Électrolyseurs modulaires à cellules membranaires
Découvrez comment le chlore et l’hydrogène sont produits à partir de saumure dans un électrolyseur à membrane moderne et efficace.
Les électrolyseurs à membrane modulaire INEOS sont à la pointe de l’innovation, offrant aux opérateurs une méthode d’électrolyse très efficace et durable. Doté d’une consommation d’énergie ultra-faible de 1941 kWH/te de NaOH à 6 kA/m2*, et d’une production de 52 000 MTPA de NaOH par électrolyseur, la meilleure de sa catégorie. Découvrez ci-dessous comment les électrolyseurs INEOS sont construits et fonctionnent.
* Valeur attendue @ 385mbarg, 90°C et 32 % en poids de NaOH, sous réserve de sélection du revêtement
**Basé sur 350 jours de fonctionnement et 7kA/m2
Le procédé d’électrolyseur à membrane modulaire
Les électrolyseurs à cellules à membrane sont dotés d’un module scellé composé de deux chambres, séparées par une membrane échangeuse de cations flexible, pour empêcher le mélange du chlore et de l’hydrogène gazeux. Les deux chambres sont formées respectivement par les assemblages d’anodes et de cuvettes cathodiques, et une fois connectées à une alimentation électrique, c’est là que l’électrolyse a lieu.
Les assemblages d’anode et de cathode (électrodes) sont des caractéristiques de conception essentielles d’un électrolyseur et doivent être fabriqués à partir de matériaux spéciaux pour éviter la corrosion par le chlore.
L’anode est l’endroit où le chlore est généré et était historiquement fabriquée à partir d’alliages de graphite ou de platine. Les électrolyseurs modernes sont dotés d’anodes en titane pour une résistance à la corrosion. L’élément cathodique est généralement moins sensible à la corrosion et est souvent fabriqué à partir de nickel, bien que l’acier inoxydable puisse être utilisé.
De plus, chaque électrode est recouverte d’un revêtement pour améliorer les performances énergétiques et l’efficacité du processus d’électrolyse.
- Les revêtements électrocatalytiques des carters de cathode favorisent l’évolution deH2 et offrent une résistance à l’empoisonnement par les impuretés et aux courants inverses à l’arrêt.
- Les revêtements des plaques d’anode sont destinés à la promotion électrocatalytique de l’évolution du Cl2 et ont des performances supérieures d’usure alcaline et des valeurs de chlorate de saumure de sortie plus faibles
La membrane flexible au centre de chaque module est entièrement soutenue dans une conception « à espace zéro » pour éviter le battement ou le pincement du matériau de la membrane (section transversale d’un assemblage de module détaillée ci-dessous).
Un électrolyseur modulaire à l’échelle industrielle, tel que l’électrolyseur BICHLOR d’INEOS, se compose de modules disposés électriquement en série dans un cadre. En règle générale, un certain nombre d’électrolyseurs sont installés côte à côte dans une cellule cellulaire, la quantité étant conçue pour répondre à la capacité globale souhaitée de l’usine.
Opération
- L’électrolyte (saumure aux anodes et caustique aux cathodes) pénètre par les tubes d’alimentation, mouillant complètement la membrane au centre de la cellule, pour un fonctionnement intrinsèquement plus sûr :
- Le courant électrique commence à circuler à travers les araignées métalliques et les électrodes de la cellule d’électrolyse
- Les ions sodium (Na+) ou potassium (K+) traversent la membrane échangeuse d’ions semi-perméable
- Des bulles de chlore gazeux se forment à l’anode et remontent vers le haut de la chambre.
Des bulles d’hydrogène gazeux se forment au niveau de la cathode et remontent vers le haut
- Le chlore et l’hydrogène gazeux sont ensuite extraits du haut de leurs chambres respectives
La réaction globale pour l’électrolyse de la saumure est : 2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH