Brevet FR2615205A1 — publié le 19881118

Procédé pour l'assemblage d'un électrolyseur du type filtre-presse comprenant un empilage de cadres verticaux L'invention concerne un procédé pour l'assemblage d'un électrolyseur du type filtre-presse, à électrodes verticales. Des électrolyseurs du type filtre-presse sont généralement formés d'un empilage de cadres verticaux qui délimitent des chambres d'électrolyse dans lesquelles des électrodes sont disposées verticalement. Des membranes à perméabilité sélective ou des diaphragmes perméables aux électrolytes peuvent être interposés entre les cadres consécutifs, pour séparer les chambres d'électrolyse. L'assemblage de ces électrolyseurs connus est difficile, en raison du nombre important de cadres et d'électrodes à empiler et de la nécessite d'assurer le parallélisme des électrodes, le centrage des cadres et des électrodes et les distances anodescathodes imposées. Un premier procédé d'assemblage qui a eté suggérE consiste à superposer les cadres et les électrodes en position horizontale, à comprimer l'empilage vertical ainsi réalisé, puis à le faire basculer de 90 degrés pour amener les cadres et les électrodes en position verticale (EP-B-38445 (OLIN CORP.)). Dans ce procédé d'assemblage connu, la compression des cadres de l'empilage- vertical n'est pas uniforme, les tensions de compression dans la partie inférieure de l'empilage étant en effet supérieures à celles de la partie supérieure.Ce manque d'uniformité des tensions de compression peut être préjudiciable à ltétanchéité de l'assemblage, au parallélisme des électrodes et à 11 obtention de ltecart optimum entre les électrodes. On connaît aussi un procédé d'assemblage, dans lequel on évite ces inconvénients en réalisant l'empilage et la compression des cadres et des électrodes en position verticale, sur un bâti de l'électrolyseur. Selon ce procédé connu (EP-A-132079 (IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES PLC)), on pose un châssis provisoire sur le bâti, on attache des barreaux cylindriques horizontaux au châssis, on enfile les cadres et les électrodes, en position verticale, sur les barreaux et on les comprime entre deux flasques d'extrémité que l'on solidarise ensuite aux barreaux qui font alors fonction de tirants. Dans ce procédé connu, des échancrures sont ménagées dans les électrodes pour les enfiler sur les barreaux.La recherche d'un parallélisme rigoureux des électrodes dans l'empilage implique de disposer de barreaux rectifiés et rigoureusement horizontaux et de réaliser les échancrures des électrodes avec une grande précision, ce qui complique la construction de l'électrolyseur et en grève le coût. L'invention remédie à cet inconvénient en fournissant un procédé qui permet d'assembler un électrolyseur du type filtre-presse à électrodes verticales, de manière rapide et économique sans nuire au parallélisme des électrodes ni à l'étanchéité de l'électrolyseur. En conséquence, l'invention concerne un procédé pour l'assemblage d'un électrolyseur du type filtre-presse comprenant un empilage de cadres verticaux délimitant des chambres d'électrolyse contenant des électrodes verticales, selon lequel on déplace les cadres et les électrodes, en position verticale, sur des guides horizontaux au-dessus d'une embase de l'électrolyseur et on les comprime entre deux flasques d'extrémité; selon l'invention, on dispose les cadres-et les électrodes dans des berceaux que l'on suspend aux guides. Dans le procédé selon l'invention, l'embase a pour fonction de supporter l'électrolyseur à l'issue de l'assemblage. Elle n' est pas critique et peut par exemple être un socle en béton ou en maçonnerie ou un bâti métallique. Les cadres peuvent avoir tout profil compatible avec la réalisation des chambres d'électrolyse, par exemple un profil circulaire, ovale, rectangulaire ou polygonal. Les électrodes peuvent avoir tout profil compatible avec la destination de l'électrolyseur. Elles peuvent par exemple comprendre des plaques métalliques pleines ou ajourées, planes ou ondulées, des tiges ou des lamelles métalliques horizontales ou verticales. Elles peuvent être disposées à l'intérieur des cadres auxquels elles sont alors fixées par tout moyen adéquat. En variante, elles peuvent être accolées aux cadres avec lesquels elles alternent dans ltempilage; dans cette variante, les électrodes peuvent être solidarisées aux cadres, par exemple par soudage ou collage, ou être indépendantes des cadres. Les flasques d'extrémité servent d'appuis indéformables pour l'empilage des cadres. Ils peuvent être des panneaux d'obturation de l'électrolyseur ou être profilés en sorte de délimiter une chambre d'électrolyse ou une chambre de recirculation pour l'électrolyte, par exemple du type de celle équipant l'électrolyseur décrit dans le brevet français 783564. Selon l'invention, pour assembler l'électrolyseur, on dispose d'abord les cadres et les électrodes dans des berceaux que l'on suspend ensuite à des guides horizontaux au-dessus de 1' embase. Les berceaux ont pour fonction de servir de supports individuels aux cadres et aux électrodes pendant leur manutention pour les suspendre aux guides et les déplacer sur ceux-ci. A cet effet, les berceaux ont avantageusement la forme de portiques en métal que l'on enfourche sur les cadres et les électrodes auxquels on les attache par tout moyen adéquat, de préférence amovible, par exemple par serrage ou au moyen de vis, de boulons ou de colliers de fixation. Il est recommandé d'associer un berceau distinct à chaque cadre et, le cas échéant, à chaque électrode qui ne serait pas solidarisée à un cadre. Les guides ont pour fonction de supporter les berceaux au-dessus de l'embase et d'assurer leur guidage pendant le déplacement horizontal des berceaux. A cet effet, ils peuvent par exemple être constitués de barreaux horizontaux et comprendre des chemins de roulement, des glissières ou des coulisses. Ils peuvent faire partie d'un châssis monté sur l'embase. Après avoir disposé les cadres et les électrodes dans les berceaux, on suspend ceux-ci aux guides. Les points de suspension des berceaux aux guides doivent être judicieusement choisis pour que les cadres et les électrodes pendent verticalement au-dessus de l'embase. Après avoir suspendu les berceaux aux guides, on les repousse l'un vers l'autre pour empiler les cadres. On peut faire usage de galets ou lubrifier les guides, pour faciliter le déplacement des berceaux sur les guides par roulement ou glissement. Lorsque l'empilage est formé, on le comprime entre les deux flasques d'extrémité que l'on pose sur l'embase. Pour assurer la cohésion de l'empilage, on fixe les flasques à l'embase, ou on les solidarise au moyen de tirants. Dans le cas où on relie les flasques par des tirants, il est préférable de faire usage de flasques qui débordent les cadres, de manière à ce que les tirants puissent être disposés à l'extérieur des cadres et des électrodes, de part et d'autre de l'électrolyseur. Après-avoir solidarisé les flasques à l'embase ou au moyen des tirants, on peut avantageusement désolidariser les cadres et les électrodes de leurs berceaux et dépendre les berceaux des guides. Les berceaux et les guides peuvent ainsi être récupérés pour servir à l'assemblage d'un autre électrolyseur. Lorsque l'assemblage de l'électrolyseur est terminé, il suffit de raccorder les chambres d'électrolyse à des conduits pour l'admission des électrolytes à électrolyser et l'évacuation des produits de l'électrolyse et de coupler les électrodes à une source de courant. Dans une forme d'exécution préférée du procédé selon l'invention, on met en oeuvre des cadres en un matériau souple que l'on solidarise à une ossature rigide des électrodes et on règle l'effort de compression exercé par les flasques sur les cadres, de manière que ceux-ci soient déformés élastiquement, suffisamment pour assurer l'étanchéité de l'assemblage. Cette forme d'exécution du procédé selon l'invention s'applique avantageusement à la mise en oeuvre de cadres dont la rigidité est insuffisante pour qu'ils conservent leur profil, en position verticale, de sorte qu'ils s'affaissent naturellement sur eux-même sous l'effet de leur propre poids. On peut par exemple les réaliser en un matériau élastomère dont la dureté Shore A (définie par la norme ASTM D2240-75) est comprise entre 40 et 90 unités, de préférence entre 50 et 80 unités. Les copolymères élastomeres dérivés de l'éthylène et du propylène conviennent bien dans le cas d'électrolyseurs pour la production de chlore et de solutions aqueuses d'hydroxyde de sodium par électrolyse de solutions aqueuses- de chlorure de sodium.Des exemples préférés de tels copolymères sont ceux désignés EPM qui sont des copolymères de l'éthylène et du propylène contenant entre 25 et 60 x de propylène et ceux désignés EPDM qui sont des terpolymères de l'éthylène1 du propylène et d'un diène à doubles liaisons non conjuguées. Dans cette forme de réalisation de l'invention, l'ossature rigide de l'électrode peut être, par exemple, une plaque pleine ou ajourée, un assemblage de tiges ou de lamelles rigides ou un cadre disposé à la périphérie de l'électrode. Elle peut être solidarisée au cadre par tout moyen adéquat, par exemple par collage, soudage ou agrafage. Selon une variante préférée de cette forme de réalisation de l'invention, on déploie les cadres sur la périphérie des ossatures des électrodes, qui constituent de la sorte une charpente pour les cadres.~ Dans cette variante de l'invention, les électrodes doivent évidemment avoir un profil et des dimensions compatibles avec le profil et les dimensions des cadres1 de manière qu'elles s'adaptent dans l'ouverture définie par les cadres et leur confèrent alors un profil stable. Dans un mode particulier de mise en oeuvre de cette variante de l'invention, on solidarise l'ossature de l'électrode à au moins un barreau horizontal servant d'amenee de courant, on déploie le cadre sur la périphérie de l'ossature de l'électrode de manière à ce qu'il soit traversé par le barreau et on attache le berceau au barreau.Dans cette variante de l'invention, il est recommandé de centrer convenablement chaque électrode dans son cadre, ce qui peut être réalisé aisément en assemblant le cadre, l'électrode et le berceau sur un gabarit de montage approprié. Le procédé selon l'invention facilite l'assemblage des électrolyseurs du type filtre-presse. En permettant un ajustage latéral et vertical de la position des berceaux sur les guides,. il permet d'obtenir une disposition précise et centrée des cadres et des électrodes. L'invention s'applique notamment à l'assemblage d'électrolyseurs dans lesquels les chambres d'électrolyse sont séparées par des séparateurs perméables aux ions, à l'état de feuilles. Dans cette application particulière de l'invention, il convient d'interposer les feuilles des séparateurs entré les cadres, avant de les empiler. A cet effet, on peut les monter sur des berceaux tels que ceux décrits plus haut, que l'on suspend aux guides. On peut aussi les fixer préalablement aux cadres ou aux électrodes, par exemple par collage ou agrafage. De tels électrolyseurs conviennent notamment pour la production de chlore et de solutions aqueuses d'hydroxyde de sodium par électrolyse de solutions aqueuses de chlorure de sodium. L'invention s1 applique notamment à l'assemblage d'électrolyseurs du type de ceux décrits dans la demande de brevet français 8610143 (SOLVAY & Cie). Des particularités et détails de l'invention vont ressortir de la description suivante d'une forme d'exécution particulière du procédé selon l'invention, en référence aux dessins annexés. La figure 1 montre, en section verticale longitudinale, un électrolyseur auquel s'applique le procédé d'assemblage selon l'invention. La figure 2 est une coupe, selon le plan 11-11, d'un élément de l'électrolyseur de la figure 1. La figure 3 est une perspective axonométrique, avec arrachement partiel, de l'élément représenté à la figure 2, dans une phase d'assemblage de l'électrolyseur. La figure 4 montre l'élément de la figure 3, en coupe verticale selon le plan IV-IV de la figure 3, dans une phase ultérieure d'assemblage. La figure 5 est une coupe selon le plan vertical V-V de la figure 4, montrant l'électrolyseur en cours d'assemblage. Dans ces figures, des mêmes notations de référence désignent des éléments identiques. L'électrolyseur représenté aux figures 1 et 2 est du type de ceux décrits dans la demande de brevet français 86.10143 (SOLVAY & Cie). I1 est formé d'un empilage de cadres verticaux alternativement anodiques 1 et cathodiques 2, entre deux flasques rigides d'extrémité 3 et 4, sur une embase 15. Des membranes à perméabilité sélective 5 sont interposées entre les cadres 1 et 2 pour délimiter des chambres d'électrolyse alternativement anodiques 6 et cathodiques 7, contenant respectivement des anodes 8 et des cathodes 9. Les cadres anodiques 1 et cathodiques 2 sont en un matériau élastomère caractérisé par une dureté Shore A inférieure à 80 unités, par exemple un copolymère dérivé de l'éthylène et du propylène tel que ceux désignés EPM et EPDM. Ils sont déployés à la périphérie des électrodes 8 et 9, qui sont formées chacune d'une paire de plaques métalliques verticales rectangulaires 10, disposées vis-à-vis l'une de l'autre à l'intérieur de l'ouverture 11 du cadre 1 ou 2.La hauteur et la largeur des plaques 10 sont choisies approximativement égales à la hauteur et à la largeur de l'ouverture il du cadre, de sorte que les plaques lO constituent ainsi une charpente pour le cadre 8 ou 9. Les deux plaques 10 de chaque électrode sont solidariséesà des barreaux métalliques horizontaux 12 par l'intermédiaire de cavaliers 13. Les barreaux 12 traversent de manière étanche les montants verticaux 14 et'16 du cadre. Les cadres 1 et 2 et les membranes 5 sont percés de quatre ouvertures marginales 25, 26, 27 et 28 qui, alignées dans l'elec- trolyseur, forment respectivement quatre collecteurs horizontaux distincts qui débouchent respectivement dans quatre ouvertures 33 ménagées à travers le flasque 3. Ces collecteurs servent à l'admission des électrolytes à électrolyser dans les chambres d'électrolyse 6 et 7 et à l'évacuation des produits de l'électrolyse. A cet effet, dans les cadres anodiques 1, les ouvertures marginales 25 et 27 sont en communication avec l'ouverture centrale 11, via des conduits 34 et 35 et, dans les cadres cathodiques 2, les ouvertures marginales 26 et 28 sont en communication avec 'l'ouverture centrale 11 via des conduits non représentés, analogues aux conduits 34 et 35. Les plaques 10 formant les électrodes sont de préférence ajourées; elles peuvent par exemple être des tales percées d'ouvertures, des tôles en métal déployé ou des treillis rigides. Pour assembler 1'électrolyseur des figures 1 et 2 conformément au procédé selon l'invention, on opère en plusieurs étapes successives. Dans une première étape, on construit les électrodes 8 et 9 en fixant les plaques 10 par paires à leurs barreaux respectifs 12, par l'intermédiaire des cavaliers 13. Dans une deuxième étape, on déploie chaque cadre 1 ou 2 sur les plaques 10 de son électrode, en engageant les barreaux 12 de celle-ci dans les ouvertures correspondantes des montants 14 et 16 du cadre et on centre l'électrode dans le cadre. Dans une troisième étape, on dispose chaque cadre 1 ou 2 dans un berceau 29. Les figures 3 et 4 montrent un berceau 29 associé à un cadre anodique 1. Le berceau 29 est en métal, par exemple en acier. Il présente la configuration d'un portique qui comprend une traverse horizontale 30, un montant vertical 31 disposé en regard du montant 16 du cadre 1 et une paire de montants verticaux 32 prenant en sandwich des prolongements 24 des barreaux 12. Les montants 32 sont fixés aux prolongements 24 des barreaux 12 au moyen d'un assemblage par vis et écrous 37. Le montant 31 est fixé aux barreaux 12 au moyen de vis 36. Des pièces d'espacement 45 retiennent le montant 31 du berceau 29 écarté du montant 16 du cadre 1. Pour éviter un affaissement de la partie supérieure du cadre 1, des tenons métalliques rigides 46, partiellement noyés dans le cadre 1, sont retenus latéralement entre la paire de montants 32 et une paire de pattes latérales 47 solidaires du montant 31. Les tenons 46 peuvent éventuellement être des prolongements d'une armature métallique interne du cadre 1. La traverse 30 forme par ailleurs deux épaulements latéraux 38 traversés par des tiges filetées verticales 39. Dans une quatrième étape, on fixe le flasque 3 sur l'embase 15, par exemple au moyen de boulons ou par soudage. On dispose ensuite sur l'embase 15 un chassis métallique provisoire formé de deux portiques 40 solidarisés l'un à l'autre au moyen de longerons 41 (figures 4 et 5). Les portiques 40 sont de préférence boulonnés sur l'embase 15. Ils portent deux rails rainurés horizontaux 42. Dans une cinquième étape, on suspend les berceaux 29 (avec leurs cadres respectifs 1 ou 2) aux rails 42, en posant l'extrémité des tiges filetées 32 dans les rainures des rails 42 eten prenant soin d'alterner les cadres 1 avec les cadres 2. On ajuste correctement la position de chaque berceau 29 au moyen des tiges filetées 39, de manière que les ouvertures 11 des cadres 1 et 2 soient au même niveau et dans l'alignement les unes des autres. A cet effet, on peut par-exemple faire usage de repères fixés à l'embase 15, aux portiques 40 ou aux rails 42. On applique ensuite une membrane 5 (non représentée aux figures 4 et 5) sur l'ouverture 11 de chaque cadre, puis on fait glisser les berceaux 29 sur les rails 42 (dont les rainures'servent de coulisses de guidage) pour former un empilage des cadres contre le flasque fixe 3.On comprime ensuite l'empilage des cadres contre le flasque 3 au moyen-du flasque 4, puis on solidarise les deux flasques 3 et 4 au moyen des tirants 23. L'utilisation de flasques 3 et 4 qui débordent latéralement par rapport aux cadres 1 et 2 permet de disposer les tirants 23 à l'extérieur des cadres et des berceaux 29. Pour faciliter la mise en place du cadre 4, celui-ci peut avantageusement être pourvu de galets 43 au moyen desquels on le fait rouler sur l'embase 15. Après que les flasques 3 et 4 aient été solidarisés au moyen des tirants 23, on retire les vis 36 et 37 pour désolidariser les berceaux 29 de leurs cadres respectifs 1 et 2, on enlève ensuite les berceaux 29 des rails 42, puis on évacue le châssis provisoire. A cet effet, ce châssis provisoire est muni d'anneaux 44 permettant de l'accrocher au treuil d'un engin de levage ou de manutention, par exemple un pont roulant. Dans I'électrolyseur obtenu à l'issue du procédé qui vient d'être décrit, seuls les flasques 3 et 4 reposent sur l'embase 15, tandis que les cadres 1 et 2 et les électrodes 8 et 9 sont maintenus écartés de l'embase par les forces de-frottement générées entre les cadres et les flasques. En variante, dans le cas d'électrolyseurs contenant un grand nombre de cadres, on peut prévoir un ou plusieurs appuis intermédiaires pour les cadres. Des tirants 23 peuvent éventuellement servir à cet effet. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Procédé pour l'assemblage d'un électrolyseur du type filtre-presse comprenant un empilage de cadres verticaux (1, 2) délimitant des chambres d'électrolyse (6, 7) contenant des électrodes verticales (8, 9), selon lequel on déplace les cadres et les électrodes, en position verticale, sur des guides horizontaux (42) au-dessus d'une embase (15) de l'électrolyseur et on les comprime entre deux flasques d'extrémité (3, 4) de l'électrolyseur, caractérisé en ce qu'on dispose les cadres et les électrodes dans des berceaux (29) que l'on suspend aux guides. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre des berceaux (29) en forme de portique que l'on enfourche sur les cadres (1). 3 - Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on associe un berceau individuel (29) à chaque cadre (1). 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre des berceaux (29) présentant des épaulements latéraux (38) que l'on pose surales guides horizontaux (42) et on ajuste la position des cadres (1) et des électrodes au-dessus de l'embase (15), au moyen de vis de réglage (39) interposée entre les épaulements (38) des berceaux et les guides horizontaux (42). 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les guides (42) comprennent des coulisses rectilignes. 6 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on dispose les flasques (3, 4) de manière qu'ils débordent l'empilage des cadres (1, 2) et des électrodes (8,9) latéralement, et on les solidarise l'un à l'autre au moyen de tirants (23) que l'on dispose à l'extérieur des cadres et des électrodes. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'après avoir comprimé les cadres (1, 2) et les électrodes entre les flasques (3, 4), on désolidarise les berceaux (29) des cadres et des électrodes, et on sépare les berceaux (29) des guides (42). 8 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre des cadres (1, 2) en un matériau souple que l'on solidarise à des ossatures rigides (10) des électrodes. 9 - Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'on solidarise l'ossature (10) des électrodes. à au moins un barreau horizontal d'amenée de courant (12), on déploie chaque cadre (1, 2) sur la périphérie de l'ossature (10) de l'électrode, de manière à ce qu'il soit traversé par le barreau (12) et on attache le berceau (29) au barreau (12). 10 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on fixe des membranes à perméabilité sélective (5) aux cadres (1, 2) ou aux électrodes (8, 9), avant de comprimer l'empilage.