühlt und Genosorb abgetrennt sowie in die Desorption zurückgeführt. Dann wird bei der Absorption mitgeschlepptes Wasser (Ursprung: Umgebungsluft) mit geringeren Lösemittelanteilen bei Temperaturen oberhalb des Gefrierpunktes von Wasser abgeschieden. Schließlich erfolgt die Kondensation vorwiegend der organischen Lösemittel mit noch sehr geringen Wasseranteilen bei Minusgraden. Die Aufarbeitung der wasserreichen Fraktion ist destillativ geplant mit anschließender Membrantrocknung, die vorwiegend lösemittelhaltige Fraktion bedarf nur einer Membrantrocknung. Anschließend sollen die rückgewonnenen Lösemittel (erneut) zur Viskositätseinstellung der Druckfarben genutzt werden.

Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden
Die Herausforderung des Vorhabens liegt hauptsächlich in der relativ komplexen Systemtechnik des Gesamtverfahrens, zu dessen experimenteller Validierung die im Rahmen eines vorlaufenden F&E-Projektes erstellte Technikumsanlage (Ziel: Entwicklung einer effizienten Waschstufe mit leistungsfähigem Demister) anlagentechnisch ergänzt, transportabel gestaltet und in einem Betrieb des Flexoverpackungsdrucks im Bypass verfahrenstechnisch erprobt werden soll, um aussagekräftige Erkenntnisse zur Projektierung von Hauptausführungen zu erhalten.

Hinsichtlich der Methoden erfolgt eine Untersuchung mit Standardanalytik (Temperatur, FID, Partikelmesstechnik) zur Evaluation der Abscheideleistung des neuen Moduls. Weitergehend sind Analysen zur Qualitätsanalyse der rückgewonnen Lösemittel vorgesehen (GC-Analysen).

Das Vorhaben NALF ist ein DBU-gefördertes Drittmittelprojekt mit den Firmen AWS Group AG, Clausthaler Umwelttechnik-Institut GmbH, Labor Ilgen und Arwed Löseke Papierverarbeitung und Druckerei GmbH.