CA1044783A - Procede de regulation des cellules d'electrolyse a cathode de mercure - Google Patents
Procede de regulation des cellules d'electrolyse a cathode de mercureInfo
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- CA1044783A CA1044783A CA209,336A CA209336A CA1044783A CA 1044783 A CA1044783 A CA 1044783A CA 209336 A CA209336 A CA 209336A CA 1044783 A CA1044783 A CA 1044783A
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- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
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Abstract
PRECIS DE LA DIVULGATION:
Procédé de régulation et de protection des ensembles anodiques des cellules d'électrolyse des chlorures alcalins et alcalino-terreux fonctionnant avec cathode de mercure et anodes multiples dans lequel on réalise automatiquement la montée et la descente des chevêtres portant les anodes. Le procédé consiste à
réaliser au moins les opérations suivantes: à comparer l'écart (i - ?) à un seuil haut qui peut être prédéterminé et réglable, et à donner un ordre de remontée à tout chevêtre pour lequel l'écart considéré est supérieur au seuil haut sur l'un quelconque des grou-pes d'anodes supportées par le chevêtre considéré, et à comparer l'écart (i - ?) à un seuil bas prédéterminé et réglable et à donner un ordre temporisé ou non de descente à tout chevêtre pour lequel l'écart considéré est inférieur au dit seuil bas sur tous les grou-pes d'anodes, et de plus pour lequel la tension d'électrolyse est supérieure à une tension de consigne prédéterminée où i est l'in-tensité dans chaque groupe d'anodes et ? est l'intensité moyenne des groupes d'anodes.
Procédé de régulation et de protection des ensembles anodiques des cellules d'électrolyse des chlorures alcalins et alcalino-terreux fonctionnant avec cathode de mercure et anodes multiples dans lequel on réalise automatiquement la montée et la descente des chevêtres portant les anodes. Le procédé consiste à
réaliser au moins les opérations suivantes: à comparer l'écart (i - ?) à un seuil haut qui peut être prédéterminé et réglable, et à donner un ordre de remontée à tout chevêtre pour lequel l'écart considéré est supérieur au seuil haut sur l'un quelconque des grou-pes d'anodes supportées par le chevêtre considéré, et à comparer l'écart (i - ?) à un seuil bas prédéterminé et réglable et à donner un ordre temporisé ou non de descente à tout chevêtre pour lequel l'écart considéré est inférieur au dit seuil bas sur tous les grou-pes d'anodes, et de plus pour lequel la tension d'électrolyse est supérieure à une tension de consigne prédéterminée où i est l'in-tensité dans chaque groupe d'anodes et ? est l'intensité moyenne des groupes d'anodes.
Description
~044q83 La présent invention concerne la régulation de cellules d'électrolyse et plus particulièrement un procédé de régulation automatique de la distanae inter-polaire des cellules d'électrolyse de chlorure de mét-aux alcalins ou alcalino-terreux à cathode de mercure pouvant fonctionner 'à haute densité de courant.
Dans chaque cellule l'ensemble anodique est formé
d'éléments multiples qui mécaniquement sont portés par ~ -des chevetres réglables en hauteur. Généralement chaque élément anodique dimensionnellement stable ou non est lui-meme en outre réglable individuellement en hauteur par rapport au chevêtre. Enfin, électriquement parlant, les éléments anodiques sont généralement associés par groupes, chaque grouFe étant alimenté en énergie par un conducteur spécial dit barre d'amenée de courant. ~ -L'objectif des constructeurs et des exploitants ~ ;
d'usines à chlore a toujours été de consommer le mini-mum d'énergie par tonne de chlore produite dans les cellules fonctionnant avec une densité de courant maximale. Pour atteindre cet objectif, il est néces-;: . :
saire de régler très finement la tension d'électrolyse révèle qu'elle est compos~e des termes suivants pour chacun des éléments anodiques:
a/ chute de tension dans le métal supportant l'a~de b/ chute de tension au contact du métal support avec l'anode c/ chute de tension dans l'anode d/ potentiel thermodynamique d'oxydation de l'ion chlorure ~;
e/ surtension anodique f/ chute de tenslon dan l'électrolyse . ~ ~
:' ~'. . ~' g/ potentiel thermodynamique de réduction de l'ion :::
du métal alcalin ou alcalino-terreux sur la cathode de mercure ~-'~ ~
~.~
-:, . ' ., . . .. . . ... ,~.. , .. , .. ~ .. .
~04~783 h/ surtension cathodlque i/ chutes de tension dans le mercure et l'acier cathodique Les termes a/ c/ i/ caractérisent la technologie de la cellule. Les termes d/ e/ g/ h/ caractérisent le processus électrochimique mis en jeu. Le terme b/
traduit la qualité du montage de l'anode. Le terme f/ traduit l'influence de la distance interpolaire de la température de l'électrolyte.
Lorsqu'au lieu de considérer chaque élément ano- -dique on examine l'ensemble de la cellule il faut te~r compte de deux facteurs supplémentaires: tout d'abord ;
le film cathodique de mercure ne se présente pas comme un plan mais comme une surface irréguliére; ensuite, de par sa constitution meme en plusieurs éléments, 1'-anode n'est pas plane. Il est donc simpliste de parler d'une distance interpolaire unique, mais au contraire il faut considérer un grand nombre de distances entre les différents éléments anodiques et la portion du film de mercure située immédiatement en dessous, dispersées autour d'une distance interpolaire moyenne.
Il résulte de ce qui prédède que la tension moy-enne d'électrolyse est une fonction complexe dépen-dant de la technologie de la cellule, du gradiant ~, thermique le long de celle-ci, de l'intensité et de la densiité du courant, de la température et de la con-centration de lJ'electrolyte, de la concentration de l'amalgame et de la distance interpolaire moyenne. ;
Parmi tous ces facteurs, la distance interpolaire a une grande influence sur la tension d'électrolyse.
C'est également le fflc~aurcqui est le plus facile à
modifier. En conclusion, pour optimiser la tension ~
Dans chaque cellule l'ensemble anodique est formé
d'éléments multiples qui mécaniquement sont portés par ~ -des chevetres réglables en hauteur. Généralement chaque élément anodique dimensionnellement stable ou non est lui-meme en outre réglable individuellement en hauteur par rapport au chevêtre. Enfin, électriquement parlant, les éléments anodiques sont généralement associés par groupes, chaque grouFe étant alimenté en énergie par un conducteur spécial dit barre d'amenée de courant. ~ -L'objectif des constructeurs et des exploitants ~ ;
d'usines à chlore a toujours été de consommer le mini-mum d'énergie par tonne de chlore produite dans les cellules fonctionnant avec une densité de courant maximale. Pour atteindre cet objectif, il est néces-;: . :
saire de régler très finement la tension d'électrolyse révèle qu'elle est compos~e des termes suivants pour chacun des éléments anodiques:
a/ chute de tension dans le métal supportant l'a~de b/ chute de tension au contact du métal support avec l'anode c/ chute de tension dans l'anode d/ potentiel thermodynamique d'oxydation de l'ion chlorure ~;
e/ surtension anodique f/ chute de tenslon dan l'électrolyse . ~ ~
:' ~'. . ~' g/ potentiel thermodynamique de réduction de l'ion :::
du métal alcalin ou alcalino-terreux sur la cathode de mercure ~-'~ ~
~.~
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~04~783 h/ surtension cathodlque i/ chutes de tension dans le mercure et l'acier cathodique Les termes a/ c/ i/ caractérisent la technologie de la cellule. Les termes d/ e/ g/ h/ caractérisent le processus électrochimique mis en jeu. Le terme b/
traduit la qualité du montage de l'anode. Le terme f/ traduit l'influence de la distance interpolaire de la température de l'électrolyte.
Lorsqu'au lieu de considérer chaque élément ano- -dique on examine l'ensemble de la cellule il faut te~r compte de deux facteurs supplémentaires: tout d'abord ;
le film cathodique de mercure ne se présente pas comme un plan mais comme une surface irréguliére; ensuite, de par sa constitution meme en plusieurs éléments, 1'-anode n'est pas plane. Il est donc simpliste de parler d'une distance interpolaire unique, mais au contraire il faut considérer un grand nombre de distances entre les différents éléments anodiques et la portion du film de mercure située immédiatement en dessous, dispersées autour d'une distance interpolaire moyenne.
Il résulte de ce qui prédède que la tension moy-enne d'électrolyse est une fonction complexe dépen-dant de la technologie de la cellule, du gradiant ~, thermique le long de celle-ci, de l'intensité et de la densiité du courant, de la température et de la con-centration de lJ'electrolyte, de la concentration de l'amalgame et de la distance interpolaire moyenne. ;
Parmi tous ces facteurs, la distance interpolaire a une grande influence sur la tension d'électrolyse.
C'est également le fflc~aurcqui est le plus facile à
modifier. En conclusion, pour optimiser la tension ~
2~ :
, ,. '~' 104~783 : ~
moyenne d'électrolyse, c'est-à-dire la consommation spécifique d'énergie, il suffit d'agi~ sur la dis-tance moyenne interpolaire. Mais il faut le faire avec discernement.
L'expérience montre en effet qu'à une intensité
donnée, pour que la cellule fonctionne dans les con-ditions optimales de tension il faut tout d'abord que la cellule soit équilibrée électriquement.
':
, ' ' . - . . . .. ~ . .. . ~ . ... , .. . . ~
10447~
triquement, et ensuite que la distance inter- ' polaire moyenne soit la plus faible possible compte tenu des irrégularités de forme du'film cathodique et de l'ensemble anodique. Partant de cet état de choses, on constate qu'avec le temps la situation se détériore meme avec des anodes dimensionnelle-ment stables. Si l'on n'intervient pas il se créera ' aprèsun certain délai un court~circuit qui endomma-gera certains éléments anodiques. Pour pouvoir ~
intervenir il faut détecter à temps le court-circuit ' ceci fait, il faut agir sur le chevetre que porte les '' élémentsincriminés et enfin refaire un réglage général ' pour retrouver l'optimum de tension. ~ ' Si ces opérations sont exécutées manuellement, '' elles sont co~teuses et lentes et risquent d'inter~
venir dans un délai tel que le court-circuit se pro- ~
duit entre temps. ' ' Il existe donc un besoin industriel de disposer ;
d'un procédé automatique qui permette , dans les délais les plus brefs,d'une part de fournir une information sur l'etat électrique de la cellule, d'autre part de détecter et agir contre les courts-circuits juste avant que ceux-ci deviennent destruc-teurs, et engin de r'égler automatiquement la dis-tance interpolaire des cellules d'électrolyse de' ' fason à optimiser en permanence la consommation spec- '" ' ' ifique d~énergie. Ce besoin augmente considérablement ' '' lorsque l'on ~tilise des densités de courant élevées,' dans les anodes. ' Différentes méthodes ont déjàé-*é p~oposées po.u~-resou-dre ce probléme. Il est bien connu que le controle de ' la distance interpolaire est obtenu en général par un ''~
'3 ~.. ~,.. ...
~044783 un réglage mécanique de la hauter des anodes par rap-port à la cathode. En général un moteur électrique ou hydraulique est utlisé, qui fournit la possibilité
de monter ou de descendre les anodes par rapport au film de mercure. Le choix judicieux du paramètre de reglage et de la method de traitement de ce parametre qua agit sur les organes de commande du moteur sont les éléments fondamentaux d'un controle automatique de la distance interpolaire.
Il a été~O~o~é7~ par exemple, de mesurer les ~ -variations - 3a -~044783 ou 1~ vitesse de variation de la tension des conduc-teurs dl'amenée de courant aux anodes. Ce paramétre n'apporte pas, en géneral, la sensibilité requise pour protéger efficacement l'ensemble anodique et permettre une régulation, particulièrement lors de l'emploi d'anodes métalliques dimensionnellement ~
stables. ~ ~ ' La d~m~nd~reEiee a trouvé un paramètre de mesure et une méthode originale du traitement de l'informa-tion fournie par cette mesure en vue de régler auto-matiquement la distance interpolaire.
Le paramètre retenu est l'intensité individuelle traversan~ chaque grouFed'anodes, un groupe pouvant comporter une ou plusieurs anodes.
La méthode orginale de ~r~jlQ~nT ~e l'information ~ '~
consiste à comparer en permanence ou à intervalles très ' rapprochés, chacune des intensités ainsi mesurées à ' la moyenne desdites intensités, ce qui permet les résultats suivants~
-Détecter les écarts individuels entre l'intensité ~' ' d'un group d'anodes et la moyenne excédant un seuil ;~
prédéterminé et en tirer un signal pouvant faire fonc- ;
tionner une alarme en vue d'une intervention.
- Allant plus loin, utiliser le signal pour en plus de l'alarme, donner un order de rel-ev~e ~u '' chevetre portant le groupe d'anodes en défaut.
.. . . . .
- Allant plus loin, encore, et en comparant avec un autre seuil prédéterminé, et en tenant compte en j,.. ....... ..
outre de la tension réelle de la cellule par rapport ' .: :
- 4 _ ~0447~3 à une consigne, fournir un ensemble de signaux que commanderont les mouvement des chevetres nécessaires pour optimiser la tension en permanence.
La démarc~edans la recherche de ce paramètre de fonctionnement de la cellule et du trai~men.t de l'in-formation a été essentiellement basée sur les trois observations suivantes de la demanderesse:
:
- 4a -- Un court-circuit est généralement localisé et n'est pas instantané; il est précédé d'une phase d'initiation au cours de laquelle le déséquilibre électrique-de la cellule au~mente.
- Plus on éloigne les anodes de la cathode, plu~s la répartition du courant dans les anodes est uniforme, inversement plus on diminue la distance interpolaire, plus on accrolt la dispersion des courants dans les anodes autour de leur valeur moyenne.
- Si on diminue la distance interpolaire d'une cellule parfaitement équilibrée on provoque un court-circuit général, la cellule se comportant alors comme un conducteur homogène.
De ces diverses observations découle de principe de réglage de la distance interpolaire d'une cellule d'électrolyse selon la présent invention; dans un~
première étape il faut maltriser la répartition de l'intensité entre toutes les anodes, dans une deux-ième étape, il faut ajuster automatiquement la distarce interpolaire à l'optimum tout en maintenant la répart-iton des intensités et en évitant les court-circuits.
La mesure de l'intensité dans les conducteurs de grosse section, tels ceux alimentant les cellules ' d'électrolyse, est difficile. Après avoir effectué
de nombreux essai~, la demanderesse a retenu la me-sure de la différence de potentiel entre deux points fixes du conducteur- d'amenée de courant sur chaque groupe d'anGdes. Cette différence de potentiel est proportionnelle à l'intensité de courant dans la ou les anodes du groupe desservies par le conducteur d~amenée considéré.
La présente invention fournit un procédé de rég-ulati~n et/ou de protection des ensembles anodiques des cellules d'électrolyse des chlorures de métaux alcalins ou alcalin~terreux fonctionnant avec cathode de mercure et anodes multiples permettant d'opérer à haute intensité et/ou forte densité de courant dans lequel on réalise automatiquement la montée et la descente des chevêtres portant les anodes.
,;, ',:' ', . ',: ' ~044783 Ledit procédée est caractérisé par les points suivants~
- ~- On mesure l'intensité i ~nS chaquç groupe homo~ene d'anodes ~le groupe pouva~t-contenlr une o pluslers anodes). On calcule l'intensité moyenne.ie~
et pour cnaque ~roupe l'écart par rapport à cette intensité moyenne (i - ~
~ . :
On calcule la tension de référence v ref = Kl +
k2iA - iA est la densité de courant anodique kl et k2 sont caractéristiques de chaque installation (procédé et technologie).
, ,. '~' 104~783 : ~
moyenne d'électrolyse, c'est-à-dire la consommation spécifique d'énergie, il suffit d'agi~ sur la dis-tance moyenne interpolaire. Mais il faut le faire avec discernement.
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donnée, pour que la cellule fonctionne dans les con-ditions optimales de tension il faut tout d'abord que la cellule soit équilibrée électriquement.
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triquement, et ensuite que la distance inter- ' polaire moyenne soit la plus faible possible compte tenu des irrégularités de forme du'film cathodique et de l'ensemble anodique. Partant de cet état de choses, on constate qu'avec le temps la situation se détériore meme avec des anodes dimensionnelle-ment stables. Si l'on n'intervient pas il se créera ' aprèsun certain délai un court~circuit qui endomma-gera certains éléments anodiques. Pour pouvoir ~
intervenir il faut détecter à temps le court-circuit ' ceci fait, il faut agir sur le chevetre que porte les '' élémentsincriminés et enfin refaire un réglage général ' pour retrouver l'optimum de tension. ~ ' Si ces opérations sont exécutées manuellement, '' elles sont co~teuses et lentes et risquent d'inter~
venir dans un délai tel que le court-circuit se pro- ~
duit entre temps. ' ' Il existe donc un besoin industriel de disposer ;
d'un procédé automatique qui permette , dans les délais les plus brefs,d'une part de fournir une information sur l'etat électrique de la cellule, d'autre part de détecter et agir contre les courts-circuits juste avant que ceux-ci deviennent destruc-teurs, et engin de r'égler automatiquement la dis-tance interpolaire des cellules d'électrolyse de' ' fason à optimiser en permanence la consommation spec- '" ' ' ifique d~énergie. Ce besoin augmente considérablement ' '' lorsque l'on ~tilise des densités de courant élevées,' dans les anodes. ' Différentes méthodes ont déjàé-*é p~oposées po.u~-resou-dre ce probléme. Il est bien connu que le controle de ' la distance interpolaire est obtenu en général par un ''~
'3 ~.. ~,.. ...
~044783 un réglage mécanique de la hauter des anodes par rap-port à la cathode. En général un moteur électrique ou hydraulique est utlisé, qui fournit la possibilité
de monter ou de descendre les anodes par rapport au film de mercure. Le choix judicieux du paramètre de reglage et de la method de traitement de ce parametre qua agit sur les organes de commande du moteur sont les éléments fondamentaux d'un controle automatique de la distance interpolaire.
Il a été~O~o~é7~ par exemple, de mesurer les ~ -variations - 3a -~044783 ou 1~ vitesse de variation de la tension des conduc-teurs dl'amenée de courant aux anodes. Ce paramétre n'apporte pas, en géneral, la sensibilité requise pour protéger efficacement l'ensemble anodique et permettre une régulation, particulièrement lors de l'emploi d'anodes métalliques dimensionnellement ~
stables. ~ ~ ' La d~m~nd~reEiee a trouvé un paramètre de mesure et une méthode originale du traitement de l'informa-tion fournie par cette mesure en vue de régler auto-matiquement la distance interpolaire.
Le paramètre retenu est l'intensité individuelle traversan~ chaque grouFed'anodes, un groupe pouvant comporter une ou plusieurs anodes.
La méthode orginale de ~r~jlQ~nT ~e l'information ~ '~
consiste à comparer en permanence ou à intervalles très ' rapprochés, chacune des intensités ainsi mesurées à ' la moyenne desdites intensités, ce qui permet les résultats suivants~
-Détecter les écarts individuels entre l'intensité ~' ' d'un group d'anodes et la moyenne excédant un seuil ;~
prédéterminé et en tirer un signal pouvant faire fonc- ;
tionner une alarme en vue d'une intervention.
- Allant plus loin, utiliser le signal pour en plus de l'alarme, donner un order de rel-ev~e ~u '' chevetre portant le groupe d'anodes en défaut.
.. . . . .
- Allant plus loin, encore, et en comparant avec un autre seuil prédéterminé, et en tenant compte en j,.. ....... ..
outre de la tension réelle de la cellule par rapport ' .: :
- 4 _ ~0447~3 à une consigne, fournir un ensemble de signaux que commanderont les mouvement des chevetres nécessaires pour optimiser la tension en permanence.
La démarc~edans la recherche de ce paramètre de fonctionnement de la cellule et du trai~men.t de l'in-formation a été essentiellement basée sur les trois observations suivantes de la demanderesse:
:
- 4a -- Un court-circuit est généralement localisé et n'est pas instantané; il est précédé d'une phase d'initiation au cours de laquelle le déséquilibre électrique-de la cellule au~mente.
- Plus on éloigne les anodes de la cathode, plu~s la répartition du courant dans les anodes est uniforme, inversement plus on diminue la distance interpolaire, plus on accrolt la dispersion des courants dans les anodes autour de leur valeur moyenne.
- Si on diminue la distance interpolaire d'une cellule parfaitement équilibrée on provoque un court-circuit général, la cellule se comportant alors comme un conducteur homogène.
De ces diverses observations découle de principe de réglage de la distance interpolaire d'une cellule d'électrolyse selon la présent invention; dans un~
première étape il faut maltriser la répartition de l'intensité entre toutes les anodes, dans une deux-ième étape, il faut ajuster automatiquement la distarce interpolaire à l'optimum tout en maintenant la répart-iton des intensités et en évitant les court-circuits.
La mesure de l'intensité dans les conducteurs de grosse section, tels ceux alimentant les cellules ' d'électrolyse, est difficile. Après avoir effectué
de nombreux essai~, la demanderesse a retenu la me-sure de la différence de potentiel entre deux points fixes du conducteur- d'amenée de courant sur chaque groupe d'anGdes. Cette différence de potentiel est proportionnelle à l'intensité de courant dans la ou les anodes du groupe desservies par le conducteur d~amenée considéré.
La présente invention fournit un procédé de rég-ulati~n et/ou de protection des ensembles anodiques des cellules d'électrolyse des chlorures de métaux alcalins ou alcalin~terreux fonctionnant avec cathode de mercure et anodes multiples permettant d'opérer à haute intensité et/ou forte densité de courant dans lequel on réalise automatiquement la montée et la descente des chevêtres portant les anodes.
,;, ',:' ', . ',: ' ~044783 Ledit procédée est caractérisé par les points suivants~
- ~- On mesure l'intensité i ~nS chaquç groupe homo~ene d'anodes ~le groupe pouva~t-contenlr une o pluslers anodes). On calcule l'intensité moyenne.ie~
et pour cnaque ~roupe l'écart par rapport à cette intensité moyenne (i - ~
~ . :
On calcule la tension de référence v ref = Kl +
k2iA - iA est la densité de courant anodique kl et k2 sont caractéristiques de chaque installation (procédé et technologie).
3- On compare l'écart ( i - i) à un seuil haut qui peut être prédeterminé et réglable et/ou fonction de la densité de courant du processus mis en jeu, de .. :.
la technologie des cellules, du degré d'usure des :~
anodes et de tout autre variable pouvant influencer .
la tension de l'électrolyse et on donne un ordre de remontée à tout chevetre pour lequel l'écart con-sidéré est supér~eur au dit seuil haut sur l'un quel-conque des groupes d'anodes supporté par le chevetre considéré.
la technologie des cellules, du degré d'usure des :~
anodes et de tout autre variable pouvant influencer .
la tension de l'électrolyse et on donne un ordre de remontée à tout chevetre pour lequel l'écart con-sidéré est supér~eur au dit seuil haut sur l'un quel-conque des groupes d'anodes supporté par le chevetre considéré.
4- On compare l'écart (i - i~ à un seuil bas - ~--qui peut etre prédéterminé et réglable et/ou fonction de la densité de courant du processus mis en jeu du degré d'usure des anodes, de la technologie de la cellule et de tout a~tre variable pouvant influencer ~ 1 la tension d'électrolyse et on donne un ordre temporisé
ou non de descente à.tout chevetre pour lequel la tension d'électrolyse est supérieure à une tension de consigne dépendant de la densité de courant du proces-sus ~is en jeu, de la technologie des cellules du degr~ d 'usure des anodes et de tout autre variable pouvant influencer la tension d'électrolyse.
ou non de descente à.tout chevetre pour lequel la tension d'électrolyse est supérieure à une tension de consigne dépendant de la densité de courant du proces-sus ~is en jeu, de la technologie des cellules du degr~ d 'usure des anodes et de tout autre variable pouvant influencer la tension d'électrolyse.
5- Les ordres de montée sont prioritaires sur les ordres de descente, et un ordre de montée peut succéder immédiatement à n'importe quel ordre pré-cédent.
10447~33
10447~33
6- Si la tension moyenne vr d'électrolyse ou la tension d'un chevêtre devient inférieure à une tension de sécurité qui peut être prédéterminée ou réglable et/ou fonction de la densité de cou-rant du processus mis en jeu, du degré d'usure des anodes, de la -;~
technologie et de tout autre variable pouvant influencer la tension d'électrolyse un ordre de remontée d'un ou plusieurs chevêtres por-te-anodes sera donné jusqu'à ce que vr redevienne supérieure à la tension de sécurité pour le ou les chevêtres considérés.
Dans la pratique, si sur un groupe d'anodes quelconque on ~
a: -~ > 0, quel que soit vr, un ordre de remontée sera donné au chevêtre auquel appàrtient le ~ ;
groupe d'anodes et maintenu jusqu'~ ce que l'inéquation change de signe, Si sur tous les groupes d'anodes du chevêtre on a:
Le système donnera un ordre de descente de 0 durée. To qui ne peut succéder 3 un ordre de montée qu'apr~s écoulement du temps Tl et vr~ v ref + vo ou à un ordre de descente qu'après écoule-ment du temps T3.
vo étant une tension additionaelle ajustable.
Dès qué vr ~ (v ref + sr ) le système donne un ordre de re-montée à tous les chevêtres ~usqu'à ce que l'inéquation change de signe.
sr étant une ten~ion pr~déterminée a~ustable.
Le ~chéma de la figure 1 annexée repr~sente un exemple de système de régulation automatique de cellules fonctionnant selon la présente invention.
Dans une cellule d'électrolyse à chlore utilisant la ca-: . . ':
thode de mercure le courant d'alimentation est réparti sur les ano-des de la cellule grâce à des barres de courant 8.
Les amenées de courant 3 dans les anodes 4 sont supportées '. ' ' ' '
technologie et de tout autre variable pouvant influencer la tension d'électrolyse un ordre de remontée d'un ou plusieurs chevêtres por-te-anodes sera donné jusqu'à ce que vr redevienne supérieure à la tension de sécurité pour le ou les chevêtres considérés.
Dans la pratique, si sur un groupe d'anodes quelconque on ~
a: -~ > 0, quel que soit vr, un ordre de remontée sera donné au chevêtre auquel appàrtient le ~ ;
groupe d'anodes et maintenu jusqu'~ ce que l'inéquation change de signe, Si sur tous les groupes d'anodes du chevêtre on a:
Le système donnera un ordre de descente de 0 durée. To qui ne peut succéder 3 un ordre de montée qu'apr~s écoulement du temps Tl et vr~ v ref + vo ou à un ordre de descente qu'après écoule-ment du temps T3.
vo étant une tension additionaelle ajustable.
Dès qué vr ~ (v ref + sr ) le système donne un ordre de re-montée à tous les chevêtres ~usqu'à ce que l'inéquation change de signe.
sr étant une ten~ion pr~déterminée a~ustable.
Le ~chéma de la figure 1 annexée repr~sente un exemple de système de régulation automatique de cellules fonctionnant selon la présente invention.
Dans une cellule d'électrolyse à chlore utilisant la ca-: . . ':
thode de mercure le courant d'alimentation est réparti sur les ano-des de la cellule grâce à des barres de courant 8.
Les amenées de courant 3 dans les anodes 4 sont supportées '. ' ' ' '
-7-: ' par un chevêtre porte-anodes 7, qui peut déplacer mécaniquement les anodes par rapport a la cathode constituée du film de mercure 5 grâ-ce aux moteurs 9.
Gr~ce à ce dispositif on peut obtenir un réglage en hau-teur des anodes du chevêtre par rapport au plan du film de mercure 5. En outre chaque anode 4 eput être déplacée manuellement par rap-port aux autres si nécessaire. La mise en oeuvre du procédé objet de la présente invention utilise la mesure de l'intensité dans cha-que conducteur d'amenée. Dans la figure 1, cette meusre est réali-sée par mesure de la chute de tension entre deux points fixes de 1'-amenée de courant 1 et~2. L'ensemble des mesures des intensités traversant les amenées de courant sont collectées par le bo~tier 10, qui collecte également la mesure de la tension d'électrolyse entre les points 3 et 6. Toutes ces mesures sont amplifiées par le bloc d'amplificateurs 11. ~es comparaisons~ entre l'intensité dans le conducteur et l'intensité moyenne d'une part, et les seuils haut et bas ~-d'autre part, ainsi que les comparaisons entre la tension d'électrolyse vr et les tensions de consigne de sécurité, sont effec-tuées dans le bo~tier de comparaison 12, dans lequel sont introduits sous forme de tension les valeurs de consigne, e~les-mêmes fonction de l'intensité de la technologie des cellules, du processus mis en oeuvre et de tout autre variable pouvant influencer la tension d'é-lectrolyse. Ces fonctions sont élaborées dans le bo~tier 13 ~ par-tir des me8ures collectées et ampliflée8 dflns les bo~tler 10 et 11.
Les ordres te montée ou de descente des chevêtres porte-anodes sont envoyés au bo~tier de commande 14 qui met en oeuvre la remontée ou la descente mécanique des chevêtres par l'intermédiaire des moteurs 9.
Ces ordres, ainsi que les signaux, sont enregistrés ou vi-sualisés dans le bo~tier mémoire 15.
Un autre mode simplifié de réalisation de l'invention con-siste en un procédé limité uniquement à la protection des ensembles
Gr~ce à ce dispositif on peut obtenir un réglage en hau-teur des anodes du chevêtre par rapport au plan du film de mercure 5. En outre chaque anode 4 eput être déplacée manuellement par rap-port aux autres si nécessaire. La mise en oeuvre du procédé objet de la présente invention utilise la mesure de l'intensité dans cha-que conducteur d'amenée. Dans la figure 1, cette meusre est réali-sée par mesure de la chute de tension entre deux points fixes de 1'-amenée de courant 1 et~2. L'ensemble des mesures des intensités traversant les amenées de courant sont collectées par le bo~tier 10, qui collecte également la mesure de la tension d'électrolyse entre les points 3 et 6. Toutes ces mesures sont amplifiées par le bloc d'amplificateurs 11. ~es comparaisons~ entre l'intensité dans le conducteur et l'intensité moyenne d'une part, et les seuils haut et bas ~-d'autre part, ainsi que les comparaisons entre la tension d'électrolyse vr et les tensions de consigne de sécurité, sont effec-tuées dans le bo~tier de comparaison 12, dans lequel sont introduits sous forme de tension les valeurs de consigne, e~les-mêmes fonction de l'intensité de la technologie des cellules, du processus mis en oeuvre et de tout autre variable pouvant influencer la tension d'é-lectrolyse. Ces fonctions sont élaborées dans le bo~tier 13 ~ par-tir des me8ures collectées et ampliflée8 dflns les bo~tler 10 et 11.
Les ordres te montée ou de descente des chevêtres porte-anodes sont envoyés au bo~tier de commande 14 qui met en oeuvre la remontée ou la descente mécanique des chevêtres par l'intermédiaire des moteurs 9.
Ces ordres, ainsi que les signaux, sont enregistrés ou vi-sualisés dans le bo~tier mémoire 15.
Un autre mode simplifié de réalisation de l'invention con-siste en un procédé limité uniquement à la protection des ensembles
-8--' 10~4783 anodiques.
Ce deuxième mode de réalisation est caractérisé par les points suivants:
1- On choisit comme paramètre llintensité de courant dans chaque groupe homogène d'anodes; le groupe pouvant contenir une ou plusieurs anodes.
2- On mesure l'intensité i dans chaque groupe.
On calcule l'intensité moyenne ~ et pour chaque groupe l'écart par rapport à cette~ moyenne (i ~
3- Simultanément sur chaque groupe d'anodes on compare .
l'écart (i - ~) a~ec un seuil prédéterminé et réglable 4- Si sur un groupe d'anodes quelconque on a:
) - ~~~ :~ :
une alarme signalera le groupe d'anodes en défaut et/ou un ordre de remontée sera donné au chevêtre auquel appartient ce groupe d'anodes ' et sera maintenu ~usqu'à ce que l'inéquation change de signe.
Les mesures et leur traitement peuvent être effectués ~à
l'aide de tout système électrique, électrique ou-p~eumatique~ mais de préférence par un système électronique analoglque ou numérique.
Les intensités peuvent être amplifiées dans des amplifica-teurs différentiels et leur moyenne réalisée en analogique ou numé-rique.
Les constantes et les consignes sont introduites à l'aide de tensions auxilialres quie peuvent être fonctlon de dlfférents pa-ramètres devant intervenir sur la valeur te la consigne, tels que lntensité, position du groupe d'anodes dans la cellule, degré d'usu-. .
re du groupe d'anodes, ou de tout autre varlable devant influencer la consigne.
Les avantages de la présente inventlon sont comme il a été
dit précédemment, le contrôle de la répartitlon homogène de la char-ge de courant dans la cellule d'électrolyse contr~ les dlfférents conducteurs d'amenée de courant aux anodes, et que les slgnaux en-_9 '' '. :' 10~4'783 gendrés sont traités pour corriger ou permettre de corriger les écarts qui pourraient se manifester dans le temps et protéger ain-si les anodes contre les surcharges et l'usure prématurée.
En outre, la comparaison permanente de la tension d'élec-trolyse à des tensions de consigne prédéterminées et réglables et/
ou fonction de tous les paramètres devant influencer cette consi-gne, permettant l'abaissement du chevêtre tout en assurant~à un fonctionnement de la cellule à l'intérieur de tensions d'électroly-se optimisées. -.
EXEMPLES
Les exemples ci-après donnent les résultats obtenus sur une cellule équi~pée du dispositif revendiqué schématisé dans la fi-gure 1. La cellule employée dans les exemples a les caractéristi-ques suivantes:
- Surface anodique: 19,8 m2 - Surface cathodique20,0 m2 - Pente de la cathode mercure : 15%
- Nombre d'anodes métalliques : 36 - Nombre de chevêtres porte-anodes : 6 _ Nombre d'am~nées de coura~t : 18 La cellule était utilisée pour l'électrolyse d'une solu-tion aqueuse de chlorure de sodium titrant 310 g/l à l'entrée et 275 g/l à la sortie et à une température moyenne de 70~C.
Les valeurs des différents paramètres étaient les sui-vants:
kl = 3~10 volts ' k2 a O~lOf~.m2 1 'r = A~m~2 A
V ref = 3~10 + 0~10 19,8 1 = 3,5 mv sur chevêtre 1 2 = 3~5 mv sur chevêtre 2 3 = 3,5 mv sur chevêtre 3 4 = 4,0 mv sur chevêtre 4 ~5 = 4,0 mv sur chevêtre 5 ~~ = 4~0 mv sur chevêtre 6 '~ . ' ' o vo =-otlOO volt , .
Sr =.~0,300 volt _ = 2,5 mv To - 0,1 seconde Tl = 2J8 minutes T3 = 4,5 minutes Dans le dispositif utilisé les paramètres ou équations sui~antes: v ref, vo~ Sr sont amplifiés d-~un coefficient multiplica~
teur égal ~ 1~5.
20~ 1~ ~ 2............... ~6,~ , sont amplifiés d~un coefficient multiplicateur égal à 400.
' i est également amplifié 400 fois.
Les exemples 1~ 2 et 3 donnent les résultats ins~antanés , obtenus avec une cellule opérant à différentes charges.
L~exemple n 4 donne les performances moyennes d'une cel-lule pendant 80 ~ours de fonctlonnement continu.
L~exemple n~5 donne les résu~ktats obtenus avec le systè-me assurant seulement la protection des ensembles anodiques.
" '"' , ' . ' :; ' ' _11- '' ,, :' ~'~
~ .' .
'MP:r.~ n~ 1 ;~J
~ 1 4 ~783 (~h~-lrge :[ ~ 25:3.,00C1 c?~mp~res v re:~ 4, 38 volts , -. ~
Numero Int~nsité expriIntensité Numéro Tension réelle desmée en mV avant exprimee repère des vr av~ult a~odes amplificationen ampères chev~tres amplifi.cation : -_, . .__ _ . _ _ . . ~ , 1 1 6 , 5 1 3 . 772 .. ___ . _ .. _ ..
2 15, 5 12~937 1 4,23 . _ . . ... _ . . .
3 15, 5 12.937 ~ .. __ . .. _._ . ~. . _ 4 14~0 11.686 . ~ ~ . .. _.. __ : .
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Ce deuxième mode de réalisation est caractérisé par les points suivants:
1- On choisit comme paramètre llintensité de courant dans chaque groupe homogène d'anodes; le groupe pouvant contenir une ou plusieurs anodes.
2- On mesure l'intensité i dans chaque groupe.
On calcule l'intensité moyenne ~ et pour chaque groupe l'écart par rapport à cette~ moyenne (i ~
3- Simultanément sur chaque groupe d'anodes on compare .
l'écart (i - ~) a~ec un seuil prédéterminé et réglable 4- Si sur un groupe d'anodes quelconque on a:
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une alarme signalera le groupe d'anodes en défaut et/ou un ordre de remontée sera donné au chevêtre auquel appartient ce groupe d'anodes ' et sera maintenu ~usqu'à ce que l'inéquation change de signe.
Les mesures et leur traitement peuvent être effectués ~à
l'aide de tout système électrique, électrique ou-p~eumatique~ mais de préférence par un système électronique analoglque ou numérique.
Les intensités peuvent être amplifiées dans des amplifica-teurs différentiels et leur moyenne réalisée en analogique ou numé-rique.
Les constantes et les consignes sont introduites à l'aide de tensions auxilialres quie peuvent être fonctlon de dlfférents pa-ramètres devant intervenir sur la valeur te la consigne, tels que lntensité, position du groupe d'anodes dans la cellule, degré d'usu-. .
re du groupe d'anodes, ou de tout autre varlable devant influencer la consigne.
Les avantages de la présente inventlon sont comme il a été
dit précédemment, le contrôle de la répartitlon homogène de la char-ge de courant dans la cellule d'électrolyse contr~ les dlfférents conducteurs d'amenée de courant aux anodes, et que les slgnaux en-_9 '' '. :' 10~4'783 gendrés sont traités pour corriger ou permettre de corriger les écarts qui pourraient se manifester dans le temps et protéger ain-si les anodes contre les surcharges et l'usure prématurée.
En outre, la comparaison permanente de la tension d'élec-trolyse à des tensions de consigne prédéterminées et réglables et/
ou fonction de tous les paramètres devant influencer cette consi-gne, permettant l'abaissement du chevêtre tout en assurant~à un fonctionnement de la cellule à l'intérieur de tensions d'électroly-se optimisées. -.
EXEMPLES
Les exemples ci-après donnent les résultats obtenus sur une cellule équi~pée du dispositif revendiqué schématisé dans la fi-gure 1. La cellule employée dans les exemples a les caractéristi-ques suivantes:
- Surface anodique: 19,8 m2 - Surface cathodique20,0 m2 - Pente de la cathode mercure : 15%
- Nombre d'anodes métalliques : 36 - Nombre de chevêtres porte-anodes : 6 _ Nombre d'am~nées de coura~t : 18 La cellule était utilisée pour l'électrolyse d'une solu-tion aqueuse de chlorure de sodium titrant 310 g/l à l'entrée et 275 g/l à la sortie et à une température moyenne de 70~C.
Les valeurs des différents paramètres étaient les sui-vants:
kl = 3~10 volts ' k2 a O~lOf~.m2 1 'r = A~m~2 A
V ref = 3~10 + 0~10 19,8 1 = 3,5 mv sur chevêtre 1 2 = 3~5 mv sur chevêtre 2 3 = 3,5 mv sur chevêtre 3 4 = 4,0 mv sur chevêtre 4 ~5 = 4,0 mv sur chevêtre 5 ~~ = 4~0 mv sur chevêtre 6 '~ . ' ' o vo =-otlOO volt , .
Sr =.~0,300 volt _ = 2,5 mv To - 0,1 seconde Tl = 2J8 minutes T3 = 4,5 minutes Dans le dispositif utilisé les paramètres ou équations sui~antes: v ref, vo~ Sr sont amplifiés d-~un coefficient multiplica~
teur égal ~ 1~5.
20~ 1~ ~ 2............... ~6,~ , sont amplifiés d~un coefficient multiplicateur égal à 400.
' i est également amplifié 400 fois.
Les exemples 1~ 2 et 3 donnent les résultats ins~antanés , obtenus avec une cellule opérant à différentes charges.
L~exemple n 4 donne les performances moyennes d'une cel-lule pendant 80 ~ours de fonctlonnement continu.
L~exemple n~5 donne les résu~ktats obtenus avec le systè-me assurant seulement la protection des ensembles anodiques.
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14 17~8 . 14.857 5 4~19 .
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. 16 17~ 7 14. 774 _ .___ . _ .. _ ~ :
1 7 1 6 , 7 1 3 . 939 6 4 , 20 . ~:
. . _ ~ . .
18 1 6, 6 1 3 . 856 _ _ ~ . _ _ . _. .__ . Noyenne 1 6, 8 14.0 55 _ 4, 20 .. __ . '~
t7f~ _t3 -Consolrma~ion ~;p~ ifiqu~ d'~n~rgie: ~ ~3~ kl;!i~ pcar to~ne cle chlore - E~EMP~E n~ 2 Charge I _ 250.000 ampè-ces V re~ - 4,36 vol t~ j -Numëro _ _ _ _ rep~re Intensité expri- Xntensité Numéro~en~;ion r~elle des mée en mV avant exprimeerepère des vr avant anodes arnplification en ampares chev~tres amplification . . . . ~ ~ . . _ - 1 16,3 13.594 . . ._ _ ~ ' 2 1 5,4 120843 1 4,28 . . _ .. _ - . ~
3 16,6 13.844 _~ ___ , . ._ .. _ _ . .. _ .
J 4 1 7,6 14G6 78 .. . _ . _ .... ;'' 15,6 13.010 2 4,28 . ~ ' . :' 6 16,9 14O094 .. _ . __ . . . . . ~ . ~ .. .
7 15,5 12.927 ~ - -_~ . .... _ ~ :
. 8 16,2 13.511 3 4,28 . __ . ' - '' ':' 9 16,7 13.928 . :~ - - , . .
15,9 13.260 . . ........... .. _ , . _ 11 16,2 13.511 4 4,29 _ _ . .
12 15,9 13.260 _ ,. . .. _.__ _ ~ . . . _., . ."
13 18,2 1 5O1 79 . . . . , .
14 16,9 14.095 5 4,31 _ . . _ _ . ..
16,5 13.761 . . ~ __ ..
1 6 . 1 7,9 14.929 _ . _ . _ . ,' ' -17 17,5 14.595 6 - 4,31 - ~
~ . . ___ . : .. - .
18 17,9 14 929 ~
. . . .____ . . . . .. _ . ~ .
Moyenne _16t6 13,B89 ~ 4$29 ~~ ~ 8 3 c~on~oJJlmal;io~ p~e~ ? Cl 9~nQr~j~ 3r412 ];W!l T~ r t;onrlc de ch:LoreO
EX~ iPT.~,~', n~ 3 Ch~r~e I - 171~000 ampbres V rel - 3 t 96 volts ~ ~ ______ Numero Inten~itc expri ¦ Intensité Numéro rrension relle des mée en.rnV avant exprimée repère des vr avant anodes ampli.f'ication en ampères chev~tres amplification .. _ , .. . .... . . .. ..
1 1 0 , 6 9 . 529 . .. . - ..... _ 2 10,9 9.799 1 3,83 _____ _._ ...... .. _ .
3 11,3 10.158 ._ _ ., .. ~ . .. . . . . _.__ 4 11~,0 9.889 _ . . ..... _ .
11, 4 10.249 2 3,88 _. .... _ 6 ~ 1 1 , 1 9 , 9 79 -_. .... ... .. , . _.. ~ ~ .
7 9,2 8.271 . . _ _ , . . . _ . _ . _ 8 9,9 8.900 3 3,89 . .. _ .... ___ . .
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t7f~ _t3 -Consolrma~ion ~;p~ ifiqu~ d'~n~rgie: ~ ~3~ kl;!i~ pcar to~ne cle chlore - E~EMP~E n~ 2 Charge I _ 250.000 ampè-ces V re~ - 4,36 vol t~ j -Numëro _ _ _ _ rep~re Intensité expri- Xntensité Numéro~en~;ion r~elle des mée en mV avant exprimeerepère des vr avant anodes arnplification en ampares chev~tres amplification . . . . ~ ~ . . _ - 1 16,3 13.594 . . ._ _ ~ ' 2 1 5,4 120843 1 4,28 . . _ .. _ - . ~
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EX~ iPT.~,~', n~ 3 Ch~r~e I - 171~000 ampbres V rel - 3 t 96 volts ~ ~ ______ Numero Inten~itc expri ¦ Intensité Numéro rrension relle des mée en.rnV avant exprimée repère des vr avant anodes ampli.f'ication en ampères chev~tres amplification .. _ , .. . .... . . .. ..
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Moye e _0, 5 _ 9 . 500_ _ ~ ~ ~ - -Consommation ~pécifique d'énergle: 3~068 ~ n par tonne de chlo~. '~-Er~l:pr n~ 4 16~ ;1L'7~3 Résult;ats obtenu~ apres 80 jol~rs de ~onctionnement conti~ :
nu: . -Ch~rge moyenne i 3 249.500 ampères ~ .
V ref - 4,36 volts ~:
- tension moyenne vr: 4,25 volts - consommati.on spécifique d'énergie : 3.~78 I.l~/tonne de chlore.
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¦ a odes ~ cation et avQ t reperre ~ant redUlQmpli fic ._.. ._ .......... ,.~ ~.. ... ,.. _ ~. _ .. ~ _1 20,1 19,8 __ ._ _ . ... .. _____ 2 1 8, 0 1 relevage 17, 8 __- . . . ................................. . " ., . __ .
¦ 3 18,3 . . 18,0 ~;
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Claims (3)
1. Procédé de régulation et de protection des ensembles anodiques des cellules d'électrolyse des chlorures alcalins et al-calino-terreux fonctionnant avec cathode de mercure et anodes mul-tiples dans lequel on réalise automatiquement la montée et la des-cente des chevêtres portant les anodes et caractérisé en ce que on réalise au moins les 2 opérations suivantes:
a) on compare un écart (i - ?) à un seuil haut qui est prédétermine et réglable et fonction de la densité de courant, du processus mis en jeu, de la technologie de la cellule, du degré d'usure des anodes, et de tout autre variable pouvant influencer la tension d'électroly-se, et on donne un ordre de remontée à tout chevêtre pour lequel l'écart considéré est supérieur audit seuil haut sur l'un quelconque des groupes d'anodes supportées par le chevêtre considéré; et b) on compare l'écart (i - ?) à un seuil bas prédéterminé et régla-ble et fonction de la densité de courant, du processus mis en jeu, de la technologie de la cellule, du degré d'usure des anodes, et de tout autre variable pouvant influencer la tension d'électrolyse, et on donne un ordre temporisé ou non de descente à tout chevêtre pour lequel l'écart considéré est inférieur audit seuil bas sur tous les groupes d'anodes, et de plus pour lequel la tension d'électrolyse est supérieure à une tension de consigne dépendant de la densité de courant, du processus mis en jeu, de la technologie de la cellule, et de tout autre variable pouvant influencer la tension d'électro-lyse, où
i est l'intensité de courant dans chaque groupe d'anodes et ? est l'intensité moyenne de courant des groupes d'anodes.
a) on compare un écart (i - ?) à un seuil haut qui est prédétermine et réglable et fonction de la densité de courant, du processus mis en jeu, de la technologie de la cellule, du degré d'usure des anodes, et de tout autre variable pouvant influencer la tension d'électroly-se, et on donne un ordre de remontée à tout chevêtre pour lequel l'écart considéré est supérieur audit seuil haut sur l'un quelconque des groupes d'anodes supportées par le chevêtre considéré; et b) on compare l'écart (i - ?) à un seuil bas prédéterminé et régla-ble et fonction de la densité de courant, du processus mis en jeu, de la technologie de la cellule, du degré d'usure des anodes, et de tout autre variable pouvant influencer la tension d'électrolyse, et on donne un ordre temporisé ou non de descente à tout chevêtre pour lequel l'écart considéré est inférieur audit seuil bas sur tous les groupes d'anodes, et de plus pour lequel la tension d'électrolyse est supérieure à une tension de consigne dépendant de la densité de courant, du processus mis en jeu, de la technologie de la cellule, et de tout autre variable pouvant influencer la tension d'électro-lyse, où
i est l'intensité de courant dans chaque groupe d'anodes et ? est l'intensité moyenne de courant des groupes d'anodes.
2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les ordres de montée sont rendues prioritaires par rapport aux or-dres de descente des chevêtres porte-anodes.
3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, si la tension moyenne d'électrolyse ? devient inférieure à une ten-sion de sécurité prédéterminée et réglable et fonction de la densité
de courant, du processus mis en jeu, de la technologie de la cellu-le, du degré d'usure des anodes, et de tout autre variable pouvant influencer la tension d'électrolyse, un ordre de remontée des che-vêtres porte-anodes sera donné jusqu'à ce que ? redevienne supé-rieure à la tension de sécurité pour le ou les chevêtres considérés.
de courant, du processus mis en jeu, de la technologie de la cellu-le, du degré d'usure des anodes, et de tout autre variable pouvant influencer la tension d'électrolyse, un ordre de remontée des che-vêtres porte-anodes sera donné jusqu'à ce que ? redevienne supé-rieure à la tension de sécurité pour le ou les chevêtres considérés.
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