FR2805098A1 - Dispositif de court-circuitage de cellule d'electrolyse - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif de court-circuitage d'une cellule d'électrolyse (18), connectée en série à au moins une autre cellule d'électrolyse dans une salle d'électrolyse, destiné à être connecté aux bornes de la cellule d'électrolyse de manière à ce que celle-ci ne soit plus alimentée. Ce dispositif comprend au moins une résistance variable (20) dont la valeur est définie de manière à ce que la tension aux bornes de la cellule ait une valeur au moins égale à une valeur minimale prédéterminée permettant d'empêcher la formation d'un courant inverse à l'intérieur de la cellule, ce courant inverse étant dû à une force électromotrice produite à l'intérieur de la cellule, lorsque celle-ci n'est plus alimentée.

Description

présente invention concerne les dispositifs pour court-circuiter des appareils consommateurs d'électricité connectes en série dans un circuit électrique haute intensité et plus particulièrement un dispositif pour court-circuiter une cellule d'électrolyse. circuits électriques à haute intensité sont utilisés dans différentes applications telles que les salles d'électrolyse, les stations d'essais ou les fours electriques. Ces circuits véhiculent généralement des intensités allant de 10 a 400 kiloampères (kA). Dans le cas cellules d'électrolyse connectées en série, il est parfois nécessaire d'isoler une cellule afin d'effectuer des operations de maintenance par exemple. Afin de ne pas immobiliser complètement la salle d'électrolyse et donc l'integralité des cellules pendant la durée de maintenance, on procède généralement au court-circuitage de la cellule qui doit être arrêtée, ce qui permet de maintenir les autres cellules en fonctionnement.

L'opération de court-circuitage consiste à venir connecter un circuit de court-circuitage ou court -circuiteur, à la cathode de la cellule précédente (c'est à dire à l'électrode de sortie du courant) et à l'anode de la cellule suivante (c'est à dire à l'électrode d'entrée courant). Après fermeture de l'interrupteur du court-circuiteur, le courant électrique haute intensité alimentant cellules passe dans ce dernier, la cellule n'est alors plus alimentée.

Cependant, lors du court-circuitage cellules d'électrolyse, il apparaît un courant inverse dans la cellule, allant de la cathode à l'anode, s'ajoutant au courant dévié dans le court-circuiteur. La valeur de ce courant inverse est directement proportionnelle à la force électromotrice de la batterie que constitue alors la cellule d'électrolyse et inversement proportionnelle à la résistance circuit de court-circuitage. Ce courant inverse produit une dégradation de la cathode par la migration de composés métalliques dans le revêtement de cathode.

En plus du problème de la dégradation de la cathode, dans le cas cellules d'électrolyse pour la production de clore et de soude, cette dégradation entraîne un risque important d'explosion. En effet, la séparation hydrogène / chlore n'est plus effective. Il apparaît alors un risque de production simultanee d'hydrogène et de chlore sur la même électrode, avec une possibilité d'explosion majeure.

Afin de pallier cet inconvénient, les cathodes des cellules d'électrolyse ont été traditionnellement recouvertes d'un revetement en amiante. Cependant, pour des raisons de santé publique, l'utilisation de l'amiante a eté interdite. Le remplacement nécessaire de l'amiante a conduit les fabricants de cellules d'électrolyse à mettre au point matériaux de substitution, tel que le Polyramix. Toutefois ces matériaux sont très sensibles aux migrations métalliques et donc aux courants inverses. La dégradation du revêtement de substitution par les courants inverses est rapide.

La solution traditionnelle est d'injecter dans la cellule pendant le court-circuitage, des produits neutralisants. I1 peut s'agir par exemple de bisulfite. Cette opération oblige des opérateurs à intervenir dans des conditions dangereuses en déversant dans la cellule par un orifice plusieurs centaines de litres de produits.

Aucune solution n'étant vraiment efficace l'utilisation de l'amiante a été prolongée, le temps de trouver de nouvelles solutions. Cependant, les problèmes de santé publique et d'environnement subsistent.

Le de l'invention est de pallier ces inconvénients en fournissant un dispositif de court-circuitage qui permet d'annuler courant inverse qui se crée dans une cellule d'électrolyse lorsque celle-ci est court-circuitée et qui permet donc d'éviter la dégradation des électrodes, en maintenant une polarisation dans la cellule. L'invention concerne un dispositif de court-circuitage d'une cellule d'électrolyse, connectée en série à au moins une autre cellule d'électrolyse dans une salle d'électrolyse, destiné à être connecté aux bornes de la cellule d'électrolyse de manière à ce que celle-ci ne soit plus alimentée. Ce dispositif comprend au moins une résistance variable dont la valeur est définie de manière à ce que la tension aux bornes la cellule ait une valeur au moins égale à valeur minimale prédéterminée permettant d'empêcher la formation d'un courant inverse à l'intérieur de la cellule, courant inverse étant dû à une force électromotrice produite à intérieur de la cellule, lorsque celle-ci n est plus alimentée.

Les buts, objets et caractéristiques de 1 invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins joints dans lesquels La figure 1 représente le montage d'une salle électrolyse composée de plusieurs cellules d'électrolyse connectée en série.

La figure 2 représente l'évolution du courant circulant dans la cellule d'électrolyse en fonction de la tension exercée aux bornes de celle-ci.

La figure 3 représente l'évolution de la tension inverse se produisant dans la cellule d'électrolyse, lorsque celle-ci est court-circuitée, en fonction du temps.

La figure 4 représente le dispositif de court-circuitage selon l'invention connecté aux bornes de la cellule d'électrolyse.

Une salle d'électrolyse est généralement constituée de cellules d'électrolyse 10, dont le nombre varie généralement entre 20 et 200, connectées en série par l'intermédiaire d'un circuit électrique 12. Le courant qui alimente cellules d'électrolyse est un courant continu obtenu grace à un redresseur 14. Ce redresseur transforme le courant alternatif moyenne tension qu'il reçoit par une connexion en un courant continu basse tension permettant d'alimenter les cellules d'électrolyse. applique à la salle d'électrolyse, un courant continu haute intensité dont la valeur est stable et réglable. Toutefois, on constate que le comportement des cellules d'électrolyse implique que la résistance de celle-ci varie en fonction de la tension qu'on applique aux bornes de ces cellules. Selon la figure 2, on constate donc que le courant alimentant les cellules d'électrolyse varie en fonction de la tension. En effet, lorsque la valeur de la tension est comprise entre 0 et une valeur X, le courant ne passe pas dans les cellules d'électrolyse. Lorsque la tension est comprise entre une valeur X et une valeur Y, l'intensité du courant circulant dans la cellule augmente pour atteindre une valeur maximale Z, correspondant à la valeur du courant fourni par le redresseur, lorsque la tension a une valeur Y. Pour des valeurs de tension supérieures à Y, l'intensité du courant circulant dans la cellule demeure à sa valeur maximale. La résistance équivalente de la cellule reste proportionnelle la valeur de l'intensité.

vu de la présente courbe, pour que la cellule d'électrolyse fonctionne, il faut que la tension aux bornes de celle-ci soit au moins égale à la valeur X. Son fonctionnement est optimal lorsque la tension a une valeur égale à Y, c'est à dire lorsque la valeur du courant qui passe dans la cellule est égale à celle du courant fourni par le redresseur. Les valeurs de tension X et Y sont différentes selon le type de cellule d'électrolyse utilisée. Dans le cas d'une cellule d'électrolyse chlore / soude, la valeur X de tension aux bornes de la cellule, permettant de faire circuler le courant dans la cellule est par exemple 2,35 volts (V). La valeur Y de tension aux bornes de la cellule, permettant d'avoir la totalité du courant fourni par le redresseur qui circule dans la cellule, est de 3,5 V. Lorsque la tension aux bornes de la cellule est inférieure à 2,35 V, la cellule se comporte comme une capacité qui se décharge. Ce phénomène est cependant transitoire.

Lorsqu'on court-circuite une cellule d'électrolyse pour effectuer, par exemple, une opération de maintenance et qu'on ne maintient pas une tension suffisante aux bornes de cette cellule, un courant inverse apparaît. Ce courant est dépendant d'une force électromotrice qui se crée dans la cellule. L'évolution de cette force électromotrice au cours du temps est représentée à la figure 3. Au vu de la courbe, on constate que cette force électromotrice est transitoire. La valeur maximale est obtenue en quelques secondes millisecondes selon le type de cellules d'électrolyse utilisées. Elle décroit rapidement pour tendre vers une valeur très faible en quelques heures. La valeur maximale de la force électromotrice varie en fonction du type de cellules d'électrolyse. Pour une cellule d'électrolyse chlore / soude, cette valeur peut être par exemple de 1,8 V. Afin d'empêcher l'apparition de cette force électromotrice, il est nécessaire d'appliquer une tension de court -circuitage, ou tension de polarisation, aux bornes de la cellule d'électrolyse dont valeur est au minimum de 1,8 V. De même, cette tension ne doit pas avoir une valeur supérieure à 2,35 V afin de ne pas déclencher l'électrolyse.

La figure 4 représente le dispositif de court-circuitage selon l'invention, dans un mode de réalisation préféré. Lorsqu'on veut isoler une cellule d'électrolyse 18, on branche aux bornes de cette cellule, un circuit de court -circuitage. Ce circuit comprend une résistance variable 20. On branche également aux bornes de la cellule, un détecteur 22. Ce détecteur mesure régulièrement la tension aux bornes de la cellule 18. La tension de court-circuitage est égale à RI, R étant la résistance variable du circuit de court-circuitage et I l'intensité du courant fourni par le redresseur. Dans le cas d'une cellule d'électrolyse chlore / soude, la tension de court circuitage doit avoir une valeur minimale de 1,8 V et une valeur maximale de 2,35 V. Le détecteur 22 va donc agir sur la résistance variable 20 du circuit de court-circuitage et faire varier sa valeur de telle sorte que la tension aux bornes de la cellule soit toujours comprise entre 1,8 et 2,35 V. L'intérêt de disposer dans le dispositif de court- circuitage d'un détecteur intervient dans le cas où 1 intensité du courant fourni à la salle 'électrolyse par le redresseur est volontairement modifiée par le personnel technique. En effet, l'intensité du courant haute intensité alimentant une salle d'électrolyse peut être fixée à une valeur comprise entre 70 et 140 kiloampères (kA), selon les besoins. Grâce au dispositif de court-circuitage selon 1 invention, la tension aux bornes des cellules d'électrolyse court-circuitées sera toujours suffisante pour éviter la formation de courant inverse et donc dégradation des électrodes. Si le dispositif de court-circuitage dispose d'un detecteur, la modification de la valeur la résistance se fait automatiquement. Si le dispositif de court-circuitage est plus simple et ne dispose pas de détecteur pouvant agir directement sur la résistance, celle-ci peut être modifiée manuellement par le personnel technique et réglée à une valeur suffisante pour éviter l'apparition d'un courant inverse.

La résistance variable du dispositif court-circuitage peut se présenter sous différentes formes. Elle peut tout d abord être constituée par un rhéostat. Selon ce mode de réalisation, la résistance peut être réglée de façon continue en fonction des variations de l'intensité.

La résistance variable peut également être constituée par plusieurs résistances connectées en parallèle. Selon un mode de réalisation particulier, ces résistances sont connectées ou déconnectées de façon à faire varier la valeur de la résistance globale. En effet, sachant que la résistance globale diminue lorsque le nombre de résistances connectées en parallèle augmente et qu'elle augmente quand leur nombre diminue, il est facile de faire varier la résistance globale pour adapter sa valeur à celle de l'intensité afin d'obtenir une tension constante aux bornes de la cellule d'électrolyse.

La technique de court-circuitage n'est employée que de façon temporaire. En effet, dans les heures qui suivent le court-circuitage, la cuve est généralement vidée de son électrolyte, afin de subir l'opération de maintenance. I1 n'y alors plus aucun risque de dégradation des électrodes.

Le dispositif selon l'invention permet donc d'isoler une ou plusieurs cellules d'électrolyse, sans immobiliser la salle d'électrolyse en entier, ce qui aurait un coût très important. Par rapport aux dispositifs de court-circuitage classiques, il permet de maintenir une tension aux bornes des cellules isolées suffisamment importante pour empêcher la production d un courant inverse qui dégraderait les électrodes. Ainsi, la maintenance des cellules est beaucoup plus souple puisqu' existe plus de risque de dégradation dans le temps. De plus ce système permet, grâce à sa résistance variable, maintenir une valeur de tension constante prédéterminée malgré les variations d'intensité volontaires ou involontaires.

Enfin, ce dispositif permet de s'affranchir contraintes créées par l'utilisation de matériaux dangereux tels que l'amiante encore nécessaire pour protéger électrodes des cellules d'électrolyse.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de court-circuitage d'une cellule d'électrolyse connectée en série à au moins une autre cellule d'électrolyse dans une salle d'électrolyse, destiné à être connecté aux bornes de ladite cellule d'électrolyse de manière à ce que celle-ci ne soit plus alimentée, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend au moins une résistance variable dont la valeur est définie de manière à ce que la tension aux bornes de ladite cellule ait une valeur au moins égale à une valeur minimale prédéterminée permettant d'empêcher la formation d'un courant inverse à l'intérieur de ladite cellule, ledit courant inverse étant dû à une force électromotrice produite à l'interieur de ladite cellule, lorsque celle-ci n'est plus alimentée.

2. Dispositif de court-circuitage selon la revendication 1, caracterisé en ce qu'il comporte également un détecteur permettant de mesurer la valeur de la tension aux bornes de la cellule d'electrolyse.

3. Dispositif de court-circuitage selon la revendication 2, dans lequel ladite résistance variable est modifiée en fonction la valeur de la tension aux bornes ladite cellule d'électrolyse mesurée par ledit détecteur, afin de maintenir la valeur de cette tension au moins égale a ladite valeur de tension minimale prédéterminée.

4. Dispositif de court-circuitage selon l'une des revendications précédentes dans lequel ladite résistance variable est constituée par un rhéostat.

5. Dispositif de court-circuitage selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ladite résistance variable est constituée par plusieurs résistances connectées en parallèle.

6. Dispositif de court-circuitage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la valeur de ladite résistance variable est déterminée de manière à ce que la tension aux bornes de la cellule d'électrolyse soit inférieure à une valeur maximale prédéterminée à partir laquelle 1 électrolyse se déclenche.

7. Dispositif de court-circuitage selon la revendication 6 dans lequel la valeur maximale prédéterminée la tension aux bornes de ladite cellule est de 2,35 volts.

8. Dispositif de court-circuitage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la valeur minimale prédéterminée de la tension aux bornes de ladite cellule est 1,8 volts.

9. Dispositif de court-circuitage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le courant fourni aux cellules d'électrolyse est un courant stable et reglable.

10. Dispositif de court-circuitage selon la revendication 9, dans lequel l'intensité dudit courant stable réglable est comprise entre 70 et 140 kiloampères.