ELECTROLYSIS APPARATUS WITH BIPOLAR ELECTRODES, ESPECIALLY USEFUL IN THE ELECTROLYSIS OF BRINES

Abstract: 1. Electrolysis apparatus having a double-pole electrode, in particular for the electrolysis of saline solutions, which apparatus is constituted by a parallelopiped container (1) of insulating material enclosing double-pole electrodes removably arranged in the compartments open towards one of the faces of the container, and single-pole terminal electrodes for the passage of current, characterized in that the double-pole electrodes (8) are individually mounted to slide in said compartments (9) or in drawers (12) sliding in these compartments, the compartments (9) and the drawers (12) respectively being provided with means such as teeth (11) or grooves (13) of insulating material which receive and support the double-pole electrodes (8), the single-pole electrodes (6) being secured to the side walls of each compartment or drawer.

Description: Appareil d'électrolyse à électrodes bipolaires, notamment pour llelectrolyse de solutions salines La présente invention concerne un appareil d'électrolyse du type comportant, disposées dans une enceinte de forme généralement paral lélépipédique en matériau isolant, des électrodes terminales monopolaires pour l'amenée de courant et une pluralité d'électrodes bipolaires, un tel appareil étant utilisable notamment pour 1' électrolyse de solutions salines, avec obtention d'hypochlorite de sodium, puissant agent oxydant, utilisable pour la désinfection d'eaux de toute nature. De nombreux appareils d'électrolyse utilisant divers types d'assemblage d'électrodes bipolaires ont déjà été décrits et sont industriellement utilisés pour la réalisation de réactions électro-chimiques diverses à partir d'électrolytes purs. Ces électrolyseurs sont, toutefois, mal adaptés et présentent de multiples et graves inconvénients lorsque ltélectrolyte est constitué par des solutions naturelles non purifiées : cas, notamment, de l'eau de mer, d'eau saumâtre ou de saumure non purifiée, par électrolyse desquelles on désire obtenir une solution diluée d'hypochlorite de sodium. Dans ces appareils connus, traitant des électrolytes non purifiés, les électrodes s'usent plus ou moins rapidement et de façon inégale. Il est alors nécessaire de détecter les électrodes défaillantes et de pro céder à leur remplacement. Or, la conception de ces appareils connus est telle que le changement d'une électrode nécessite leur démontage total. La présente invention, non seulement évite un démontage quelconque, mais encore permet un changement rapide et aisé des électrodes. Grâce à cette facilité de remplacement des électrodes, llinvention se prête à l'utilisation délectrodes plus consommables que d'autres, donc plus économiques. En outre, l'invention autorise une surveillance continue des conditions de fonctionnement de l'appareil. L'appareil d'électrolyse à électrodes bipolaires notamment pour l'électrolyse de solutions salines, constitué par une enceinte parallélépipédique en matériau isolant, comportant des électrodes terminales monopolaires pour l'amenée de courant et une pluralité dSëlectrodes bipolaires amovibles, est caractérisé en ce que ces électrodes sont disposées de façon amovible, dans des compartiments munis de moyens destinés à réunir les électrodes et ouvrant sur l'une des faces de l'enceinte, de façon à permettre l'extraction aisée des électrodes. Suivant une forme de réalisation de l'invention, les moyens destinés à recevoir les électrodes consistent en une pluralité de créneaux en matériau isolant entre lesquels sont introduites les électrodes. Ces créneaux sont pratiqués à la base et au sommet, voire au milieu des compartiments ; ils peuvent également etre prévus sur les couvercles qui, normalement obturent ces compartiments. Suivant une autre forme de réalisation de l'invention, ces compartiments se présentent sous la forme de bottiers, montés sur l'enceinte à la façon de tiroirs. Les divers caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description, qui va suivre, de formes possibles de réalisation de l'invention. Il est bien précisé qu'il s'agit uniquement. d'exemples et que toutes autres formes, proportions et dispositions pourraient etre adoptées, sans sortir du cadre de l'invention. Au cours de cette description, on se réfere aux dessins ci-joints sur lesquels - la figure 1 est une vue en perspective d'un appareil suivant llinven- tion, montrant particulièrement un compartiment autonome de llap- pareil, - les figures 2 et 3 sont des vues analogues à la figure 1, d'un appareil suivant l'invention dans sa forme de réalisation où les compartiments autonomes sont constitués par des boltiers-tiroirs, - et la figure 4 est une vue en perspective d'un de ces boiliers-tiroirs. Quelle que soit sa forme de réalisation, l'appareil est constitué par une enceinte parallélépipédique verticale 1 de section rectangulaire. Cette enceinte comporte une chambre inférieure 2 d'amenée d'électrode lyte, par la canalisation 3, une chambre supérieure 4 de départ, par la canalisation 5 de sortie de la solution d'hypochlorite de sodium produite vers un dispositif pour l'élimination des gaz, principalement de l'hydrogène, formés au cours de l'électrolyse et se trouvant en sursaturation dans cette solution. Ce dispositif (non représenté) est un séparateur gaz-liquide par strippage à l'air ; il est avantageusement muni d'un pulvérisateur abat-mousse. Les électrodes terminales monopolaires telles que 6 sont fixées sur les parois latérales de l'appareil. Les amenées de courant vers ces électrodes terminales traversent les parois latérales de l'appareil pour rejoindre les barres d'amenée de courant 7 disposées sur les faces latérales de l'appareil. Conformément à l'invention, les électrodes bipolaires, telles que 8, équipant l'appareil sont contenues dans des compartiments 9 dont la paroi avant est constituée par un couvercle 10, amovible de façon à permettre un accbs direct aux électrodes bipolaires ainsi qu'aux électrodes terminales. Ces compartiments, sont munis de créneaux 11 en matériau isolant destinés à supporter les électrodes bipolaires en les maintenant équidistantes les unes des autres et à leur permettre d'être tirées hors des compartiments par la façade. L'électrolyte circule de bas en haut de l'appareil, entre les électrodes. Les créneaux supportant les électrodes sont disposés à la base et au sommet des boîtiers à l'avant et à l'arribre de ceux-ci ; et éventuellement en leur milieu. Les dents des créneaux maintiennent les électrodes bipolaires équidistantes, de préférence à des distances de 2, 5 à 5 mm. La paroi avant des compartiments, constituée par le couvercle 10 est avantageusement en un matériau transparent non conducteur de courant, PVC par exemple. Dans un électrolyseur à électrodes bipolaires, il y a tout intéret à maintenir, entre deux électrodes successives, des intervalles égaux et aussi réduits que possible. Ce but est atteint par la mise en place sur les électrodes bipolaires de plusieurs taquets (non représentés) en matériau isolant, et répartis de façon à ne pas gêner l'insertion des électrodes (par exemple les électrodes de nombre ampair avec taquets, les autres sans taquets). Ces taquets ont par ailleurs l'avantage d'empêcher la déformation des électrodes bipolaires et de provoquer un écoulement à régime turbulent de l'électrolyte entre deux électrodes. Grâce aux disposition suivant l'invention le remplacement d'une électrode défaillante est des plus aisé puisqu'il suffit d'ôter le couvercle 10 du compartiment dans lequel se trouver l'électrode détaillante et de tirer cette électrode hors du compartiment par sa façade ouverte, l'amovibilité des électrodes étant assurée par leur simple insertion dans les fentes séparant les créneaux 11. L'un des plus importants intérêts de l'appareil suivant l'invention consiste essentiellement en la simplicité de changement des électrodes, en cas de besoin et en l'accessibilité de ces électrodes par la façade de l'appareil, ce qui permet de limiter la hauteur des équipements. La défection d'une électrode est facile à détecter par le contrôle électrique de chaque compartiment. Suivant une forme de réalisation, particulièrement intéressante, de l'invention représentée aux figures Z à 4, les électrodes bipolaires 8 équipant l'appareil sont contenues dans des compartiments réalisés sous la forme de bottiers 12 représentés en détail figure 4. Ces boi tiers ont leurs faces avant 12a et arrière 12b munies de rainures 13 ouvertes à leur partie supérieure, et limitées, à leur partie inférieure, par un talon 14 que présentent les faces considérées du boiter. Ces boiftiers sont montés à tiroir sur l'enceinte, par exemple par coulissement sur des glissières (non représentées) ménagées sur les faces internes des parois latérales de l'enceinte. Ils peuvent être facilement saisis et manoeuvrés par leur couvercle 16. Les ouvertures des compartiments recevant les boitiers-tiroirs 12 sont hermtiquement fermées par ces couvercles- 16, de préférence en un matériau, ou en une matière transparente. Les amenées de courant 7 vers les électrodes terminales de chaque boftier-tiroir sont regroupées, comme le montre la figure 3, sur la. face arrière de l'enceinte 1. La liaison électrique entre l'électrode monopolaire terminale de chaque bolRier-tiroir et la barre 7 correspondante d'amenée de courant s > effec- tue, comme le montre la figure 3 à l'aide d'un shunt, tel que 17, relié à l'armoire de contrôle et permettant la surveillance continue du bon fonctionnement de chaque compartiment -en l'espèce de chaque boîtier- tiroir 12-. Cette disposition constitue un avantage important, car elle permet de détecter rapidement toute défaillance éventuelle, ce qui facilite grandement l'exploitation de l'installation. Chaque boitier-tiroir 12 étant du point de vue électrolytique autonome, peut être remplacé intégralement. L'appareil est extensible suivant les besoins, par superposition ou juxtaposition d'une pluralité de boitiers, la tension aux bornes de chaque boiter étant identique. En cas de panne sur une électrode, on peut soit changer cette électrode, soit changer le bottier complet, soit le retirer et fonctionner sur les autres boîtiers. Le nombre d'électrodes bipolaires de rechange peut donc etre réduit. Fn outre, l'appareil offre une remarquable souplesse d'exploitation car il peut, sans inconvénient, fonctionner même au cas de la mise hors service d'un ou plusieurs compartiments. La défection d'une électrode est, dans ce cas également, facile à détecter, par le contrôle électrique de chaque boîtier 12. Des électrodes de toute nature peuvent être utilisées, et ceci dans un même compartiment ou boîtier. En outre, l'appareil offre la possibilité d'ajuster à volonté la concentration de la solution produite par l'électrolyse en faisant varier le débit d'alimentation en électrolyte à intensité constante ou en faisant varier la densité de courant à débit drélec- trolyte constant. Pour une meme puissance par appareil, on opère à tension globale plus élevée et à une densité de courant moindre que dans les appareils connus, ce qui réduit le prix du transformateur redresseur utilisé. Lorsqu'une cellule d'électrolyse est équipée d'électrodes bipolaires, fonctionnant en cathode sur une face et en anode sur l'autre, on constate que la consommation spécifique en courant, exprimée en kWh/kg du produit obtenu, est supérieure à celle d'une cellule équipée d'électrodes monopolaires. On constate en outre une usure relativement rapide de telles électrodes. n en est ainsi en particulier des électrodes bipolaires en Titane. Ces inconvénients sont évités conformément à l'invention, en revetant de platine la partie centrale de la face anode, entourée d'une bordure d'une largeur de 15 à 20 mm en titane oxydé, la face cathode de l'électrode étant recouverte d'une bordure de meme dimension, en un matériau isolant tel que polyamide, polyuréthane, polytétrafluoréthylène, etc ..., sous la forme d'une couche, d'épaisseur allant de 25 à 100/ On a obtenu, avec une telle électrode suivant l'invention, une amélioration importante de la consommation spécifique mesurée en kWh/kg de produit et une prolongation importante de la durée de l'électrode. On a donné ci-après quelques exemples chiffrés montrant l'intéret que présente l'appareil suivant l'invention: On a utilisé un appareil suivant l'invention pour l'obtention d'une solution d'hypochlorite de sodium à partir d'une eau de mer prélevée dans un bassin plus ou moins pollué et dont les caractéristiques, qui ont donc varié au cours des essais, étaient les suivantes - Concentration en Na : 7, 9 à 10 g/l ¯ li en : 0,38 à 0, 42 g/l enMg : 1,1 à 1,24 g/l II en C1 : 17,4 à 18,9 g/l ¯ It en Z, 25 à 2,85 g/l - pH : 7,6 à 8,1 L'appareil comportait deux compartiments se présentant sous la forme de boitiers-tiroirs, fonctionnement hydrauliquement en série et électriquement en parallèle, munis d'électrodes bipolaires en Titane de 320mm de côté et 1 mm d'épaisseur, platinées sur une face. La face cathode de chaque électrode était en Titane et la face anode 2 platinée jusqu'au bord. La surface active unitaire était de 1. 020 cm Dans l'exemple 1, la distance moyenne entre électrodes était de 2, 5mm et dans l'exemple 2, la distance a été portée à 5 mm. Les résultats obtenus sont donnés sur le tableau suivant: EMI9.1 <tb> <SEP> Exemple <SEP> 1 <SEP> Exemple <SEP> 2 <tb> Densité <SEP> de <SEP> courant <tb> <SEP> (A/cm2) <SEP> kWh/kg <SEP> kWh/kg <tb> <SEP> (éq. <SEP> chlore) <SEP> (éq. <SEP> chlore) <tb> <SEP> 0,05 <SEP> > <SEP> 8 <SEP> 7 <tb> <SEP> 0,1 <SEP> 6,2 <SEP> 6,3 <tb> <SEP> 0,15 <SEP> 6,0 <SEP> 6,9 <tb> <SEP> 0,20 <SEP> 6,0 <SEP> > <SEP> 8 <tb> Exemples 3 et 4 Le meme réacteur que ci-dessus a opéré dans les mêmes conditions mais en utilisant des électrodes bipolaires, conformes à l'invention, dont la face cathode était en Titane et les quatre bords étaitent recouverts d'un film de polytétrafluoréthylène d'environ 50y1s sur une largeur de 15 mm. Le côté anode a été platiné sur toute la partie centrale, laissant une bordure de 15 mm de largeur non platinée sur le pourtour. Cette partie non platinée, donc en Titane, a été. oxydée. La surface Z active cathode et la surface platinée anode était chacune de 840 cm Le tableau donne les résultats obtenus dans l'exemple 3, avec un espacement de 2,5 mm entre électrodes, et l'exemple 4 avec 5 mm entre électrodes. EMI9.2 <tb> Densité <SEP> de <SEP> courant <SEP> Exemple <SEP> 3 <SEP> Exemple <SEP> 4 <tb> <SEP> (A/cm2) <SEP> kWh/kg <SEP> kWh/kg <tb> <SEP> (éq. <SEP> chlore) <SEP> (éq. <SEP> chlore) <tb> <SEP> 0,05 <SEP> 5,3 <SEP> 5,2 <tb> <SEP> 0,1 <SEP> 4,8 <SEP> 4,9 <SEP> <tb> <SEP> 0,]5 <SEP> 4,7 <SEP> 5,3 <tb> <SEP> 0, <SEP> 20 <SEP> 4, <SEP> 7 <SEP> 6, <SEP> 1 <tb> Exemple 5 Les memes expériences ont été conduites en utilisant un seul tiroir au lieu de deux. On a obtenu les memes consommations spécifiques qu'avec un tiroir, les concentrations des solutions obtenues étant la moitié, aux erreurs de mesure près, comparées à celles obtenues avec deux tiroirs en série hydraulique. En comparant les résultats précédents, on remarque une nette amélioration de la consommation spécifique lorsqu'on utilise des électrodes suivant l'invention.

Claims: Revendications de brevet 1. Appareil d'électrolyse à électrodes bipolaires notamment pour l'électrolyse de solutions salines, constitué par une enceinte parallélépipédique en matériau isolant, comportant des électrodes terminales monopolaires pour l'amenée de courant et une pluralité d'électrodes bipolaires amovibles, caractérisé en ce que ces électrodes sont disposées de façon amovible, dans des compartiments (9) munis de moyens destinés à réunir les électrodes et ouvrant sur l'une des faces de l'enceinte, de façon à permettre l'extraction aisée des électrodes. 2. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les compartiments (9) sont munis d'une pluralité de créneaux (11) en matériau isolant destinés à supporter les électrodes bipolaires en les maintenant équidistantes et parallèles aux parois latérales de l'enceinte. 3. Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les compartiments se présentent sous la forme de boîtiers (12) montés dans l'enceinte à la façon de tiroirs, les parois avant (ira) et arrière (12b) de ces boitiers-tiroirs étant munies de rainures (13), ouvertes à leur extrémité supérieure, fermées à leur extrémité inférieure, destinées à recevoir et supporter les électrodes bipolaires (8), tout en permettant leur extraction facile. 4. Appareil suivant la revendication 3, caracte'risé en ce que les boi tiers-tiroirs sont montés à coulissement sur des glissières, prévues sur la surface interne des parois latérales de l'enceinte. 5. appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la liaison électrique entre les cathodes terminales de chaque boitier-tiroir (12) et la barre correspondante (7) d'amenée de courant s'effectue à l'aide d'un shunt (17) relié à l'armoire de contrôle et permettant la surveillance continue du bon fonctionnement de chaque compartiment, ou boitier-tiroir. 6. Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les électrodes bipolaires sont constituées par un corps en Titane dont la face anode est revêtue de platine sur sa partie centrale et présente à sa périphérie une bordure en Titane oxydé et dont la face cathode présente une bordure2 de largeur identique à la bordure de la face anode en un matériau isolant, tel que polyamide, polyuréthane, polyéthylène ou époxydes.

Inventors: HOLCA, RADU
Applicants: "DEGREMONT" SOCIETE DITE:
Application year: 1982
Main classification: C25B9
IPC codes: C25B9, C25B11