Echtzeitkontrolle der Harnstoffkonzentration

Die wässrige Harnstofflösung AUS32 (Aqueous Urea Solution), auch bekannt als AdBlue oder Diesel Exhaust Fluid (DEF), spielt eine entscheidende Rolle bei der Reduzierung schädlicher Emissionen moderner Dieselmotoren. In Fahrzeugen mit Selective Catalytic Reduction (SCR)-Technologie wird diese wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrom eingespritzt, wo sie zu Ammoniak zerfällt und Stickoxide (NOx) in harmlosen Stickstoff und Wasserdampf umwandelt. AdBlue ist eine hochreine, transparente Flüssigkeit, die aus 32,5 % synthetischem Harnstoff in demineralisiertem Wasser besteht. Die Einhaltung dieser exakten Konzentration ist essenziell für eine optimale Leistung des SCR-Systems sowie für dessen langfristige Betriebssicherheit. Die kontinuierliche Überwachung der Harnstoffkonzentration stellt daher einen entscheidenden Prozessschritt in der AdBlue-Produktion dar. Diese katalytischen Abgasnachbehandlungssysteme reagieren äußerst empfindlich auf Verunreinigungen oder Kontaminationen in AdBlue/DEF, was zu schweren Schäden, Fehlfunktionen oder kostspieligen Ausfallzeiten der SCR-Komponenten führen kann.

Warum die Überwachung der Harnstoffkonzentration in der automobilen AdBlue/DEF-Produktion essenziell ist

Die Herstellung von AdBlue erfolgt durch das Mischen von hochreinem Harnstoff mit destilliertem Wasser unter kontrollierten Bedingungen. Typische Prozesstemperaturen liegen zwischen 25 °C und 50 °C, gefolgt von einer Abkühlung vor der Lagerung. Alternativ kann AdBlue durch das Auflösen fester Harnstoffgranulate in erwärmtem Wasser (40–45 °C) hergestellt werden. Bei beiden Produktionsverfahren ist eine präzise Konzentrationskontrolle zwingend erforderlich. Gemäß ISO 22241 muss jede produzierte Charge eine Harnstoffkonzentration von 32,5 % aufweisen sowie Abweichungen von mehr als ±0,8 % vermieden werden. Selbst geringfügige Abweichungen können:

• die NOx-Umwandlungseffizienz reduzieren
• Komponenten des SCR-Systems beschädigen
• Betriebs- und Wartungskosten erhöhen

Traditionelle Offline- Laboranalysemethoden sind zeitaufwendig und erlauben keine unmittelbaren Korrekturmaßnahmen. Eine Echtzeitüberwachung ist daher für moderne Prozesskontrollen unverzichtbar.

Brechungsindex als Process Analytical Tool (PAT) zur Echtzeitüberwachung der AdBlue-Konzentration

Der Brechungsindex (RI) ist ein zuverlässiger und anerkannter Parameter zur Bestimmung der Konzentration von Harnstofflösungen. Er liefert direkte Informationen über die Zusammensetzung der Flüssigkeit und ermöglicht eine kontinuierliche Überwachung des Produktionsprozesses. Durch die Umrechnung des Brechungsindex in eine kalibrierte Harnstoff- oder AdBlue-Konzentrationsskala kann der Prozess in Echtzeit geregelt werden. Die Inline-Messung des Brechungsindex ermöglicht:

• sofortige Erkennung von Konzentrationsabweichungen
• automatische Anpassung der Wasserzugabe
• stabile und reproduzierbare Produktqualität
• Beitrag zur sicheren NOx-Abgasreinigung

Für eine optimale Prozesskontrolle sollte das Prozessrefraktometer vor dem Abfüllprozess sowie vor der Überführung in die Lagertanks integriert werden. Abhängig vom Anlagenaufbau kann das Refraktometer entweder direkt über geeignete Prozessanschlüsse in das Rohrleitungssystem integriert oder in einem Puffer- bzw. Konditionierungstank vor den Lagertanks installiert werden. Basierend auf den gemessenen Konzentrationswerten können die digitalen Ausgänge des Refraktometers zur automatischen Ansteuerung von Ventilen genutzt werden. Dadurch lässt sich entweder konzentrierte Harnstofflösung oder Wasser gezielt nachdosieren, um die erforderliche AdBlue/DEF-Konzentration innerhalb der Spezifikation einzuhalten.

Lösung von SCHMIDT + HAENSCH zur Messung der Harnstoffkonzentration in der automobilen AdBlue/DEF-Produktion

SCHMIDT + HAENSCH bietet moderne Inline-Prozessrefraktometer (iPR) zur zuverlässigen und hochpräzisen Überwachung der AdBlue/DEF-Konzentration in industriellen Produktionsprozessen für automobilen Harnstoff an. SCHMIDT + HAENSCH unterstützt so die Einhaltung der Anforderungen der ISO 22241 zur Qualitätskontrolle von AdBlue/DEF. Der Einsatz des SCHMIDT + HAENSCH iPR FR2 (Full-Range Inline prozess refractometer) oder des iPR C2 (Compact Inline process refractometer) bietet eine robuste und zuverlässige Lösung zur Echtzeitüberwachung der Harnstoffkonzentration während der AdBlue/DEF-Produktion. Installiert hinter dem Wärmetauscher sowie vor der Lagerung oder Abfüllung misst das Refraktometer kontinuierlich die Konzentration der Harnstofflösung gemäß ISO-22241 und stellt sicher, dass die geforderten Spezifikationen eingehalten werden. Da sowohl die exakte AdBlue-Qualität in Prozent als auch der DEF-Harnstoffgehalt entscheidende Qualitätsparameter in jedem AdBlue/DEF-Produktionsprozess sind, ist eine kontinuierliche Inline-Überwachung essenziell, um Produktkonsistenz und die Einhaltung der ISO-22241-Anforderungen sicherzustellen. Bei Konzentrationsabweichungen, beispielsweise wenn die Adblue-Konzentration zu hoch ist, kann das System automatisch eine Korrekturdosierung von destilliertem Wasser über digitale Ausgangssignale auslösen und dadurch eine stabile Produktqualität sowie eine effiziente Prozesskontrolle während der gesamten Produktion gewährleisten. Bei Batch-Produktionen unter Verwendung von Harnstoffgranulat kann das Refraktometer direkt im Mischtank installiert werden. Es überwacht den Auflösungsprozess und steuert die Dosierung in Echtzeit, wodurch eine schnelle und effiziente Produktion ermöglicht wird.