KRUSE, Matthias (Lahrweg 29, Menden, 58706, DE)
| P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Verfahren zur Herstellung hochreiner Harnstofflösung (HL), wobei die hochreine Harnstofflösung (HL) mit einem vorgebbaren Harnstoffanteil durch Auflösen einer vorgebbaren Menge festen Harnstoffs (HS) in einer vorgebbaren Menge demineralisierten Wassers (W) hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das demineralisierte Wasser (W) in zumindest einem Lagerbehälter (L) gesammelt, gelagert und zur Verarbeitung bereitgestellt wird, dass eine vorgegebene Menge demineralisierten Wassers (W) in einen Mischbehälter (M) eingefüllt wird, dass das demineralisierte Wasser (W) auf eine vorgegebene Ansatztemperatur erhitzt wird, wobei die vorgegebene Ansatztemperatur mindestens 300C beträgt, dass ein im Mischbehälter (M) angeordnetes Rührwerk (R) eingeschaltet wird und dass nach Erreichen der vorgegebenen Ansatztemperatur eine vorgegebene Menge fester Harnstoff (HS) in den Mischbehälter (M) eingebracht und in dem demineralisierten Wasser (W) gelöst wird, wobei der Lösevorgang durch ein Umrühren mittels des Rührwerks (R) unterstützt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Harnstoffanteil von 32,5% vorgegeben wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass demineralisiertes Wasser (W) hergestellt wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zum Erhitzen des demineralisierten Wassers (W) eine Elektroheizung und/oder eine Wärmepumpe und/oder eine Gasheizung und/oder eine Ölheizung eingesetzt wird. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lösevorgang mittels einer Umwälzvorrichtung (U) unterstützt wird. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer vorgegebenen Zeit eine Probe der Harnstofflösung (HL) aus dem Mischbehälter (M) entnommen und analysiert wird. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer zu hohen Dichte und/oder Konzentration der Harnstofflösung (HL) eine Zugabe von demineralisiertem Wasser (W) in den Mischbehälter (M) erfolgt. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer zu geringen Dichte und/oder Konzentration der Harnstofflösung (HL) eine Zugabe von festem Harnstoff (HS) in den Mischbehälter (M) erfolgt. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Abpumpen der hochreinen Harnstofflösung (HL) in Transportbehälter (TB) der Mischbehälter (M) vollständig entleert wird. 10. Vorrichtung (V) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, umfassend eine Anlage (A) zur Herstellung von demineralisiertem Wasser (W), zumindest einen Lagerbehälter (L) zur Lagerung des demineralisierten Wassers (W), eine Heizanlage (H) zur Aufheizung des demineralisierten Wassers (W) und einen Mischbehälter (M), wobei in dem Mischbehälter (M) ein Rührwerk (R) angeordnet ist. 11. Vorrichtung (V) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Mischbehälter (M) eine Umwälzvorrichtung (U) angeordnet ist. 12. Vorrichtung (V) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass an der Umwälzvorrichtung (U) ein Probeentnahmeventil (EV) angeordnet ist. 13. Vorrichtung (V) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Mischbehälter (M) eine Abpumpeinrichtung (AE) angeordnet ist. |
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer hochreinen Harnstofflösung (Handelsprodukt AdBlue ® - DIN 70070/AUS32), die als Reduktionsmittel in einem auf selektiver katalytischer Reduktion basierenden Verfahren (selective catalytic reduction - S CR- Verfahren) eingesetzt wird. Im Verfahren wird die hochreine Harnstofflösung mit einem vorgebbaren Harnstoffanteil durch Auflösen einer vorgebbaren Menge festen Harnstoffs in einer vorgebbaren Menge demineralisierten Wassers hergestellt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Industrialisierung und das ständig steigende Verkehrsaufkommen erhöhen die Schadstoffkonzentration in der Umgebungsluft in bedenklichem Maße. Einen großen Anteil haben Stickoxidemissionen, die auf die Verbrennung von Dieselkraftstoffen in Industrieanlagen und in Automobilen zurückzuführen sind.
In einem auf selektiver katalytischer Reduktion basierenden Verfahren wird aus Harnstoff freigesetztes NH3 als Reduktionsmittel für die selektive Reduktion von Stickoxiden in sauerstoffhaltigen Abgasen genutzt. Dazu wird dem Katalysator eine Harnstofflösung durch Eindüsen zugeführt, die häufig einen Harnstoffanteil von 32,5% besitzt und unter der Bezeichnung AdBlue ® bekannt ist. Im SCR-Katalysator wird das im Abgas enthaltene NO x in die ökoneutralen Komponenten (N 2 , O 2 , H 2 O) umgesetzt.
Dieser Harnstoff wird nach dem Stand der Technik großtechnisch in geschlossenen Anlagen unter Druck und erhöhter Temperatur aus Kohlendioxid und Ammoniak über Ammoniumcarbonat als Zwischenstufe hergestellt. Es fällt eine flüssige und hochreine Harnstoffschmelze an. Diese Harnstoffschmelze wird mit demineralisiertem Wasser versetzt, so dass eine gewünschte Harnstofflösung mit einem Harnstoffanteil von 32,5% gebildet wird. Diese Harnstofflösung wird in große Lagerbehälter gefüllt. Aus diesen Lagerbehältern erfolgt der Umschlag der flüssigen Harnstofflösung mittels Tankwagen an den Endverbraucher.
Dieser Transport der Harnstofflösung mittels Tankwagen stellt einen großen Nachteil dieser großtechnischen Herstellung der Harnstofflösung dar, da der Transport der Harnstofflösung aufgrund des großen zu transportierenden Volumens mit sehr hohen Transportkosten verbunden ist, insbesondere bei weit von den großindustriellen Herstellorten entfernt gelegenen Verbraucherstellen.
Aus der flüssigen und hochreinen Harnstoffschmelze ist über Trocknungsverfahren auch fester Harnstoff herstellbar, welcher in verschiedenen Formen, beispielsweise als Prills oder Pellets gehandelt wird. Die Lagerung des festen Harnstoffs erfolgt in Silos oder unter anderem auch in so genannten Bigbags.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in der DE 10 2006 059 760 Al beschrieben, ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von hochreiner Harnstofflösung aus Harnstofflösungen von Düngemittelanlagen bekannt. Die hochreine Harnstofflösung kann als Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden in sauerstoffhaltigen Abgasen benutzt werden. Dabei werden in einem Kristallisator in Harnstofflösung Kristalle gebildet, die nach Teiltrocknung und Entgasung in einem Umlaufsystem in bei der Aufkonzentrierung von Harnstofflösung anfallendem Dampfkondensat so aufgelöst werden, dass kein Biuret und NH3 entsteht. Ein Teil der beim Kristallisationsprozess anfallenden Mutterlauge wird nach Reinigen über einen Biuretvernichtungsreaktor rezirkuliert.
In der US 5 985 224 wird ein Prozess zur Ammoniakproduktion durch Harnstoffhydrolyse beschrieben. In diesem Prozess zur Verbrennungsabgasaufbereitung wird Ammoniak, gebildet aus einer Harnstofflösung aus in Wasser gelöstem Harnstoff, in den Abgasstrom eingespritzt. Die Harnstofflösung wird aufgeheizt und komprimiert und der darin gelöste Harnstoff hydrolysiert, wodurch sich Ammoniak und Kohlendioxid bildet. Der Ammoniak und das Kohlendioxid werden dann von der resultierenden Hydrolyselösung abgetrennt und in den Abgasstrom zu dessen Behandlung eingespritzt. Das Wasser der von Ammoniak und Kohlendioxid getrennten Hydrolyselösung wird wieder verwendet, um weiteren Harnstoff zu lösen.
In der JP 2008280263 A wird ein Verfahren zur Produktion einer hochreinen Harnstofflösung beschrieben. Dabei werden Ammoniak und Kohlendioxid in einem Synthesebereich bei vorgegebenem Druck und vorgegebener Temperatur synthetisiert, Ammoniak abgespalten und nicht reagiertes Amonniak Carbamat als Mischgas aus Ammoniak und Kohlendioxid der Harnstoffsyntheselösung in den Synthesebereich zurückgeführt. Des Weiteren wird eine Harnstofflösung konzentriert durch Abtrennen des Ammoniaks und nicht reagierten Amonniak Carbamats und Auflösen kristallinen Harnstoffs in Wasser.
In der DE 43 08 542 A 1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von NO x in sauerstoffhaltigen Gasen beschrieben. Zur katalytischen Reduktion von NO x in sauerstoffhaltigen Abgasen wird fester Harnstoff anstatt einer wässrigen Harnstofflösung als Reduktionsmittel benutzt. Daraus ergeben sich speziell für den mobilen Einsatz signifikante Vorteile. Als Katalysatorsystem wird eine Kombination aus Harnstoff-Hydrolyse- und SCR-Katalysator eingesetzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein verbessertes und gegenüber dem Stand der Technik effizienteres Verfahren zur Herstellung hochreiner Harnstofflösung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung hochreiner Harnstofflösung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wird die Aufgabe durch die im Anspruch 10 VJ- angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unter anspräche. In einem Verfahren zur Herstellung hochreiner Harnstofflösung, wobei die hochreine Harnstofflösung mit einem vorgebbaren Harnstoffanteil durch Auflösen einer vorgebbaren Menge festen Harnstoffs in einer vorgebbaren Menge demineralisierten Wassers hergestellt wird, wird erfindungsgemäß das demineralisierte Wasser in zumindest einem Lagerbehälter gesammelt, gelagert und zur Verarbeitung bereitgestellt, eine vorgegebene Menge demineralisierten Wassers in einen Mischbehälter eingefüllt, das demineralisierte Wasser auf eine vorgegebene Ansatztemperatur erhitzt, wobei die vorgegebene Ansatztemperatur mindestens 30 0 C beträgt, ein im Mischbehälter angeordnetes Rührwerk eingeschaltet und nach Erreichen der vorgegebenen Ansatztemperatur eine vorgegebene Menge fester Harnstoff in den Mischbehälter eingebracht und in dem demineralisierten Wasser gelöst, wobei der Lösevorgang durch ein Umrühren mittels des Rührwerks unterstützt wird.
Durch die erfindungsgemäße Lösung sind Transportkosten einsparbar, da lediglich der feste Harnstoff transportiert werden muss, wozu eine wesentlich geringere Transportkapazität erforderlich ist. Das demineralisierte Wasser ist vor Ort herstellbar und muss daher nicht transportiert werden. Das Verfahren ist mit einer Vorrichtung durchführbar, welche zu geringen Kosten dezentral, d. h. in unmittelbarer Nähe von Verbrauchsstellen errichtbar und damit hochreine Harnstofflösung kostengünstig produzierbar ist. Ein Transport der Harnstofflösung über große Entfernungen entfällt somit, wodurch erhebliche Kosteneinsparungen erzielbar sind. Insbesondere in entlegenen Gebieten, zu welchen ein Transport von Harnstofflösung in Tankwagen schwierig zu realisieren und daher nicht sichergestellt ist, ist durch die erfmdungsgemäße Lösung eine ausreichende Versorgung mit hochreiner Harnstofflösung gesichert, und dies zu geringen Kosten, d. h. zu einem günstigen Preis für Verbraucher.
Durch das erfindungsgemäße Sammeln, Lagern und Bereitstellen des demineralisierten Wassers in zumindest einem Lagerbehälter ist sichergestellt, dass stets ausreichend demineralisiertes Wasser zur Verfügung steht. Die Menge demineralisierten Wassers, welche in den Mischbehälter eingefüllt wird, wird sinnvollerweise so vorgegeben, dass durch Zugabe und Auflösen der vorgegebenen Menge festen Harnstoffs die hochreine Harnstofflösung mit einem Harnstoffanteil von 32,5% herstellbar ist. Bei einer Anlieferung des festen Harnstoff beispielsweise in standardisierten Transportsäcken, so genannten Bigbags, ist die Menge demineralisierten Wassers beispielsweise auf eine in den Transportsäcken enthaltene Menge festen Harnstoffs abstimmbar, so dass ein personal- und zeitaufwändiges Portionieren und Abwiegen des festen Harnstoffs, für welches weitere Geräte erforderlich wären, nicht notwendig ist.
Das demineralisierte Wasser wird erfindungsgemäß auf eine vorgegebene Ansatztemperatur von 30 0 C erhitzt, bevor der feste Harnstoff zugegeben wird, da bei einem Lösevorgang des festen Harnstoffs in demineralisiertem Wasser eine endotherme Reaktion erfolgt, d. h. der feste Harnstoff wird unter Entzug von Wärme aus dem demineralisierten Wasser aufgelöst. Durch das erfindungsgemäße Einschalten des im Mischbehälter angeordneten Rührwerks ist eine gleichmäßige und schnelle Erwärmung des demineralisierten Wassers sichergestellt.
Das erfmdungsgemäße Einbringen der vorgegebenen Menge festen Harnstoffs in den Mischbehälter nach Erreichen der vorgegebenen Ansatztemperatur, d. h. nachdem der Mischbehälter mit der vorgegebenen Menge demineralisierten Wassers, welches die vorgegebene Ansatztemperatur aufweist, befüllt ist, erfolgt beispielsweise auf einfache Weise durch ein vollständiges Entleeren einer vorgegebenen Anzahl mit dem festen Harnstoff gefüllter Transportsäcke, so dass eine exakt bemessene Menge festen Harnstoffs auch ohne ein zeit- und personalaufwändiges Abwiegen und Portionieren sichergestellt ist. Der Lösevorgang des eingebrachten Harnstoffs im demineralisierten Wasser wird erfindungsgemäß durch ein Umrühren mittels des im Mischbehälter angeordneten Rührwerks unterstützt, so dass eine schnelle und gleichmäßige Auflösung des festen Harnstoffs sichergestellt ist. Besonders bevorzugt wird ein Harnstoffanteil von 32,5% vorgegeben. Eine hochreine Harnstofflösung mit einem Harnstoffanteil von 32,5% entspricht Spezifikationen einer Harnstofflösung, welche unter der Bezeichnung AdB lue ® bekannt ist und zu einer Schadstoffreduzierung von Dieselmotoren in so genannten SCR-Katalysatoren eingesetzt wird.
Zweckmäßigerweise wird demineralisiertes Wasser mit einer entsprechenden Anlage direkt vor Ort hergestellt. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass stets ausreichend demineralisiertes Wasser zur Verfügung steht. Durch die Herstellung von demineralisiertem Wasser direkt vor Ort, beispielsweise durch ein Demineralisieren von Leitungswasser, entfällt ein aufwändiger Transport des demineralisierten Wassers über längere Strecken, wodurch erhebliche Transportkosten eingespart werden.
Die Erhitzung des Wassers kann beispielsweise im Mischbehälter, bereits im Lagerbehälter, in welchem das demineralisierte Wasser gelagert wird, oder auf dem Transport vom Lagerbehälter zum Mischbehälter erfolgen, zweckmäßigerweise mittels einer Elektroheizung, einer Wärmepumpe, einer Gasheizung oder einer Ölheizung oder auch mittels einer Kombination verschiedener Heizungsvarianten. Auf diese Weise ist je nach örtlichen Gegebenheiten, Möglichkeiten und Erfordernissen eine geeignete Heizungsvariante einsetzbar, welche ökonomisch und/oder ökologisch sinnvoll ist. Durch den Einsatz einer Wärmepumpe ist beispielsweise sehr viel Energie und daraus resultierende Kosten einsparbar, was sowohl ökonomisch als auch ökologisch sinnvoll ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Lösevorgang mittels einer Umwälzvorrichtung unterstützt, welche am Mischbehälter angeordnet ist. Auf diese Weise ist wirksam verhinderbar, dass sich fester Harnstoff in einem Bodenbereich des Mischbehälters absetzt.
In vorteilhafter Weise wird, um sicherzustellen, dass die hochreine Harnstofflösung den gewünschten Harnstoffanteil aufweist, bevorzugt 32,5%, nach einer vorgegebenen Zeit, beispielsweise nach 30 Minuten, eine Probe der Harnstofflösung aus dem Mischbehälter entnommen und analysiert. Eine derartige Probeentnahme kann beispielsweise mittels eines Probeentnahmeventils an der Umwälzvorrichtung erfolgen. Zum Beispiel mittels eines mobilen Konzentrationsund Dichtemessgerätes sind eine Dichte und/oder eine Konzentration der hochreinen Harnstofflösung sehr schnell ermittelbar, so dass bei einer zu hohen Dichte und/oder Konzentration der Harnstofflösung vorzugsweise eine Zugabe von demineralisiertem Wasser in den Mischbehälter erfolgt. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt analog dazu bei einer zu geringen Dichte und/oder Konzentration der Harnstofflösung eine Zugabe festen Harnstoffs in den Mischbehälter.
Sobald festgestellt wird, dass die hochreine Harnstofflösung den Vorgaben entspricht, wird die Harnstofflösung beispielsweise in Transportbehälter abgefüllt, wobei vorzugsweise durch Abpumpen der Harnstofflösung in Transportbehälter der Mischbehälter vollständig entleert wird. Dadurch wird sichergestellt, dass bei einem erneuten Durchlauf des Verfahrens wieder eine vorgegebene Menge demineralisierten Wassers mit einer vorgegebenen Ansatztemperatur und eine vorgegebene Menge festen Harnstoffs in den Mischbehälter einfüllbar ist und ein vorgegebenes Mischungsverhältnis eingehalten wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens umfasst erfindungsgemäß eine Anlage zur Herstellung von demineralisiertem Wasser, zumindest einen Lagerbehälter zur Lagerung des demineralisierten Wassers eine Heizanlage zur Aufheizung des demineralisierten Wassers und einen Mischbehälter, wobei in dem Mischbehälter (M) ein Rührwerk (R) angeordnet ist.
Die erfmdungsgemäße Vorrichtung ist im Vergleich zu Produktionsanlagen nach dem Stand der Technik einfach, zu geringen Kosten und relativ Platz sparend aufzubauen und daher dezentral, d. h. in unmittelbarer Nähe von Verbrauchsstellen errichtbar. Sie ist automatisiert, so dass sie nach nur einer geringen Einweisungszeit bedienbar ist und eine gleich bleibende hohe Qualität der hochreinen Harnstofflösung sichergestellt ist. Zusätzliche aufwändige und kostenintensive Technik oder speziell ausgebildetes Personal ist nicht erforderlich.
Mittels dieser Vorrichtung ist das Verfahren zur Herstellung hochreiner Harnstofflösung zu geringen Kosten dezentral, d. h. in unmittelbarer Nähe von Verbrauchsstellen durchführbar und damit hochreine Harnstofflösung kostengünstig produzierbar. Ein Transport der Harnstofflösung über große Entfernungen entfällt somit, wodurch erhebliche Kosteneinsparungen erzielbar sind. Insbesondere in entlegenen Gebieten, zu welchen ein Transport von Harnstofflösung in Tankwagen schwierig zu realisieren und daher nicht sichergestellt ist, ist durch die erfindungsgemäße Lösung eine ausreichende Versorgung mit hochreiner Harnstofflösung gesichert, und dies zu geringen Kosten, d. h. zu einem günstigen Preis für Verbraucher.
Ein Volumen und/oder eine Anzahl der erfindungsgemäßen Lagerbehälter zur Lagerung des demineralisierten Wassers ist sinnvollerweise derart dimensioniert, dass stets eine ausreichende Menge demineralisierten Wassers zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung steht. Mittels des erfindungsgemäß in dem Mischbehälter angeordneten Rührwerk ist ein optimaler Lösevorgang des festen Harnstoffs im demineralisierten Wasser sichergestellt.
Um diesen Lösevorgang zusätzlich zu unterstützen, ist in einer besonders bevorzugten Ausführungsform an dem Mischbehälter eine Umwälzvorrichtung angeordnet. Mittels dieser Umwälzvorrichtung ist insbesondere sicherstellbar, dass sich kein fester Harnstoff in einem Bodenbereich des Mischbehälters absetzt und nicht gelöst wird.
An dieser Umwälzvorrichtung ist besonders bevorzugt ein Probeentnahmeventil angeordnet, so dass eine Probeentnahme ermöglicht ist, anhand derer eine Qualität der hochreinen Harnstofflösung ermittelbar ist. Zweckmäßigerweise ist an dem Mischbehälter eine Abpumpeinrichtung angeordnet, mittels derer die hochreine Harnstofflösung beispielsweise in Transportbehälter ab fällbar und der Mischbehälter vollständig entleerbar ist. Durch eine vollständige Entleerung des Mischbehälters ist sichergestellt, dass bei einem erneuten Durchlauf des Verfahrens wieder eine vorgegebene Menge demineralisierten Wassers mit einer vorgegebenen Ansatztemperatur und eine vorgegebene Menge festen Harnstoffs in den Mischbehälter einfüllbar ist und ein vorgegebenes Mischungsverhältnis einhaltbar ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Darin zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer
Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung hochreiner Harnstofflösung.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vorrichtung V zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung hochreiner Harnstofflösung HL. Anhand dieser Darstellung ist auch das Verfahren zur Herstellung hochreiner Harnstofflösung HL erläuterbar.
Die dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung V umfasst, durch ein Rohrleitungssystem RS miteinander verbunden, eine Anlage A zur Herstellung von demineralisiertem Wasser W, einen Lagerbehälter L zur Lagerung des demineralisierten Wassers W, eine Heizanlage H zur Aufheizung des demineralisierten Wassers W und einen Mischbehälter M. In dem Mischbehälter M ist ein Rührwerk R angeordnet. Des Weiteren ist an dem Mischbehälter M eine Umwälzvorrichtung U angeordnet, welche ein Pumpe P und ein Probeentnahmeventil EV umfasst. Durch eine Umschaltung eines Absperrventils AV ist diese Pumpe P gleichzeitig für eine Abpumpeinrichtung AE zu einer Entleerung des Mischbehälters M einsetzbar.
Im Verfahren zur Herstellung hochreiner Harnstofflösung HL wird mittels der Anlage A zur Herstellung von demineralisiertem Wasser W beispielsweise Leitungswasser demineralisiert und in dem Lagerbehälter L gesammelt. Im hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung V lediglich einen solchen Lagerbehälter L, es ist allerdings auch eine höhere Anzahl derartiger Lagerbehälter L möglich. Ein Volumen und/oder eine Anzahl dieser Lagerbehälter L ist sinnvollerweise derart dimensioniert, dass stets eine ausreichende Menge demineralisierten Wassers W zur Durchführung des Verfahrens zur Verfügung steht, so dass beispielsweise auch täglich mehrere Verfahrensdurchläufe durchführbar sind.
Zur Herstellung der hochreinen Harnstofflösung HL wird entsprechend eines zu erzielenden Harnstoffanteils in der hochreinen Harnstoffiösung HL eine vorgegebene Menge demineralisierten Wassers W in den Mischbehälter M eingefüllt. Die Menge ist beispielsweise so vorgegeben, dass damit eine Menge festen Harnstoffs HS auflösbar ist, welche in eine vorgegebene Anzahl standardisierter Transportsäcke TS passt. Auf diese Weise entfällt ein zeit- und personalintensives Abwiegen des festen Harnstoffs HS, wozu weitere Geräte erforderlich wären.
Beispielsweise sind zum Auflösen von 3000 kg festen Harnstoffs HS, welcher als so genannte Harnstoffprills in Transportsäcken TS, so genannten Bigbags, mit einem Fassungsvermögen von 1000 kg lieferbar ist, ca. 6300 Liter demineralisierten Wassers W erforderlich, um eine hochreine Harnstofflösung HL mit einem Harnstoffgehalt von 32,5% herstellen zu können. Eine derartige Harnstoffiösung HL entspricht Spezifikationen einer Harnstofflösung, welche unter der Bezeichnung AdBlue ® bekannt ist und zu einer Schadstoffreduzierung von Dieselmotoren in so genannten SCR-Katalysatoren eingesetzt wird. Da bei einem Lösevorgang des festen Harnstoffs HS in demineralisiertem Wasser W eine endotherme Reaktion erfolgt, d. h. der feste Harnstoff HS wird unter Entzug von Wärme aus dem demineralisierten Wasser W aufgelöst, muss das demineralisierte Wasser W zunächst auf eine vorgegebene Ansatztemperatur, beispielsweise 30 0 C, erhitzt werden, bevor der feste Harnstoff HS zugegeben wird. Dies erfolgt im hier dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer als Durchlauferhitzer ausgestalteten Heizanlage H, mittels welcher das demineralisierte Wasser W während einer Befüllung des Mischbehälters M erhitzt wird. In weiteren Ausführungsformen kann die Heizanlage H beispielsweise auch im Mischbehälter M, im Lagerbehälter L oder in einer hier nicht dargestellten Lagerbehälterumwälzvorrichtung angeordnet sein.
Ist die Heizanlage H im Mischbehälter M angeordnet, so wird sinnvollerweise während der Aufheizung das Rührwerk R eingeschaltet, um auf diese Weise das demineralisierte Wasser W gleichmäßig zu erwärmen. Die Heizanlage H kann beispielsweise eine Elektroheizung, eine Wärmepumpe, eine Gasheizung oder eine Ölheizung oder auch eine Kombination verschiedener Heizungsvarianten sein. Auf diese Weise ist je nach örtlichen Gegebenheiten, Möglichkeiten und Erfordernissen eine geeignete Heizungsvariante einsetzbar, welche ökonomisch und/oder ökologisch sinnvoll ist.
Befindet sich eine ausreichende Menge demineralisierten Wassers W mit der vorgegebenen Ansatztemperatur in dem Mischbehälter M, wird eine vorgegebene Menge festen Harnstoffs HS in den Mischbehälter M eingebracht. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem mittels einer Hebevorrichtung HV, zum Beispiel ein Kran oder ein Gabelstapler, eine ausreichende Anzahl der mit festem Harnstoff HS gefüllten Transportsäcke TS über den Mischbehälter M gehoben und in diesen hinein entleert werden. So sind beispielsweise, wenn sich ca. 6300 Liter erhitztes demineralisiertes Wasser W in dem Mischbehälter M befinden, drei Transportsäcke TS, welche jeweils 1000 kg festen Harnstoff HS enthalten, vollständig in den Mischbehälter M zu entleeren, um eine hochreine Harnstofflösung HL mit einem Harnstoffanteil von 32,5 % zu erhalten. Ein aufwändiges Wiegen und Portionieren des Harnstoffs HS ist also nicht erforderlich.
Bereits während des Einfüllens des festen Harnstoffs HS sollte das Rührwerk R im Mischbehälter M eingeschaltet sein, um eine optimale Verteilung und Auflösung des festen Harnstoffs HS zu ermöglichen. Durch das Rührwerk R wird ein Lösevorgang des festen Harnstoffs HS unterstützt. Des Weiteren wird dieser Lösevorgang, welcher bei der in diesem Ausführungsbeispiel angegebenen Menge etwa 30 Minuten dauert, durch die Umwälz Vorrichtung U, welche am Mischbehälter M angeordnet ist, unterstützt. Durch diese Umwälzvorrichtung U ist insbesondere verhinderbar, dass sich fester Harnstoff HS in einem Bodenbereich des Mischbehälters M absetzt, wodurch kein ausreichender Harnstoffanteil in der hochreinen Harnstofflösung HL erreichbar ist.
Über das an der Umwälzvorrichtung U angebrachte Probeentnahmeventil EV wird nach einer vorgegebenen Zeit, nach welcher der feste Harnstoff HS aufgelöst sein müsste, eine Probe der hochreinen Harnstofflösung HL entnommen und analysiert. Beispielsweise sind mittels eines mobilen Konzentrations- und Dichtemessgerätes eine Dichte und/oder eine Konzentration der hochreinen Harnstofflösung HL sehr schnell und einfach ermittelbar. Eine zu hohe Dichte und/oder Konzentration ist durch eine Zugabe demineralisierten Wassers W in den Mischbehälter M korrigierbar. Eine zu geringe Dichte und/oder Konzentration der Harnstofflösung HL ist durch eine Zugabe von festem Harnstoff HS in den Mischbehälter M korrigierbar. Allerdings sind bei einer Zugabe von festem Harnstoff HS aufgrund der endothermen Reaktion während des Lösevorgangs ein weiteres Absinken der Temperatur der Harnstofflösung HL und eine längere Verfahrenszeit zu beachten. Da eine Zugabe von demineralisiertem Wasser W wesentlich einfacher zu handhaben ist, sollte deshalb sinnvollerweise zu Beginn des Verfahrens nur soviel demineralisiertes Wasser W in den Mischbehälter M gefüllt werden, dass die Dichte und/oder Konzentration der Harnstofflösung HL nicht zu gering wird. Sobald durch die Probeentnahme und -analyse festgestellt wird, dass die hochreine Harnstofflösung HL den Vorgaben entspricht, wird der Mischbehälter M vollständig entleert. Dies erfolgt im hier dargestellten Ausführungsbeispiel, indem ein Absperrventil AV umgeschaltet wird, so dass die Umwälzvorrichtung U geschlossen und die Abpumpeinrichtung AE geöffnet wird, wobei die Pumpe P nun zum Abpumpen der hochreinen Harnstofflösung HL eingesetzt wird. Somit ist durch die Umwälzvorrichtung U auch sichergestellt, dass sich kein fester Harnstoff HS vor einer Abflussöffnung des Mischbehälters M gesammelt hat. Würde fester Harnstoff HS mit abgepumpt, könnte sich der Harnstoffanteil in der abgepumpten Harnstofflösung HL noch verändern und eine Qualität der hochreinen Harnstofflösung HL negativ beeinflussen. In einer weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsform ist an der Abpumpeinrichtung AE ein zweites Probeentnahmeventil angeordnet, über welches während des Abpumpens eine Probe der hergestellten hochreinen Harnstofflösung HL entnehmbar und beispielsweise als so genannte Rückstellprobe, z. B. für eine Qualitätsdokumentation, aufbewahrbar ist.
Die hochreine Harnstofflösung HL ist beispielsweise, wie im hier dargestellten Ausführungsbeispiel, in Transportbehälter TB abfüllbar, in welchen sie lagerbar und transportierbar ist. Durch das vollständige Entleeren des Mischbehälters M wird sichergestellt, dass bei einem erneuten Durchlauf des Verfahrens wieder eine vorgegebene Menge demineralisierten Wassers W mit einer vorgegebenen Ansatztemperatur und eine vorgegebene Menge festen Harnstoffs HS in den Mischbehälter M einfüllbar ist und ein vorgegebenes Mischungsverhältnis eingehalten wird.
Die Vorrichtung V zur Durchführung des Verfahrens ist im Vergleich zu Produktionsanlagen nach dem Stand der Technik einfach, zu geringen Kosten und Platz sparend aufzubauen und daher dezentral, d. h. in unmittelbarer Nähe von Verbrauchsstellen errichtbar. Sie ist automatisiert, so dass sie nach nur einer geringen Einweisungszeit bedienbar und eine gleich bleibend hohe Qualität der hochreinen Harnstofflösung HL sichergestellt ist. Zusätzliche aufwändige und kostenintensive Technik oder speziell ausgebildetes Personal ist nicht erforderlich.
Mittels dieser Vorrichtung V ist das Verfahren zur Herstellung hochreiner Harnstofflösung HL zu geringen Kosten dezentral, d. h. in unmittelbarer Nähe von Verbrauchsstellen durchführbar und damit hochreine Harnstofflösung HL kostengünstig produzierbar. Ein Transport der Harnstofflösung HL über große Entfernungen entfällt somit, wodurch erhebliche Kosteneinsparungen erzielbar sind. Insbesondere in entlegenen Gebieten, zu welchen ein Transport von Harnstofflösung HL in Tankwagen schwierig zu realisieren und daher nicht sichergestellt ist, ist mittels der Vorrichtung V und des Verfahrens eine ausreichende Versorgung mit hochreiner Harnstofflösung HL gesichert, und dies zu geringen Kosten, d. h. zu einem günstigen Preis für Verbraucher.
BEZUGSZEICHENLISTE
A Anlage
AE Abpumpeinrichtung
AV Absperrventil
EV Probeentnahmeventil
H Heizanlage
HL Harnstofflö sung
HS Harnstoff
HV Hebevorrichtung
L Lagerbehälter
M Mischbehälter
P Pumpe
R Rührwerk
RS Rohrleitungssystem
TB Transportbehälter
TS Transportsack
U Umwälzvorrichtung
V Vorrichtung
W demineralisiertes Wasser
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