Brevet FR2487384A1 — publié le 19820129

La présente invention se rapporte à une installation d'élec- trolyse, telle par exemple qu'une installation destinée à la production industrielle d'hydrogène et d'oxygène par électrolyse de l'eau sous pression. Dans les installations d'électrolyse connues actuellement, par exemple telles que décrites dans la demande de brevet français déposée le 2 Avril 1979 par la demanderesse sous le NO 79 08694, les circuits de retour d'anolyte et de catholyte en provenance des séparateurs sont réunis dans une même tuyauterie, ce qui permet d'obtenir ainsi des den- lo sités en potasse à l'entrée de l'électrolyseur égales du côté anodique et du côté cathodique. Cette mise en commun des circuits de retour d'électrolyte dégazé permet, en assurant des densités en potasse égales à chacune des deux entrées de l'électrolyseur, d'éviter une baisse de rendement de l'électrolyseur au fur et à mesure de son fonctionnement qui serait due à l'augmentation de la densité en potasse du côté cathoz dique et à la diminution corrélative de celle-ci du côté anodique. On sait en. effet que la réaction d'électrolyse entraîne une perte de potas- se et un gain d'eau du côté de l'anode, et vice-versa du côté de la ca- thode; or, la résistivité de l'électrolyte est fonction de la densité de celui-ci en potasse, et augmente si on s'écarte sensiblement de part et d autre de la densité optimale. Il est donc indispensable, pour fonctionner avec un bon rendement, de garder toujours les densités de potasse aux entrées de l'électrolyseur voisines de la densité optimale correspondant au minimum de résistivité du mélange électrolytique. Avec les installations connues, il est indispensable, pour éviter les risques d'explosion consécutifs à d'éventuels mélanges de gaz hydrogène et oxygène, d'être équipé avec des séparateurs liquide- gaz très-efficaces, ceux-ci devant dégazer la totalité du débit d'élec- trolyte en circulation. De tels dégazeurs sont encombrants et oné- reux, et il serait souhaitable de pouvoir équiper l'installation d'électrolyse avec des appareils de dégazage moins sophistiqués. La présente invention concerne un nouveau type d'instal- lation d'électrolyse qui, tout en fonctionnant à rendement optimal comme les installations évoquées ci-dessus, n'en présente pas les inconvénients, pouvant être partiellement équipée de dégazeurs plus simples et en tout cas de dégazeurs moins encombrants. Une telle installation est du type comportant un électrolyseur à sortie d'ano- lyte à débit A, ledit anolyte y étant chargé de bulles du gaz dû à la réaction d'électrolyse du côté de l'anode, et à sortie de catholyte à débit C, ledit catholyte y étant chargé de bulles de gaz dû à la réac- tion d'électrolyse du côté de la cathode, ledit électrolvseur étant Dar ailleurs muni d'une entrée d'anolvte à même débit A qu'à ladite sortie d'anolyte et d'une entrée de catholyte à même débit C qu'à la- dite sortie de catholyte, et elle est caractérisée en ce que son cir- cuit de retour d'électrolyte situé entre lesdites entrées et lesdites sorties d'électrolyseur comporte - Un circuit de transfert d'une portion Ax AC du débit A d'ano- A + C lyte de la sortie anolyte vers l'entrée catholyte, ledit circuit de transfert étant équipé d'un séparateur liquide-gaz à dégazage poussé. - Un circuit de transfert d'une portion C x A du débit C de ca- tholyte de la sortie catholyte vers l'entrée anolyte, ledit circuit de transfert étant également équipé d'un séparateur liquide-gaz à déga- zage poussé. -. Un circuit de transfert de la portion restante A +C du débit A d'anolyte de la sortie anolyte vers l'entrée anolyte, ledit circuit étant équipé d'un séparateur liquide-gaz à dégazage sommaire. - Un circuit de transfert de la portion restante C du débit C de catholyte de la sortie catholyte vers l'entrée catholyte, ledit circuit étant équipé d'un séparateur liquide-gaz à dégazage sommaire. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'un exemple de réalisation appliqué à une installation destinée à la production industrielle d'hydrogène et d'oxygène par électrolyse de l'eau sous pression, en référence à la figure unique annexée en représentant schématiquement le circuit de retour d'élec- trolyte. Sur la figure, la référence l désigne la sortie anolyte de l'électrolyseur, chargée de bulles d'oxygène 02, et la référence 2 sa sortie catholyte chargée de bulles d'oxygène H2. De manière classique pour le cas de l'électrolyse de l'eau, les débits C de catholyte et A d'anolyte sont dans le rapport (2/3 - 1/3) du débit total d'élec- trolyte, comme on l'a schématisé de façon imagée par des épaisseurs de tuyau correspondantes sur le dessin, o le débit A d'anolyte est sché- matisé par une épaisseur de tuyau de 1,5 cm tandis que le débit C de ca- tholyte est schématisé par une épaisseur de tuyau de 3 cm (le débit to- tal d'électrolyte passerait donc dans un tuyau d'épaisseur équivalente de 4,5cm).Sur la figure par ailleurs, les références 3 et 4 désignent les entrées d'anolyte et de catholyte, passant également les débits A et C. Conformément à l'invention, ou passe des sorties anolyte 1 et catholyte 2 aux entrées anolyte 3 et catholyte 4 de l'électro- lyseur par l'intermédiaire des circuits suivants: - Un circuit 5 transférant, de la sortie anolyte 1 à l'entrée catho- lyte 4, une portion A x -C du débit A d'anolyte, ledit circuit A+ C de transfert 5 étant équipé d'un dégazeur 6 à dégazage poussé, permet- tant par exemple de séparer les bulles de gaz jusqu'à celles d'un dia- mètre de 5 à 10 microns, tel que par un exemple un séparateur liquide- gaz décrit dans la demande de brevet français N 79 03550, de la So- ciété demanderesse. Dans l'exemple schématisé sur la figure, le débit d'anolyte ainsi transféré est alors représenté, de manière imagée, par un tuyau d'une largeur égale à 1 cm. - Un circuit 7 transférant, de la sortie catholyte 2 à l'entrée A anolyte 3, une portion C x A-C du débit C de catholyte, ledit circuit de transfert 7 étant également équipé d'un dégazeur 8 à déga- zage poussé, identique au dégazeur 6. De même que précédemment, le débit de catholyte ainsi transféré est schématisé sur la figure par un tuyau de largeur égale à 1 cm. - Un circuit 9 transférant, de la sortie 1 d'anolyte à l'entrée 3 d'anolyte, la portion restante A A.C A2 A+C A+C A+C /../. du débit A d'anolyte, ledit circuit 9 étant équipé d'un dégazeur à dégazage sommaire, ne séparant du mélange gaz liquide que les plus grosses bulles, d'un diamètre par exemple supérieur à 30 à 50 microns pour fixer les idées. Un tel dégazeur pourrait être par exemple constitué par le dégazeur selon la demande française n 79 03550 précédemment citée, dans lequel on aurait enlevé les piles de plateaux pour ne laisser que l'écran vertical placé immédiatement à l'entrée du cylindre constitu- ant l'enceinte du dégazeur. Dans l'exemple schématisé sur la figure, A2 le débit A ainsi transféré par le circuit 9 est alors représenté par un tuyau de largeur égale à 0,5 cm. - Un circuit 11 transférant, de la sortie 2 de catholyte à l'entrée 4 de catholyte, la portion restante: A.C C C2 A+C A + C du débit C de catholyte, ledit circuit 11 étant également équipé d'un dégazeur 12 à dégazage sommaire, de même type que le dégazeur 10, mais C2 apte à passer le débit -+ considéré. Dans l'exemple schématisé sur C2 A+C la figure, le débit A+C ainsi transféré par le circuit 1l est alors représenté, de manière imagée, par un tuyau de largeur égale à 2 cm. On peut alors constater que, à l'aide du dispositif de l'in- vention, l'électrolyte injecté dans l'électrolyseur aussi bien en 3 qu'en 4 se trouve être constitué par un mélange dans la proportion A (1/3 - 2/3) soit -- des débits A d'anolyte et C de catholyte en sorties (1, 2) de l'électrolyseur. Directement sur la figure, on voit en effet que l'électrolyte côté en- tree anolyte 3 est représenté, dans l'image considérée, par un débit de largeur totale 1,5 cm composé de 0,5 cm d'anolyte en provenance de la sortie 1 et de 1 cm de catholyte en provenance de la sortie 2, tan- dis que l'électrolyte côté entrée catholyte 4 y est, de manière imagée, représenté par un débit de largeur totale 3 cm composé de 1 cm d'ano- lyte en provenance de la sortie 1 et de 2 cm de catholyte en provenance de la sortie 2: On a donc bien darw les deux cas un rapport (1/3 - 2/3) entre les quantités d'anolyte et de catholyte. On peut également calculer, dans le cas général que, à l'entrée de l'électrolyseur, la proportion d'électrolyte est composée d'un mé- lange anolyte-catholyte de sortie dans le rapport A/C des débits A d'anolyte et C de catholyte en sortie de l'électrolyseur. En effet ledit rapport anolyte-catholyte est égal à A2 AxC _ A AC A x C A pour l'entrée anolyte A+C A + C C et 2 AxC: C _ A A + C A:C = pour l'entrée catholyte A + C A+C C On constate finalement que l'on obtient un résultat analo- gue à celui-obtenu avec les dispositifs de l'art antérieur, mais au lieu d'utiliser des dégazeurs à dégazage poussé et à fort débit, on utilise ici deux dégazeurs à dégazage poussé mais à plus faible dé- bit et deux dégazeurs sommaires à débit partiel, de sorte que le coût de l'installation s'en trouve finalement diminué. REVENDICATION Installation d'électrolyse pour la production de gaz, du type comportant un électrolyseur à sortie d'anolyte (1) à débit A, ledit anolyte y étant chargé de bulles du gaz ( 02) dû a la réac- tion d'électrolyse du côté de l'anode, et à sortie de catholyte (2) à débit C, ledit catholyte y étant chargé de bulles du gaz (H2) dû à la réaction d'électrolyse du côté de la cathode, ledit électroly- seur étant par ailleurs muni d'une entrée d'anolyte (3) à même débit A qu'a ladite sortie d'anolyte et d'une entrée de catholyte (4) à même débit C qu'à ladite sortie de catholyte, caractérisée en ce que son circuit de retour d'électrolyte situé entre lesdites entrées et lesdites sorties d'électrolyseur comporte: - Un circuit (5) de transfert d'une portion A x -C- du débit A d'a- A+C nolyte de la sortie anolyte (1) vers l'entrée catholyte (4), ledit circuit de transfert étant équipé d'un séparateur liquide-gaz (6) à dégazage poussé. A - Un circuit (7) de transfert d'une portion C x A- - du débit C de catholyte de la sortie catholyte (2) vers l'entrée anolyte (3), ledit circuit de transfert étant également équipé d'un séparateur liquide- gaz (8) à dégazage poussé. A2 A2 - Un circuit (9) de transfert de la portion restante A± - du débit A d'anolyte de la sortie anolyte (1) vers l'entrée anolyte (3), ledit circuit étant équipé d'un séparateur liquidegaz (10) à dégazage sommaire. - Un circuit (11) de transfert de la portion restante A±- du débit C de catholyte de la sortie catholyte (2) vers l'entrée catholyte (4) ledit circuit étant équipé d'un séparateur liquide-gaz (12) à dégazage sommaire.