CA1316486C

CA1316486C - Procede de regulation d'une cellule d'electrolyse

Info

Publication number: CA1316486C
Application number: CA000593994A
Authority: CA
Inventors: Bernard Bouche-Pillon; Rene Clair; Jean-Pierre Caujolle
Original assignee: Atochem SA
Current assignee: Arkema France SA
Priority date: 1988-03-17
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1993-04-20
Anticipated expiration: 2010-04-20
Also published as: FI891255A; JPH01294885A; US4952298A; EP0333556A1; PT90024B; FI89187C; FR2628757B1; DE68907094D1; CN1093178C; FI89187B; FI891255A0; DK174442B1; CN1037553A; KR930006342B1; NO176725B; ATE90740T1; ES2043050T3; PT90024A; NO890863L; DK127889A

Abstract

L'invention concerne un procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse, lequel procédé permet notamment de remédier aux inconvénients des dispositifs connus de régulation du fonctionnement d'une cellule d'électrolyse, grâce à la prise en compte des valeurs d'un grand nombre de paramètres, et à un calcul correctif des valeurs de ces paramètres, de manière à permettre la régulation du fonctionnement de l'installation à un rendement maximal. Selon l'invention, la cellule comprend des moyens de mesure et de régulation des débits d'entrée et de sortie, de la température de l'électrolyte, de différentes concentrations et de l'intensité. Tous ces moyens sont reliés à un système de calcul qui détermine quelles sont les valeurs les plus probables des débits, concentrations et intensité. Cette détermination constitue en soi un traitement de cohérence. Le système de calcul délivre alors des signaux à un ou plusieurs des moyens de régulation. Ce procédé est particulièrement utile pour l'électrolyse du chlorure de sodium pour la production de chlore et de soude.

Description

~3~6~86 I

PROCI:DE Dl~ Rl~'GULATION D'UNE CEI.I,II~,E D'ELECTROI,YSE

La présen~e invention concerne un procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse. On l'applique par exemple à l'électrolyse des solutions aqueuses de chlorure de sodium qui est le seul procédé
S industriel~ pour produire du chlore et de la soude.
Très brièvement, au lieu d'utiliser par exemple une mesure de débit pour actionner une régulation de débit et simultanément une mesure de concentration pour agir sur un régulateur de température, on centralise toutes les mesures, on cohere ces mesures avec le bilan complet de la cellule et on delivre des signaux aux différents régula-c teurs.
L'electrolyse est un procédé utilisé industriellement pour pro-dulre par exemple des chlorates de metaux alcalins ou des hydroxydes de métaux alcalins. L'electrolyse des solutions de chlorure de sodium pour produire le chlore et la soude est la plus importante par les tonnages produits et parce que c'est le seul procede industriel utilise au-jourd'hui, voir par exemple KIRK-OT~MER, Encyclopedia of Chemical Technology, 3eme edition, pages 799 a 865.
On sait que la regulation du fonctionnement d'une cellule ou d'un ensemble de cellules d'electrolyse est generalement obtenue par un asservissement utilisant les valeurs de parametres fournis par des capteurs caracteristiques du ou des elements ou composés a l'entree ou a la sortle de l'lnstallation. Ces valeurs permettent de reguler le fonctionnement de l'installation, grace a des moyens de regulation auxquels est applique un signal de consigne, ainsi que des signaux correspondants a certains des parametres (par exemple les teneurs des composes re~iduels en sortie de l'installation). Ces moyens de regula-tion fournissent un signal de commande permettant notamment de comman-der des moyens de reglage de debits des composes introduits dans l'installation.
Ce type de regulation bien connu dans l'etat de la technique.
utilise au moins une boucle de régulation et présente des inconvénients qui résultent du fait que les valeurs des paramètres fournies par les capteurs sont des valeurs approchées de ces paramètres caracteristiques et non pas des valeurs très exactes. Il en résulte qu'un dispositif de - regulation fonctionnant directe~ent à partir des valeurs de paramètres

2 131 6~86 caractéristiques fournies p~r des capteur~, ne permet pa.s d'o~telllr un.
consigne optlmum dc régulation pour qu'une cellule d'electro]yse fonctlonne avec un rendement optiinum.
I'art antérleur propose des systemes de régulation spécificlues aux cellules d'électrolyse. Le brevet US 4.03S.268 propose un dlspositif pour régler l'ecartement de& electrodes dans une cellule d'un procedé
dlt "à mercure". Le brevet europeen EP 99795 decrit un sy~tème de régulation de l'lntensité d'un ensemble de cellules d'electrolyse.
Comme précéde~me~t ces dlspositlfs.ne sont que des regulations conven-tioDnelles améliorées, c'est-a-dlre qu'on a analysé et mesure plus finement un parametre et qu'on l'a envoyé sur un regulateur convention-nel.
L'invention a pour but de remédier aux inco~vénients des dlsposi-! tifs connus de régulation du fonctionnement d'une cellule d'électro-lyse, grâce a la prlse en compte des valeurs d'un grand nombre d~
parametres, et à un calcul correctif. des valeurs de ces parametres, de manière à pexmettre la régulation du.fonctionnement de l'installa-tion à un rendement maximal. Ce calcul correctif est en falt un calcul de cohérence des valeurs des parametres mesurés.
La présente invention concerne un procede de regulation d'une cellule d'électrolyse comprenant :
a) des moyens de mesure fournissant des signaux de mesure des débits d'au moins un des produits d'entree ou d'au moins un des pro-dults de sortie, b) éventuellement des moyens de regulation de débit d'au molns un des produits d'entrée ou de.sortie, c) au moins un moyen de mesure de la température de l'electrolyt~
et éventuellement au moins un moyen de régulation de cette température, d) des moyens de calcul reliés aux moyens de mesure (a) des débits, et aux moyens de mesure (c) de la température de l'électrolyte caractérisé en ce que :
(i) les moyens de calcul (d) sont reliés a au molns un moyen de mesure de l'intensité, (ii) les moyens de calcul (d) effectuent de~ traitements de cohérence des mesures de débit fournies par les moyens (a) et de la mesure de l'intensité, et, (iii) l.es moyens de calcul fournissent au moins un signal ~316~86

- 3 --amélioré par 1e traitement de cohérence et applicable à au moins un moyen choisi dans le groupe constitué par les moyens (b) de régulation des débits si de tels moyens sont présents, un moyen de régulation de l'intensité et le moyen de régulation de la température si ce dernier moyen est également présent.
Par cellule d'électrolyse, on entend tout dispositif dans lequel s'effectue au moins une réaction chimique sous l'action d'une différence de potentiel et d'une intensite fournie par un générateur électrique; c'est par exemple l'électrolyse du chlorure de sodium pour produire le chlorate de sodium, de l'acide fluorhydrique pour produire le fluor élémentaire ou du chlorure de sodium en solution aqueuse pour produire le chlore et la soude, qu'on appelle 'électrolyse chlore/soude". Cette électrolyse chloretsoude est généralement effectuée selon 3 procédés, tous les trois utilisés industriellement, à savoir:
- le procédé à mercure, - le procédé à diaphragme - et le procédé à membrane.
Le terme "cellule d'électrolyse" désigne aussi un ensemble de cellules d'électrolyse. Par produit d'entrée, on entend tout flux de matière qui entre dans la cellule, par exemple la solution de chlorure de sodium. Par analogie un produit de sortie désigne un flux de matière sortant de la cellule, c'est par exemple la solution de soude et de chlorure de sodium d'un procédé à diaphragme, ou les solutions de soude et les solutions de chlorure de sodium appauvries des procédés à membrane et mercure. Par exemple, le courant gazeux essentiellement formé d'hydrogène est aussi un produit de sortie d'une cellule d'électrolyse chlore/soude. Les moyens de mesure (a) représentent tout système habituel de mesure d'un débit gazeux ou liquide tel qu'un diaphragme, un venturi, un compteur par exemple. Tous - 3a - 1316~86 ces systèmes délivrent un signal représentant le débit, le signal peut être sous forme électrique tel qu'un voltage ou une intensité et être soit analogique soit numérique, ou aussi sous forme radioélectrique. Ce peut être aussi un S signal pneumatique qu'on peut convertir en signal électrique.
Les moyens de régulation (b) sont par exemple des moyens qui agissent par variation de la perte de charge d'un produit d'entrée ou de sortie~ Généralement on utilise des vannes` pneumatiques ou des electrovannes. On peut aussi utiliser des pompes a variation de vitesse.

T,es moyens (c) de mesure de la température de l'électrolyte sont des moyens c~nn~s en eux-mêmes, il3 peuvent etre situé~ dans la cellule prcs des électrodes ou sur une tubulure dans laquelle passe l'électro-lyte en entrée ou en sortie de la cel]ule. Comme les tnoyens (a), ils déllvrent des signaux, le plus sollvent électriques, représentant la température. I.e moyen de régulatton de la température de l'électrolyte peut être cholsl parmi les moyens connus en eux-memes d'échange ther-mique, on peut aussi agir 6ur la température de l'électrolyte en entrée de la cellule a l'aide de ces moyen~.
lOLes moyens de calcul (d) 80nt au~si des moyens connus en soi et compreGant par exemple de~ circuits électroniques de calcul analogiques ou numériques ou analogiques et numériques et qui sont reliés aux moyens de mesure (a) et (c) par des liaisons conventionnelles. Les ( moyens de calcul (d) sont de préférence des dispositifs de type ordina-IS teur pouvant effectuer des opérations numérlques et loglques selon des instructions préenreglstrées et selon des valeurs préenregistrees et - des valeurs ou des lDformatlons transmises par les moyens de mesure (a) et (c). Ces moyens de calcul (d) sont de préférence complétés par des moyens de visualisatlon tels que des écrans ou des imprimantes et des moyens de conserver les informatlons tels que des moyens magnétiques.
L'intensité de la cellule désigne l'intensité électrique qu'on mesure entre les électrodes ou par exemple entre les anodes et le lit de mercure dans le cas d'une cel]ule a mercure. "L'intensité" désigne aussi l'intenslté d'un ensemble de cellules. Les moyens de mesure de l'lntensité sont les moyens habituels utilisés par les électrlclens de même pour les moyens de régulatlon de cet~e lntensité. Pour réguler l'intensité, on peut utiliser par exemple une action sur la tension des diodes, du ou des redresseurs ou aussi sur l'angle d'amor~age de~.
thyristors des redresseur~. Les moyens de mesure peuvent aussl etre confondus avec les moyens de régulation.
Les moyens de mesure de l'intensité comme les moyens (a) et (c) délivrent des signaux représentant cette intensité. Ces slgnaux analo-glques ou numériques sont de préférence de nature électriques. Les moyens de mesure de l'intensité sont reliés aux moyens de calcul (d).
Ces liaisons sont le plus souvent matérialisées par des cables conduc-teurs de l'électricité, mais on ne sortirait pas du cadre de l'inven-tion en utilisant des liaisons par ondes radio ou infra rouge.
La mesure de l'intensité, la (ou le5) mesure fouruie par les ~316~8~
moyens (a~ et 18 (OU les) mesure dc ~empérature ~ournie par ]e moyen (c~ sont reliées aux moyens de calcul (d) qui effectuent des tralte-ments de coherence de ces mesures ; c'est-à-dire que les moyens de calcul (d) à l'aide de méthodes ~athématiques et des lols de la physl-que et de la chimie qui s'appllquent a l'électrolyse, comparent cesmesures entre elles, les corellent par le bilan meme partiel de la cellule d'électrolyse, et détermlnent des valeurs les plus probables des valeurs mesurées et des autres valeurs qu'on ne mesure pas et qu'ou déduit par calcul, et peuvent ainsi fournir un signal amélloré (par ces moyens de calcul (d)) et applicable aux moyens de regulation, soit de l'un des déblts, soit de l-'intensité, soit de la température de l'elec-trolyte. On dit que les moyens de calcul (d) font des traitements de coherence. Le princlpe du traitement de coherence sera explique en détail plus loin.
lS Selon l'invention 11 est essentlel de mesurer le débit de l'un des produits dlentrée ou de sortie, on peut choislr par exemple daus l'electrolyse chlore/soude, le deblt de saumure ou le débit d'eau, ou le débit de soude. Il est aussi essentlel de mesurer la température de l'electrolyte ainsi que l'intensite electrique, puis on cohere toutes ces mesures éventuellement en les reliant par des relations physico chimlques qu'elles doivent respecter par exemple la quantite d'hydro-gene produite peut être reliee à l'intensité. Les moyens de calcul (d) fournissent au moins un signal de régulation appllcab]e aux moyens de régulation de l'intensité ou de l'un des prodults d'entrée ou de sortie, ou de la température. On peut choisir de reguler un produit d'entrée ou de sortie different de celui dont on a utilisé la mesure pour le calcul de coherence. Par exemple le debit d'hydrogene en sortle de la cellule, la temperature de l'electrolyte et l'intensite sont utilisés dans les moyens de calcul pour delivrer un slgnal applicable a la régulation du débit de la solutlon a électrolyser.
Les moyens de calcul (d) fournissent en parallele du slgnal applicable a la régulation les valeurs cohérées des débits et de l'intenslté. On peut alnsi counaltre parfaitement les condit~ons de fonctlonnement de la cellule d'électrolyse. Le ou les signaux applica-bles aux moyens de régulation représentent en fait les points de consigne des différents régulateurs. Ces signaux représentant des valeurs de débit, de température ou d'intensite resultent du calcul de coherence e~ d'un ou plusieurs criteres qu'on se fixe, tels que par ~3~6~
~, exemple production mlximum, ou telle valeur de l'lntens1t~ <i ne p.l~;
depasser, et.... On peut aiusi au vu du bllan collérent issu du calcul de cohérence et ~elon dlfferent~ critères aglr l;ur le ou lcs régulateurs, c'est-a-dlre qu'on modifie manuellement le polnt <le con~igne du ou des régulateurs.
On pourrait, selon une forme préférée de l'inventlon, faire un traltement de cohérence de plusieurs déblts et faire en sorte que les moyens de calcul (d) fournlssent plusieurs slgnaux de regulation applicables a un ou plusieurs des éléments du groupe constitue par les moyens ~b) de régulation des débitK, un moyen de régulation de l'inten-sité et un moyen de régulation de la température.
Le traitement de cohérence va maintenant être expliqué en détail, a partir d'un exemple de calcul.
On considere ~ne conduite qui tran~porte un fluide lncompressibl~
et que sur cette conduite sont installés deux debitmetres massiques A
et B.
Le débitmetre A possede un capteur a turbine et le débitmetre B
possede un capteur a orifice déprimogene par exemple. Un relevé simul-tané des deux appareils donne :
Pour le débitmetre A la valeur m~ = 100 Pour le débltmetre B la valeur mB = 105 Dans ces conditions, il y a mesure d'une grandeur unique par des moyens indépendants qui donnent deux valeurs différentes de la valeur vraie de la mesure notée M dans ce qui suit.
Il s'agit de calculer deùx valeurs mA et mB plus voisines de M que ne le sont les valeurs mA et mp.
Le constructeur de l'appareil A indique qu'il a effectué, sur le débit M, une série de n expériences qui lui ont donné un ensemble WA de mesures de M.
L'écart-type de l'en~emble WA est sA = 2 par e~emple, et sa moyenne est M.
L'ensemble WA a une loi de distribution normale, c'est-à-dire que la densité de probabilité de la loi est, de maniere connue :

- 1 ~M - m~
1 .e 2 ~ SA
A ~

7 1316~86 Le constructeur de l'appareil B lndlque qu'il a lui ~U8Si réalisé
une série de n expérlence~ 6ur le débit M et qu'il a obtenu l'ell~emble WB des mesures de M.
L'écart-type de l'ensemble WB est sB = 4 par exemple, et sa moyenne est M.
Cet ensemble a également une denslté de probabllité :

l_ .e \ B
l B ~
Dans l'ensemble WA, la probabillté d'obtention d'une valeur m'A
aussi voisine que possible de la valeur mA a pour expression :

Prob (mA-dm/2~m' A~mA~dm/2) = 1 .e _ 1 (M m ~ d . . S ~ ~ A
où dm est l'élément différentiel de la varlable m.
Dans l'ensemble WB, la probabilité de réalisation d'une valeur m'B
aussi voiæine que possible de la valeur mB a pour expression :

Prob (mB-dm/2<m' B~mB+dm/2) = 1 (M - m'~
SB ~ ~ 2 SB
(, .
Z5 Lorsque deux évènements A et B sont lndépendants, la probabilité
composée de voir se réaliser à la fois A et B a pour expression :
~rob (A~ B) = prob (A) x prob (B) En effectuant le changement de variables sulvant :

M ~ m'A
A
M - m' B = B
B
La probabilité de réallsatlon simultanée dans les ens~mbles WA et ~L316~8~

Wl~, des valeurs m'A et m'l~ res~ectivelllent aussi volfiines qu~ possibl~
des ~aleur~ observees mA et m~, a pour expression :

Prob ~(mA-dm/2<m A<mA+dm/2) ~ (mn--dm/2<m~B<mB+dm/2)~ =

2 2 /2 2\
-X -X - ~ + X
A B _ A Bl dm _ .e 2 2 e 2 .dm A B .e 2~ ~SA SB
L'examen de l'expression analytlque qui quantifie la probabilite cherchée montre, a l'évidence, que la probabilite croIt d'une fason ( 'monotoue lorsque 1e terme :

X + X
A B
- 2 decroIt.

En d'autre~ termes : la probabilite d'obtenlr simultanement dans les ensembles WA et WB, les valeurs mA et mB, est maximum quand le terme :

X + ~
A B
2 est minimum.
.
Ainsi, lorsque :

X + X
A B

_ 35 est minimum, les valeurs les plus probables de mA et de mB recherchees sont :

9 1316~8~j A mA ~~ ~AX~ = M ~ m' 1~ B S13Xl~ = M ~ nlR - m' Puisque le8 appareil.s A et B mcsurent une grandellr uniq~e M, il faut rechercher l'egalité des valeurs m~ et mB.
On note y = m~-mB la contrainte logique sur les estimatlons m. Le probleme numérique est alors de calculer slmultanem~nt :

X + X
A B
Io~ 2 minimum sous la contrainte y = 0.

Puisque y - 0 , il est équivalent de minimaliser la fonction auxiliaire X + X
z = A B + k.y où k est une nouvelle lnconnue du probleme et qu'on appelle multiplicateur de Lagrange.

La fonction æ possede un extremum lorsque les dérivees par rapport a XA et a XB s'annulent, c'est-a-dire :
( az o axA

a7~ o axB

tous calculs effectués, ces deux equations ont pour expression le systeme :
XA + kSA = 0 (1) XB ~ ~SB =

Io ~ 3 ~ fi Les variables XA et XB, remplacées dans 1~eY~Pre9SiOn de 1a colltrainte (mA-i SA X ~ = mB ~~ Snx~) ~ donn~ a~orS

kSA ~- kSB = n'A

c'est-à-dire :

k = ~
SA + SB
La valeur de k reportee dans le systeme (1) do~ne :

l~ .
X = SA (mA ~ mB) SA + SB

X = SB (mA ~ mB) SA + SB
Finalement :

SA-(mA ~ ~B) A A S2 ~ s2 A B

SB (mA ~ mB) SA + S~

L'application numerique des ré~ultatR precedents est :

^ 100 4 (100 - 105?

4 + 16 105 + 16 (100 - 105) = 105 - 4 = 101 4 + 16 ] 1 1 ~ 1 6 ~
valeur ~ plus probable (et non pas 1a valeur certainement la p]us voisine) de M est egale à 101.
~e~ valeurs coh~rentes des ~esures m~ et mn sont :

= ml3 = 101 La certitude d'obtenir des valeurs m plu8 voislnes de la valeur vraie que ne le sont les valeurs brutes m, est obtenue en multlpliant les relevés de mesures brutes et leur traltement.
~a reduction de l'erreur est de 50 % pour la mesure A e~ de 66 %
pour la mesure B dans le cas où ia valeur vraie est égale à 102, et l'erreur residuelle de B change alors de sens.
L'efficscité du traitement augmente avec le nombre de.redondances des mesùres brutes et avec le nombre d~ traitements répetes et aussi avec.les précisions et/ou les erreurs absolues des mesur~s. Le calcul de cohérence peut être étendu a un nombre quelconque de mesures brutes soumises a Ym certain nombre d~ contraintes. pourvu bien sur que le nombre de contraintes soit inferieur au nombre. de mesures. On peut utlliser par exemple la méthode décrite par G.V. REKLAITIS, A. RAVIN-DRAN et K.M. RAGSD~LL dans "Engineering optimization, Methods and applicatlons", edieions John Wiley and sons 1983, pages 184-189. Le ZO calcul de cohérence tlent compte par exemple de la conservation des atomes dans une réaction chimique, de la conservation du bilan enthal-pique, de la conservatioD d~s électrons, des charges ou du bilan électrochimique.
Selon une autre forme de l'invention, le signal amélioré par le traitement de cohérence est appliqué directement à au moins un des éléments du groupe constitué par les moyens (b) de régulation des débits, un moyen de régulatlon de l'inten~ité et le moyen de régulation de la temperature. Cette liaison se fait psr les memes moyens que par exemple la liaison des moyens de mesure (a) et de~ moyens de calcul (d), ce sont des llaisons analogiques, numeriques, electriques ou pneumatlques, ou un mélange de ces techniques par exemple fonction des distances et des puissances des signaux nécessaires pour attaquer les régulateurs. Selon une autre forme de l'invention les moyens de ca]cul (d) ne sont pas tous appliques directement au moyen de régulation. Par exemple, on peut avoir une régulation directe d'un debit d'entree et un 12 1~16~8f~
slgnal applica1)1e à la température d'entrée de l'électrolyte on modifie donc manuellement le point de con~igne de cette température d'entree de l'é]ectrolyte.
Selon une autre forme préférée de l'invent~on, la cellule d'élec-trolyse peut comprendre des moyens de mesure (e) fournissant dessignaux de mesure des teneurs d'au molns un des prodults choi61s parmi les produits d'entrée et les produits de sortie ~t ces signaux sont reliés aux moyens de calcul (d).
Par "teneurs" on entend les concentrations dans le cas d'une phase liquide ou le p~ ou la concentration ou pression partielle dans le cas d'une phase gazeuse. Il ~n'e~t pas nécessaire de mesurer toutes les concentrations d'un produit d'entrée ou de sortie, i~ suffit par exemple dans l'électroly#e chlore/~oude, de conna~tre la teneur en oxygène dans le chlore en sortie. Cette mesure en s'ajoutant aux mesures précédentes, c'est-à-dire le debit d'un des produits d~entree ou de sortile, la température de l'électrolyte et l'intensite permet d'ameliorer la coherence. SeIon une autre forme preferee de l'invention on peut mesurer des teneurs d'autres produits d'entree et de sortie ou plusieurs teneurs de l'un des produits et seulement une teneur d'un autre produit. Par exemple dans le cas de l'electrolyse chlore-soude~
on prefère mesurer l'oxygène dans le chlore, et à la fois la soude et le chlorure dans le produit de sortie de la cellule.
Selon une autre forme préférée de l'invention, les moyens de calcul (d) peuvent aussi fournir un ou des signaux ameliores par le eraitement de cohérence et applicables à des moyens de contrôle d'uu element de la teneur d'un produit d'entrée ou de sortie. Par exèmple on peut modifler la teneur du prodult d'entree en compose devant etr~
electrolysé en ajoutant un diluant ou du produit pur à electrolyser pour en augmenter la teneur. Ainsl par exemple, dans l'electrolyse du chlorure de sodium on peut a~outer du chlorure de sodium dans le produit d'entrée pour augmenter la concentratlon en chlorure ou ajouter de l'eau pour abais~er cet~e concentration, on peut aussi modifier son pU.
On peut, comme pour les produits d'entree ou de sortie, mesurer une teneur et en reguler une autre, soit d'un même, soit d'un autre produit d'entrée ou de sortie. Les moyens (d) peuvent aussi fournir des slgnaux appllcables et des s~gnaux appliques directement.
Selon une autre forme preferee de l'invention, la cellule pellt ~ 3~6~
l3 comprendra des moyens de mesure (f) d'au moins tJII paramctre choisi parmi la pression et la temp~rature, ledit: parametre appartenallt .l au moins un des élements du groupe constitue par les produits d'entree, les produits de sortie et les compartiments de 1~ cellule, et en ce que ces moyens de mesure (f) sont relies aux moyens de calcul (d).
Bien évidemment ces températures ne concernent pas la température de l'électrolyte dans la cellule d'electrolyse dont on tient tou~ours compte.
Selon une autre forme preferee de l'invention, la cellule peut comprendre des moyens de régulation (g) d' 8U molns un paramètre choisi parmi 18 presslon et la temperature, ledlt parametre appartenant a au molns un des elements du groupe constitue par les produits d'entree, les produits de sortie. Ces moyens de calcul (d) fournissent de~
(signaux de regulation, certains applicables aux moyens de regulation l5(g), d'autres appllques dlrectement aux moyens (g).
La pression ou la température qu'on régule par un signal issu des moyens de calcul (d), peut être celle qu'on a mesure ou une autre.
C'est ainsi qu'on peut, par exemple, mesurer la temperature du produit d'entree à electrolyser, tenlr compte de cette mesure dans le calcul de 20coherence et reguler avec un signal ameliore par le calcul de coherence et issu des moyens de calcul la pression d'un gaz issu d'ur.e des electrodes.
La présente invention est partlculierement utile dans l'electro-lyse chlore-soude.
25Dans l'application consideree du disposltif de régulation de l'lnvention, l'expérience montre que le traltement de coherence effec-tue sur les valeurs des teneurs des debits mesurées et de l'intensité
permet un fonctionnement de cette installation a un rendement optimum.
Dans les installatlons de l'état de la technlque, qui n'utilisent pas 30ce traitement de coherence dans ce type d'application, et qui notamment ne traitent pas par coherence des valeurs de débit des composés réac-tifs en entrée ainsi que l'intensité, et éventuellement les valeurs des teneurs de ces composes en sortie, le rendement est bien inférieur.
La présente invention est plus particulierement utile dans le cas 35du procédé d'électrolyse à membrane, le flux d'hydrogene pouvant etre relie dlrectement au flux d'electrons.
Les moyens de calculs fournissent aussi les étapes in~ermediaires des ca]culs et surtGut les valeurs les plus probables qu'on peut donc ", 1316~8~
com~-arer avec les valeur~ mesUréeH. Leur diLference e~;t exprim(~c r;ous forme d'~m coefficient de correction. L'~fflch~ge en perloanence de ce~
eoefficients de corrections pennet de g~rer le fonctionnement de ],a cellule ( ou d'un ensemble de cellules) en conservant la ma~trise du procédé.
L'exemple suivant lllustre une cellule d'electrolyse chlore/soude d'un procedé à membrane.

VALEURS`N~SUREES
Debit de la saumure entrée (l/h) 950 Température saumure entree (C) 44 Concentratlon NaCl entree (g¦l) 303,8 Concentration sulfate entree (e~ SO4) (g/l) 2,9 Concentra~ion NaOH entree (g/l) 0,22 Concentration Na2CO3 entree (gll)0,87 pH entrée 8 Debit soude/eau entrée (l/h) 74 Température soude/eau entree (C) 40 Concentration soude/eau entree (% massique) 0,0001 Debit soude sortie (l/h) 229 Température sGude sortie (C) 84 Concentration soude sortie (~ massique) 33,1 Debit saumure sortle (l/h) 765 Température saumure sortie (C) 82 Concentration sel sortie (g/l) 209,1 Concentration sulfate (en SO4) sortie (gll) 3,6 Concentration CLO (en CLO) sortie (g/l) 1,99 Concentratlon CLO3 (en CLO3) sortie (gll) 0,16 pH sortie 3,9 Oxygène dans chlore (X volumique)2,4 l~tensité de la cellule (k-amp) 70,5 Voltage de la ~ellule (Volt) 3,43 1~16~8~
Presslon ~ortle 112 (mmCE) hO
Pres~sion ~sortie C12 (mmCE) 20 Températ~re ambiante (C) 25 Rapport entre l'erreur relatlve de la mesure de l'in~ensité et des erreurs relatives sur les autres flux 0,1 13~6~
I h V~LEURS ! I~RREURS ! VAl.F.URS ! ECART !
! I~`l,UX Ml~.SllRES '~ 3MI~" r~ COURIGI~S ! MI~SUI~I~rS ! Dr~, Ml~'- ! COI~I~.- ! EN
! SIJRli EN ! Rl~,ES
"DBMAC" ! ! %
i- I ~i i ! N01 : Intensité en ampères !70500~0 ! 0~5 ! 70453~6 ! 0~065 !
! N02 : Eau dans saumure entrée !
! g/h ! 831375,4 ! 5,0 ! 869903,7 !-4,634 !
! N03 : Sel dans saumure entree !
! g/h ! 288610,,0 ! 5,0 ! 302221,7 !-4,716 !
! N04 : Sulfàte dans saumure I entrée g/h ! 4075~1 ! 5~0 !4074~8 ! 0,006 !
! N05 : HCl dans saumure entree !
! g/h 10,0 ! 5~0 !0~0 ! 0~000 !
! N06 : Soude dans saumure ! entree g/h !209~0 ! 5,0 !209~0 ! 0,007 !
! N07 : Carbonate dans saumure l. ! entree g/h !826~5 1 5~0 !826~7 ! 0~035 !
! N08 : eau dans saumure sortie !
! g/h ! 680939~8 ! 5~0 ! 669913~4 ! 1~619 !
! N09 : sel dans saumure sortie !
! g/h . ! 159961,5 ! 5,0 ! 157264,5 ! 1,685 !
! N010: Chlore dissous dans sau-! ! !! !
! mure sortie g/h !156~1 ! 5~0 !156,1 !-0~025 !
! N011: Sulfate dans saumure ! . fiortle g/h !4073~6 ! 5~0 !4074,8 !-0,029 !
! N012: Chlorate dans saumure sortie g/h !489~7 ! 5,0 !490~0 !-0,057 !
! N013: ~ypochlorite dans sau-! mure sortie g/h !1551~9 ! 5,0 !1555,4 !-0,227 !
! N014: acl dans saumure sortie !
! g/h !3~5 ! 5~0 !3~5 ! 0~000 !
! N015: Alimentation eau/soude ! debit eaù g/h !73790,5 !5,0 !73535,9 ! 0,345 !
! N016: Alimentation eau/soude ! debit soude g/h !0,0 ! 5~0 !0,0 ! 0~345 !
! N017: Production soude débit ! eau g/h ! 208252~1 ! 5sG ! 201893,2 ! 3,053 !
! N018: Productlon soude débit ! soude g/h ! 103036~5 ! 5~0 ! 99890~3 ! 3~053 !
! N019: Production ~ debit eau !
! entrainee g/h ! 8087,1 ! 5,0 !8081,8 ! 0,065 !
! N020: Productlon H2 debit hy- !
! drogène g/h ! 2630~2 ! 5~0 !2628,5 ! 0,065 !
! N021: Production Cl2 debit eau!
! entrainee glh !16704~4 !5~0 !17198,3 !-2,956 !
! N022: Production Cl2 debit chlore glh !84037~1 !5~0 !86368~2 !-2~773 !
! N023: Production C12 debit oxygène glh - !909,0 ! 5~0 !913,1 ! 0~454 !
! N024: Productiou C12 debit C02!! I ! !
! g/h ! 343,0 ! 5,0 ! 343,1 ! 0,036 !
! !! ! ! !

171~16/~
R~CONSTITUTION DLS FLUX COHY,RF.S
lntensité de la cellule 70454 amperes Rendement faraday cathodiq1lc 95,01 %
Rende~ent faraday anodique 92,56 %
Rendement faraday anodlque 95,34 % apres déchloratlor, Saumure entrée corrigée débit . 994,0 l/h Concentration NaCl 304,0 g/l Conc~entration sulfate (en S04) 2,77 g/l Saumure sortie corrigée débit 752,6 llh ( Conceutration NaCl 209,0 g/l Concentration sulfate (en S04) 3,66 g/l Concentration chlorate (en Cl03) 0,163 g/l Concentration CLO (en CLO) 2,03 g/l Entrée soude/eau corrigée Débi~t soude/eau entrée73,7 l/h Concentration soude entrée 0,0 %

Sortle ~oude corrigée Débit soude sortie 222,0 l/h Concentration soude sortie 33,10 %
( .
Pureté du chlore Pourcentage oxygene/chlore 2,33 %

Production de la cellule Débit de chlore borne cellule 86,368 kg/h Débit de chlore total88,962 kg/h Productlon de soude 100 % 99,890 kg/h Production hydrogène2,629 kg/h HCl pour déchloration1,08 kglh en 100 %

Consommatlon electrlque l~ 1316l~8~

Production ~oude A 2419,0 Icwh/toune de 100 %
Product~oll chlore A 2716,0 kwh/toune de chlore total ~ ans cet exemple on n'a représenté que les résultats du calcul de cohérence. Il n'est pas possible pour des rai30ns de clarté de repré-S senter les varistions de ces paramètres au cours du temps. A l'alde desvaleurs cohérées on peut aglr sur certains points de consigne de regulateurs. Dans ce cas de figure on cholsit de reguler les debits et temperature de la sau~ure entree ainsi que les débitg et température de l'allmentation en eau.
Un autre avantage de l'invention appara~t ici, a savoir qu'on peut, en consultant les ecarts relatifs, trouver quelle mesure est défaillante et doit être réparée.

Claims

1. Procédé de régulation d'une cellule d'électrolyse comprenant:
a) des moyens de mesure fournissant des signaux de mesure des débits d'au moins un des produits d'entrée ou d'au moins un des produits de sortie, c) au moins un moyen de mesure de la température de l'électrolyte, et d) des moyens de calcul reliés aux moyens de mesure (a) des débits et au moyen de mesure (c) de la température de l'électrolyte caractérisé en ce que:
(i) les moyens de calcul (d) sont reliés à au moins un moyen de mesure de l'intensité;
(ii) les moyens de calcul (d) effectuent des traitements de cohérence des mesures de débit fournies par les moyens de mesure (a) et ceux de la mesure de l'intensité, et, (iii) les moyens de calcul fournissent au moins un signal amélioré par un traitement de cohérence et applicable à au moins un moyen choisi dans le groupe constitué par des moyens (b) de régulation des débits d'au moins un des produits d'entrée ou de sortie, un moyen de régulation de l'intensité et un moyen de régulation de la température.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que les moyens de calcul (d) fournissent au moins un signal de régulation directement appliqué à au moins un moyen choisi dans le groupe constitué par des moyens (b) de régulation des débits d'au moins un des produits d'entrée ou de sortie, un moyen de régulation de l'intensité et un moyen de régulation de la température.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la cellule d'électrolyse comprend des moyens de mesure (e) fournissant des signaux de mesure des teneurs d'au moins un des produits choisis parmi les produits d'entrée et les produits de sortie, et en ce que ces moyens de mesure (e) sont reliés aux moyens de calcul(d).

4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la cellule comprend des moyens de mesure (f) d'au moins un paramètre choisi parmi la pression et la température, ledit paramètre appartenant à au moins un des éléments du groupe constitué par les produits d'entrée, les produits de sortie et les compartiments de la cellule, et en ce que ces moyens de mesure (f) sont reliés au moyen de calcul (d).

5. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la cellule d'électrolyse régularisée est une cellule d'électrolyse chlore/soude.