Brevet FR2581659A1 — publié le 19861114

La présente invention a trait au domaine de la fabrication de chlore par électrolyse de solution aqueuse de chlorure de sodium et concerne tout spécialement un procéde de production de chlore gazeux, et éventuellement de soude, sur un site donné et à la demande, par électrolyse discontinue ainsi qu'une installation de mise en oeuvre du procédé. On sait que l'électrolyse d'une saumure de chlorure de sodium conduit à la formation de chlore à l'anode et dthydrogène à la cathode et il est déjà connu de produire du chlore par utilisation d'une cellule d'électrolyse ou le compartiment anodique, rempli de saumure, est séparé du compartiment cathodique, contenant de la soude, par une membrane cationique et où les électrodes sont avantageusement constituées par du nickel ou du graphite et du titane traité superficiellement par de l'oxYde de ruthenium. Du côté anodique, la formation de chlore appauvrit la saumure que l'on régénère par apport de saumure fràiche alors que, du coté cathodique, on elimine l'hydrogène formé et l'on maintient constante la concentration en soudé. Dans de tels procedé et dispositif, on travaille à pression atmosphérique et avec une saumure saturée en NaCl c'est-à-dire à la limite de solubilité du sel dans l'eau et il est difficile d'evacuer la totalité du chlore produit à un point d'injection donné (par exemple pour la chloration d'une eau de piscine) du fait, notamment, de concentrations relativement importantes en chlore dans la saumure et de production partielle d'eau de chlore (à 7 g de Cl2/litre). La présente invention a pour but d'améliorer le procédé connu en vue d'obtenir une parfaite evacuation du chlore produit, sans fuite de gaz sous pression et d'éviter la fabrication d'eau de chlore en favorisant un bon degazage du chlore, par exemple dans l'eau lors de la chloration d'un circuit. Selon la caractéristique essentielle du procédé de l'invention, l'elec- trolyse est faite en discontinu sous pression reduite dans les compartiments de la cellule, notamment dans le compartiment anodique grace à la mise en oeuvre d'un premier moyen de réserve de saumure, de niveau régulé, où cette dernière peut etre dégazée et vidangée et d'un second moyen, egalement à niveau régule, servant de réceptacle pour la solution aqueuse d'hydroxyde de sodium, où la concentration de cette dernière est maintenue constante, avec dégazage de l'hydrogène. En pratique, les premier et second moyens sont constitues par des recipients-tampons alimentés, le premier par de la saumure fraiche le second par la soude dudit compartiment cathodique et recevant en outre tous deux de l'eau adoucie. Ainsi, en travaillant sous pression réduite dans la réserve de saumure ainsi que dans le compartiment anodique de la cellule d'électrolyse, on épuise la saumure de façon discontinue et l'on facilite l'évacuation du chlore qui,à la sortie du premier récipient-tampon, est dirigé directement vers le point d'utilisation, par exemple dans un bassin de piscine ou tout autre circuit, sans risque de fuite du gaz sous pression et sans formation d'eau de chlore. Conformnent a une caracteristique intéressante, la saumure introduit dans le recipient-tampon ad hoc est fabriquée par introduction d'eau adoucie dans le chlorure de sodium. On évite ainsi l'entartrage de la cathode et prolo ge la tirée d'électrolyse sans intervention. L'invention a égaiement pour objet une installation de production de chlore gazeux sur un site donné et à la demande, caractérisé en ce qu'elle com prend, outre une cellule d'électrolyse, pourvue d'une membrane de séparation d'un compartiment anodique alimenté en saumure et d'un compartiment cathodique rempli de soude, et munie de moyens de circulation des solutions saline et sodique - un premier récipient-tampon ou réserve de saumure fraiche pour l'al mentation du compartiinent anodique - un second recipient-tampon récupérant la soude du compartiment cathodique ; - des moyens d'alimentation et de vidange, par cahalisations et électrovannes, respectivement de la cellule et desdits récipients ; - des moyens de dégazage du récipient anodique et de régulation de ni veau, par contacteurs, des deux récipients ;; - des moyens de maîtrise et contrôle du niveau et de la concentratio dans ces récipients ; - un moyen de contrôle de la dépression dans le compartiment anodiqu de la cellule ; une armoire de commande et d'automaticite étant en outre prévu pour la régulation programmée de toutes les phases operatoires. Selon une particularite avantageuse, la membrane de séparation des compartiments anodique et cathodique de la cellule est maintenue et protégée par une grille de protection et elle est réalisée selon le type monofilm orie té du côté de la pression (cathode), la trame étant située du côté de la dépr sion (anode). L!invention sera mieux comprise par la description détaillée d'un ms de réalisation, non limitatif, d'une installation pilote de production de chl gazeuxfillustrée par les dessins annexés qui représentent - Figure 1 : une vue en perspective simplifiée, d'une telle installc tion, destinee par exemple à la chloration d'une eau de piscine ; - Figure 2 : le schema de principe du procédé d'electrolyse avec bacs-tampons de réserve selon le dispositif précité. Tel que représenté sur la figure 1, le pilote comporte essentielle- ment, montés sur chassis en acier 1 muni de revetement résistant au chlore : la cellule d'électrolyse 2, un recipient ou pot de réserve anodique 3 contenant la saumure, un pot de reserve cathodique 4 ou la soude est récupérée ; des séries de canalisations d'alimentation et de vidange dont : les tubes 5 pour l'alimentation de saumure dans le bas 3 puis 5' pour le circuit d'introduction dans la cellule 2 et enfin 5" pour la vidange de saumure usee ; les tubes 6 pour le circuit de soude et 6' pour le soutirage d'une partie de cette dernière les tubes 7 qui se subdivisent en dérivations 7' et 7" pour la circulation d'eau adoucie, respectivement dans les deux pots de réserve 3 et 4 ; des pompes 8 et 9 pour la circulation, respectivement, de soude dans le compartiment cathodique et de saumure dans le compartiment anodique ; des séries d'electrovan- nes dont notamment : en 10 pour le remplissage de saumure, en 11 pour Ta vidan- ge de cette derniere, en 12 pour la vidange de la soude, en 13 et 14 pour les circuits d'eau adoucie, en 15 pour l'fsolement du circuit vide, en 16 pour Ta remise à pression atmosphérique (centrale de pression),;un moyen, de type dé- pressiostat (non representé) pour contrôler la pression dans le compartiment anodique ; un redresseur de courant 17 adapte à la cellule et dont la regulation d'inténsité à distance peut-être prévue ; des conducteurs de courant 23 en aluminium ou cuivre reliant le redresseur 17 à 1-a cellule Z ; une armoire électrique 18, par exemple de type automate programmable, permettant la gestion de l'ensemble et comportant un compteur de courant 19 destane à maîtriser la concentration des liquides dans les deux réserves. Enfin, les deux bacs-tampons de réserve 3 et 4 sont munis à l'intérieur de séries de contacteurs de niveau dont le rôle sera explique plus loin. On a reporté sur le schema de principe de la figure 2 les memes repères essentiels précités et l'on peut voir que la membrane cationique monofilm 20 est maintenue par une grille de protection 21. Dès la mise en marche du dispositif, contrôlée par témoins lumineux, le niveau de chaque récipient est régulé et surveille par des sondes de niveau et d'alarme à savoir : niveau haut anode (NHA), niveau bas anode (NBA), niveau bas cathode (NBC), niveau haut cathode (NHC), remise à niveau (RAN), alarme basse anode (ABA), alarme haute anode (AHA), alarme haute cathode (AHC), alarme basse cathode (ABC). Le fonctionnement peut être décrit comme suit Une demande en chlore sur le site donne (par exemple pour la chloration de l'eau d'une piscine), issue d'une régulation de la teneur en chlore provoque la mise sous tension de la cellule à une intensité déterminée et l'ouverture de la vanne chlore 16. La suppression de la demande en chlore entraîne l'arrêt du redresseur 17 ainsi que/hdes pompes 8, 9 et la fermeture de la vanne chlore après temporisation. Un ampèrmètre branché sur le shunt de l'alimentation electrique basse tension compte la quantite de courant qui traverse la cellule il est doté de compteurs-décompteurs qui envoient, pour une quantité de courar déterminée, une impulsion au circuit anode ou cathode. Le cycle de désaturation anodique est déclenché lorsque le compteurdecompteur correspondant au circuit anodique envoie une impulsion. Cette derniere provoque alors les séquences suivantes : arrêt de production de chlore, remise à la pression atmosphérique du bac 3, ouverture de la vanne de vidange 11 puis : lorsque le niveau en 3 atteint la sonde NBA, fermeture de la vanne 11 et ouverture de la vanne 10 de remplissage de saumure ; quand le niveau at teint la sonde NHA, fermeture de la vanne 10 et remise en marche de la produit tion de chlore (pompes et redresseur). Le cycle de desaturation cathodique fonctionne de manière analogue et se trouve déclenche lorsque le compteur-décompteur attribué au circuit cathod que envoie une impulsion. Celle-ci provoque alors : l'ouverture de la vanne da vidange 12 de la soude. Lorsque le niveau de soude dans la réserve 4 atteint sonde NBC il se produit la fermeture de la vanne 12 et l'ouverture de la vann 14 de remplissage d'eau adoucie par les canalisations 7, 7', 7". Quand le niv de liquide atteint la sonde NHC, la vanne de remplissage 14 se ferme. Bien entendu, toutes les ouvertures et fermetures de vannes sont sign fées par des témoins lumineux. La séquence de remise à niveau anodique dans le bac 3 est déclenchée automatiquement lorsque le contacteur de niveau RAN détecte un manque d'eau. il se produit alors : l'ouverture de la vanne de remise à niveau en eau adouc 13 et lorsque le contacteur RAN décèle niveau correct, la fermeture de ceti vanne. Un tel processus de remise à niveau est déconnecté lors des cycles de désaturation anodique. On notera enfin que, dans le dispositif susdécrit, les systèmes préc tés d'alarme et de sécurité provoquent de maniere inconditionnelle l'arrêt dz la production de chlore mais pas la fermeture de la vanne 16 de chlore. L'application du procédé et du dispositif selon l'invention vise tous les domaines de chloration de circuits d'eau, comme par exemple les circuits industriels ou les bassins et piscines. La production de chlore s'effectue à la demande, sans stockage, comme par exemple celle de chlore stérilisant. En outre, dans certains cas comme par exemple celui de la chloration d'une eau de piscine, une partie au moins de la soude produite peut être utilisée pour corriger le pH de l'eau du circuit traite. R E- f E N D I C A T I O N S 15 Procédé de production de chlore gazeux sur un site donné par électrolyse d'une saumure de chlorure de sodium dans une cellule d'électrolyse à circulation ou le compartiment anodique, alimenté en saumure, et le compartiment cathodique, rempli de soude, sont sépares par une membrane cationique, le procedé etant caractérisé en ce que I'électrolyse est faite en discontinu en travaillant sous pression reduite dans le compartiment anodique grâce à la mise en oeuvre d'un premier moyen à réserve de saumure, de niveau régule, où cette dernière peut être dégazée et vidangée et d'un second moyen, également à niveau régule, servant de réceptacle pour la soude, où la concentratio de cette derniere est maintenue constante, avec dégazage de l'hydrogène. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier et le second moyen sont constitues par des recipients-tampons alimentés le premier par de la saumure fraiche, le second par la soude dudit compartiment cathodique, et recevant en outre tous deux de l'eau adoucie, le chlore produi à utiliser, et l'hydrogène a éliminer étant degazés en continu respectivemeni des deux récipients. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractér sé en ce que les circuits anodique et cathodique dans lesdits cecipients son soumis à des séquences de dêsaturation, déclenchées par impulsions electriqu et grâce à des sondes installées à différents niveaux dans les deux récipien tampons. 4. Installation de production de chlore gazeux à la demande sur un si donné, caractérisée en ce qu'elle comprend, outre une cellule d'électrolyse pourvue d'une membrane de separation (20) d'un compartiment anodique aliment en saumure et d'un compartiment cathodique rempli de soude, et munie de moyens par pompes (8, 9) de circulation des solutions saline et sodique : - un premier récipient-tampon (3) ou réserve de saumure fraiche pour l'alimentation du compartiment anodique ; - un second recipient-tampon (4) récupérant la soude du compartiment cathodique ; - des moyens d'alimentation et de vidange, par canalisations (5, 5', 5" ; 6, 6' ; 7, 7') et électrovannes (10 à 15) respectivement de la cellule et des récipients ; - des moyens de dégazage du récipient anodique et de régulation de niveau, par contacteurs (NBA,, NHA, NBC, NHC...etc) des deux récipients ; - des moyens de maÎtrise et contrôle du niveau et de la concentration dans les deux récipients ; - un moyen de contrôle de la depression, grâce à ladite réserve de saumure, dans le compartiment anodique de la cellule, une armoire de commande et d'automaticité (18) etant en outre prévue pour la régulation programmée de toutes les phases opératoires. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que ladite membrane de séparation (20), insérée dans une grille de protection (21), est de type monofilm oriente du côte de la pression (cathode), la trame étant situee du côté de la dépression (anode). 6. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit contrôle de niveau et de concentration est effectué par des sondes de niveau (NBA, NHA...etc), des alarmes (AHA, ABA.:.AAC, ABC) et par un ampère heure-mètre (19) à deux présélections indépendantes et à remise à zéro automatique dont les impulsions électriques sont envoyées à la centrale de régulation (18) en fonction des variations de niveau de liquide dans les deux recipients-tampons (3, 4) et de la quantité de courant consommé dans la cellule (2). 7. Installation selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, carac terisé en ce qu'elle est munie d'un système de régulation de la quantité de chlore produite par modulation du courant traversant la cellule d'Êlectralyse. (2).