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 de chlore et d’hydrogène gazeux. Les deux chambres sont formées respectivement par les assemblages d’anode et de cathode et, une fois connectées à une alimentation électrique, c’est là que l’électrolyse a lieu.
Les assemblages d’anodes et de cathodes (électrodes) sont des caractéristiques de conception essentielles d’un électrolyseur et doivent être fabriqués à partir de matériaux spéciaux pour empêcher la corrosion par le chlore.
L’anode est l’endroit où le chlore est généré et a été historiquement fabriqué 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 revêtue pour améliorer les performances de puissance et l’efficacité du processus d’électrolyse.
- Les revêtements de cathode favorisent électro-catalytiquement l’évolution de H2 et offrent une résistance à l’empoisonnement par les impuretés et aux courants inverses à l’arrêt.
- Les revêtements de casserole d’anode sont destinés à la promotion électrocatalytique de l’évolution cl2 et ont des performances d’usure alcalines supérieures et des valeurs de chlorate de saumure de sortie inférieures
La membrane flexible au centre de chaque module est entièrement soutenue dans une conception « à écart zéro » pour éviter le battement ou le pincement du matériau de la membrane (section transversale d’un ensemble de modules détaillé ci-dessous).
Un électrolyseur modulaire à l’échelle industrielle, tel que l’électrolyseur INEOS BICHLOR, se compose de tels modules disposés électriquement en série dans un cadre. En règle générale, un certain nombre d’électrolyseurs sont installés côte à côte dans une salle de cellule, la quantité étant conçue pour répondre à la capacité globale souhaitée de l’installation.
Opération
- L’électrolyte (saumure aux anodes et caustique aux cathodes) pénètre par des 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 au niveau de l’anode et montent jusqu’au sommet de la chambre.
Des bulles d’hydrogène gazeux se forment à la cathode et montent au sommet
- 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 +2H 2O → Cl2 + H2 + 2NaOH