CH643003A5 - Dispositif de recuperation des gaz formes lors de l'electrolyse des chlorures alcalins. - Google Patents
Dispositif de recuperation des gaz formes lors de l'electrolyse des chlorures alcalins. Download PDFInfo
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Description
La présente invention concerne un dispositif de récupération des gaz formés lors de l'électrolyse des chlorures alcalins.
L'électrolyse d'une saumure alcaline en vue de l'obtention de chlorates alcalins conduit à la formation d'un mélange gazeux contenant:
— de l'hydrogène formé aux cathodes des cellules d'électrolyse,
— de l'oxygène, du chlore et éventuellement du gaz carbonique, formés lors des réactions parasites génératrices d'une baisse du rendement Faraday.
La composition de ce mélange gazeux dépend du type de cellules utilisées, de la nature des électrodes utilisées et des conditions de fonctionnement de l'électrolyse.
Dans les cellules avec anodes en graphite couramment utilisées jusqu'à ces dernières années, la composition du mélange était la suivante:
— H2 91 à 95%
— 02 4 à 7%
— Cl20,4à0,8%
— C02 0,4 à 1%
et la récupération et le traitement de cet effluent gazeux posaient notamment des problèmes de sécurité à cause de sa nature inflammable et explosive due à la teneur relativement élevée en oxygène.
La solution couramment utilisée pour véhiculer et traiter ce mélange avec la sécurité voulué, consistait à diluer le mélange dans les cellules ou à la sortie de celles-ci avec une quantité d'air déterminée de façon à obtenir une teneur en hydrogène dans le mélange gaz d'électrolyse - air inférieure à 4%, ce qui correspond à une dilution du gaz d'électrolyse d'au moins 25 fois.
Depuis les années 1970, une nouvelle technologie de cellules s'est développée utilisant des anodes en titane revêtues d'une couche élec-tro-active permettant d'obtenir avec de nouvelles conditions opératoires un rendement supérieur à celui des cellules avec anodes en graphite et un mélange gazeux de composition:
— H2 > 96%
— 02 < 3,5%
— Cl2 0,2 à 0,5%
qui est donc situé en dehors de la zone d'explosivité.
La solution antérieure peut être utilisée, mais elle conduit à des dilutions très importantes nécessitant l'emploi de ventilateurs de grande puissance et entraînant une consommation d'énergie non négligeable. Un autre inconvénient majeur de la dilution réside dans le fait que la récupération de l'hydrogène pour son utilisation ultérieure, en tant que combustible ou matière première, est pratiquement impossible.
La présente invention concerne un dispositif qui résout les problèmes de sécurité liés à la récupération du gaz de l'électrolyse, tout en permettant l'utilisation de l'hydrogène produit lors de l'électrolyse.
Ce dispositif est caractérisé par des colonnes de lavage des gaz formés présentant une garde hydraulique et par des moyens automatiques de distribution de gaz inerte et d'air respectivement, asservis au fonctionnement du générateur de courant et à l'intensité de fonctionnement des cellules.
La figure de la planche unique jointe illustre le dispositif proposé.
Les gaz d'électrolyse sortent des cellules A! à An par des tuyauteries 1 placées à la partie supérieure des cellules et sont collectés dans une ou plusieurs tuyauteries principales 2 les conduisant à une ou plusieurs colonnes de lavage 3 en vue de l'élimination du chlore.
L'ensemble des cellules est maintenu sous pression par l'intermédiaire d'une garde hydraulique 4 disposée au pied des colonnes de lavage des gaz. La pression de cette garde, qui peut varier de 10 à 200 mm d'eau selon les installations et les conditions opératoires, est ajustée de façon à ce que les cellules soient maintenues sous pression de façon à éviter les entrées d'air accidentelles qui pourraient rendre le mélange gazeux explosif, et à ce que la force ascensionnelle de l'hydrogène produit soit suffisante pour vaincre les pertes de charge du circuit, si bien qu'il n'y a pas besoin de ventilateur pour la récupération des gaz. Lorsque l'installation d'électrolyse est en fonctionnement normal, il y a ainsi dégagement naturel du gaz d'électrolyse, cheminement de celui-ci vers les colonnes de lavage, lavage du chlore et l'on dispose à la sortie de la section lavage en 5 d'un hydrogène contenant moins de 3,5% d'oxygène pouvant être utilisé tel quel ou purifié pour son utilisation future éventuelle.
Le dispositif comporte par ailleurs des dispositifs de sécurité permettant de maintenir la sécurité de l'installation dans les régimes transitoires que sont les déclenchements de courant et les fonctionnements à intensité réduite.
Dans ces cas, en effet, la teneur en oxygène augmentant, la composition du mélange gazeux évolue jusqu'à pouvoir devenir explosive.
En cas d'arrêt du circuit électrique par suite de déclenchement, une vanne automatique 6 asservie au fonctionnement du générateur de courant s'ouvre permettant l'envoi dans le ou les collecteurs de gaz des cellules 2 et dans les cellules At à An d'azote ou d'un autre gaz inerte à partir d'un stockage 7 et d'un poste de détente 8 permettant de régler le débit de gaz inerte. Les cellules et les tuyauteries de gaz sont ainsi balayées par le gaz inerte qui prend la place du gaz d'électrolyse tout en maintenant l'installation sous pression. Une variante du système consiste à effectuer un balayage pendant une durée déterminée et à l'arrêter automatiquement à la fin de cette période.
En cas de fonctionnement à intensité réduite, par exemple 1/10 de l'intensité nominale, un ventilateur 9 aspire de l'air et le refoule dans les cellules et les collecteurs de gaz par l'intermédiaire d'une vanne automatique 10 asservie à l'intensité de fonctionnement des cellules. Le débit d'air est fixé par les caractéristiques du ou des ventilateurs, elles-mêmes fixées par la dilution nécessaire à l'obtention d'un mélange gazeux non explosif. La puissance nécessaire au ventilateur est limitée puisque ce dispositif n'est appelé à fonctionner que lors des bas régimes de fonctionnement pendant lesquels le débit de gaz formé reste assez faible.
L'exemple ci-dessous illustre un dispositif de récupération selon l'invention des gaz formés lors de l'électrolyse des chlorates alcalins.
Exemple:
Dans un atelier d'électrolyse de chlorate de sodium produisant 1 t/h de chlorate, les cellules dégagent:
— 665 m3/h d'hydrogène
— 13,5 m3/h d'oxygène
— 1,4 m3/h de chlore mesurés dans les conditions normales de température et de pression (0°C -1 bar).
L'atelier comprend 50 électrolyseurs A fonctionnant sous 32000 A répartis en 2 lignes de 25 cellules. Au-dessus de chaque ligne est disposé un collecteur de gaz 2 de diamètre 150 mm qui récupère les gaz de chacune des cellules de la ligne correspondante et qui aboutit à une colonne de lavage 3. La garde hydraulique 4 du dispositif de lavage est réglée à une hauteur d'eau de 50 mm et les gaz
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
3
643 003
s'échappent alors librement de cellules, circulent dans les 2 collecteurs et traversent les tours de lavage sans intervention d'une quelconque force motrice. La pression créée dans l'installation interdit toute entrée d'air accidentelle et le mélange gazeux véhiculé reste ainsi dans le domaine de sécurité souhaité. 5
Si un déclenchement se produit, la vanne 6 s'ouvre et de l'azote est envoyé dans le système de captation des gaz à un débit réglé par le poste de détente 8 et 20 m3/h dans chacun des collecteurs de gaz, les cellules étant toujours maintenues sous pression par l'intermédiaire de la garde hydraulique.
Si l'installation est amenée à fonctionner à intensité réduite, par exemple à 1000 A, le ventilateur 9 envoie un débit d'air réglé à 350 m3/h par la vanne 10 dans chacun des collecteurs à une pression légèrement supérieure à celle de la garde hydraulique.
R
1 feuille dessin
Claims (3)
1. Dispositif de récupération des gaz formés lors de l'électrolyse des chlorures alcalins dans des cellules (A), caractérisé par des colonnes de lavage (3) des gaz formés, présentant une garde hydraulique (4), et par des moyens automatiques de distribution de gaz inerte et d'air respectivement, asservis au fonctionnement du générateur de courant et à l'intensité de fonctionnement des cellules.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pression de la garde hydraulique est comprise entre 10 et 200 mm d'eau.
2
REVENDICATIONS
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'en cas d'arrêt du fonctionnement du générateur de courant la distribution de gaz inerte est assurée pendant une durée déterminée.
Applications Claiming Priority (1)
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