Au cœur de l'industrie chimique moderne se trouve l'électrolyse chlore-alcali, un processus indispensable qui permet d'obtenir des substances de base essentielles pour divers domaines d'application. L'importance de ce procédé réside notamment dans la production efficace d'ions sodium (Na+), d'ions chlorure (Cl-) et d'ions hydroxyde (OH-), qui sont des matières premières critiques indispensables à la fabrication de matières plastiques, de produits pharmaceutiques et à l'industrie textile.
Grâce à l'application d'une tension électrique continue, l'électrolyse chlore-alcali effectue une transformation séparatrice de la solution de chlorure de sodium en chlore élémentaire et en hydroxyde de sodium ; de l'hydrogène est produit simultanément. Le fonctionnement de ces cellules d'électrolyse techniquement sophistiquées - spécialement conçues pour permettre le transport des ions tout en empêchant les réactions indésirables entre les produits - fait l'objet d'une attention particulière de la part des spécialistes ; en effet, l'efficacité et la sécurité de l'ensemble du processus dépendent en grande partie de mécanismes de contrôle précis et de la stabilité des technologies membranaires utilisées.
Systèmes de mesure LiquiSonic® dans l'électrolyse du chlore et de la soude caustique
La technologie de mesure LiquiSonic® peut être utilisée avantageusement dans les différentes étapes du processus d'électrolyse du chlore et de la soude. L'avantage pour le client réside principalement dans la réduction de la consommation de matières premières et d'énergie ainsi que dans l'augmentation du rendement.
Le système LiquiSonic®.
LiquiSonic® est disponible en trois variantes de système :
LiquiSonic® 20, LiquiSonic® 30 et LiquiSonic® 40.
LiquiSonic® 30 est un système très performant qui se compose d'un contrôleur avec connexion de quatre capteurs au maximum. Les capteurs peuvent être utilisés à différents points de mesure.
LiquiSonic® 20 est une variante avec des fonctionnalités réduites et le raccordement d'une seule sonde.
LiquiSonic® 40 permet de déterminer simultanément deux concentrations dans un mélange. Pour cela, une deuxième grandeur de mesure physique est combinée à la vitesse du son. Dans les processus d'électrolyse chlore-alcali, le système LiquiSonic® 40 contient généralement un capteur de conductivité comme deuxième grandeur physique.
Principe de mesure
La technique de mesure LiquiSonic® analyse les paramètres des liquides tels que la concentration ou la densité, détecte les transitions de phase et sert au suivi des réactions.
Le principe de mesure est basé sur la détermination de la vitesse du son dans les liquides. De par sa conception, la distance (d) entre l'émetteur et le récepteur d'ultrasons est constante, de sorte que la vitesse du son (v) peut être calculée en mesurant le temps de propagation (t) (v = d / t). Comme la vitesse du son dépend de la concentration de la substance, il existe une relation fonctionnelle qui permet de calculer la concentration.
La mesure de la vitesse du son est indépendante de la transparence du liquide et convainc par sa grande précision de mesure, sa reproductibilité et sa stabilité. En plus de la mesure de la vitesse du son, le capteur LiquiSonic® intègre une mesure de la température très précise et rapide pour la compensation de la température. Pour de nombreuses applications, celle-ci offre de grands avantages par rapport aux méthodes de mesure conventionnelles.
Capteur
Le capteur LiquiSonic® mesure en continu aussi bien la concentration que la température dans une plage prédéfinie. Les données de processus sont actualisées toutes les secondes.
Le composant du capteur en contact avec le liquide est fabriqué en acier inoxydable ou en matériau résistant à la corrosion, comme l'Hastelloy C-2000, ou revêtu de Halar ou de PFA.
Différentes fonctions supplémentaires intégrées au capteur, comme le contrôleur de débit (Flow / Stop) ou la surveillance humide/sec (conduite pleine / vide), complètent le contrôle du processus.
La technologie spéciale haute performance LiquiSonic® garantit des résultats de mesure stables même en présence de bulles de gaz ou d'une forte atténuation du signal par le liquide de process.
Comment fonctionne une électrolyse du chlore et de la soude ?
L'électrolyse du chlore et de la soude est un procédé technique important utilisé pour produire des produits chimiques de base tels que le chlore, l'hydrogène et la soude caustique (hydroxyde de sodium). Une solution aqueuse de chlorure de sodium (sel) est utilisée comme électrolyte. Une tension électrique est appliquée aux électrodes, qui sont constituées de matériaux spéciaux. Grâce à ce processus, les ions chlorure sont oxydés en chlore à l'anode, tandis que l'eau est réduite en hydrogène et en ions hydroxyde à la cathode. Ces ions hydroxyde réagissent avec les ions sodium de la solution pour former de la soude caustique. L'électrolyse du chlore et de la soude est un procédé très efficace, utilisé dans de nombreuses industries, car il est rapide, fiable et rentable, et fournit des produits chimiques essentiels pour diverses applications industrielles.
Le sel (NaCl) est décomposé en chlore (Cl2), soude caustique (NaOH) et hydrogène (H2) à l'aide d'un courant électrique.
Quels sont les procédés utilisés dans l'électrolyse du chlore et de la soude ?
Deux procédés sont principalement utilisés : le procédé à diaphragme et le procédé à membrane.
Dans les deux procédés, la même réaction électrochimique a lieu : Le NaCl s'écoule dans le compartiment anodique de la cellule, où Cl2 se dépose sous forme de chlore gazeux. La solution passe ensuite dans le compartiment cathodique, où se forment H2 et NaOH.
Le procédé à diaphragme expliqué :
Dans le procédé à diaphragme, un diaphragme poreux (paroi de séparation) est utilisé entre l'anode et la cathode. Il permet l'échange d'ions, mais empêche le mélange du chlore et de la solution d'hydroxyde de sodium. Une solution saline est utilisée comme électrolyte et du chlore est libéré à l'anode, tandis que de l'hydrogène et de l'hydroxyde de sodium sont produits à la cathode. La qualité de l'hydroxyde de sodium est toutefois moins bonne avec ce procédé qu'avec d'autres méthodes.
Procédé à membrane expliqué :
Ce procédé utilise une membrane spéciale perméable aux ions, qui bloque les ions chlore mais laisse passer les ions sodium. Il en résulte la formation de chlore à l'anode et d'hydroxyde de sodium et d'hydrogène à la cathode.
La membrane et le diaphragme représentent un facteur de coût élevé au sein des deux procédés. La technique de mesure LiquiSonic® est utilisée pour déterminer avec précision la concentration du catholyte afin d'identifier les éventuelles inefficacités de l'électrolyseur et d'y remédier. Cela permet de garantir une durée de vie optimale de la membrane.
Selon le procédé utilisé, le catholyte est une solution de NaOH (procédé à membrane) ou une solution de NaOH-NaCl (procédé à diaphragme). La mesure de la concentration du mélange de trois composants est alors réalisée par l'utilisation d'un système de mesure LiquiSonic® 40, dans lequel le capteur à ultrasons est combiné à un capteur de conductivité.
Votre avantage :
Maximisation du rendement de l'électrolyseur grâce à la saisie continue des concentrations dans le processus.
Économies d'énergie et optimisation de la consommation
Réduction des analyses comparatives coûteuses
Augmentation de la durée de vie de la membrane
Concentration de soude caustique
L'électrolyse du chlore et de la soude est un procédé au cours duquel le chlorure de sodium (sel de cuisine) est transformé en chlore, en hydrogène et en soude caustique (hydroxyde de sodium) sous l'effet de l'énergie électrique. Au cours de ce processus, les ions sodium (Na+) migrent vers la cathode, qui est chargée négativement, et les ions chlorure (Cl-) vers l'anode, qui est chargée positivement. L'oxydation des ions chlorure a lieu à l'anode, ce qui libère du chlore. À la cathode, l'eau se réduit en hydrogène et en ions hydroxyde. Ces ions hydroxyde réagissent avec les ions sodium pour former de la soude caustique. Il existe différentes variantes de ce processus, comme le procédé d'amalgame, qui produit un amalgame de sodium à la cathode, lequel est ensuite transformé en soude caustique, en hydrogène et en mercure dans une étape séparée. Quel que soit le procédé utilisé, la soude caustique obtenue est souvent concentrée par évaporation afin d'obtenir une concentration plus élevée.
La soude caustique (NaOH) commercialisable a généralement une concentration comprise entre 45 m% et 50 m%. Comme le NaOH prélevé dans les cellules d'électrolyse ne présente qu'une plage de concentration comprise entre 12 m% et 33 m%, il est concentré dans des évaporateurs à plusieurs corps.
Si, en plus du NaOH, la solution contient également du NaCl (procédé à diaphragme), le sel en excès dans la solution caustique précipite sous forme cristalline dans l'évaporateur lors de l'évaporation. On obtient ainsi une concentration de NaOH comprise entre 45 m% et 50 m%.
La technique de mesure LiquiSonic® détermine en continu et à tout moment la concentration de la solution caustique après l'évaporateur. Une dilution ultérieure de la soude caustique à une concentration de produit spécifique au client peut également être surveillée.
L'avantage pour vous :
surveillance continue de la concentration de la soude caustique
Réduction des coûts énergétiques lors de l'évaporation
Séchage du chlore gazeux
Le séchage du chlore gazeux est une étape essentielle dans la production de chlore. Ce processus implique l'élimination de l'humidité du chlore gazeux afin de le rendre apte aux applications industrielles. Le séchage s'effectue par des méthodes physiques telles que le refroidissement et la condensation du gaz ou par l'utilisation d'agents de séchage tels que l'acide sulfurique concentré ou les tamis moléculaires. Ces techniques garantissent que le chlore se présente sous une forme pure et sèche. Bien que le séchage du chlore gazeux soit un procédé techniquement exigeant, il joue un rôle crucial dans de nombreux secteurs industriels, car le chlore gazeux séché est utilisé dans une multitude d'applications, du traitement de l'eau à la fabrication de plastiques et de produits pharmaceutiques.
Le chlore gazeux produit dans la zone anodique de l'électrolyseur doit être débarrassé de sa part d'eau avant d'être réutilisé, car sa corrosivité augmente lorsque sa teneur en humidité dépasse 30 ppm. Pour le séchage, le chlore gazeux est dirigé vers des tours d'absorption dans lesquelles la part d'eau dans le chlore gazeux est absorbée par de l'acide sulfurique hautement concentré (80-99 m% H2SO4).
L'efficacité de ce processus de séchage a une influence déterminante sur la productivité et la qualité du gaz. C'est pourquoi la mesure fiable de la concentration en H2SO4 est importante. Le système de mesure LiquiSonic® permet, par rapport à la mesure de la conductivité et de la densité, une surveillance continue et fiable de la concentration en H2SO4.
Votre avantage :
suppression des prélèvements d'échantillons coûteux
surveillance continue de la concentration en H2SO4
signal clair pour la détermination de la concentration de H2SO4 entre 80 m% et 100 m%.
prévention de la corrosion grâce à un séchage efficace
Production d'acide chlorhydrique
Le chlore gazeux produit à l'anode de l'électrolyseur et l'hydrogène ajouté constituent les matières premières pour la synthèse de l'acide chlorhydrique. Pour ce faire, les deux gaz sont introduits dans un brûleur où ils réagissent pour former du chlorure d'hydrogène. Ensuite, le gaz HCl formé s'écoule de la chambre de combustion vers l'absorbeur à film tombant isotherme intégré. Le gaz y est absorbé à l'aide d'eau ou d'acide faible, formant ainsi de l'acide chlorhydrique concentré (37 m% HCl).
La technique de mesure LiquiSonic® permet de contrôler en continu la concentration d'acide chlorhydrique. Cela permet de détecter les écarts par rapport à la concentration cible et de réagir en conséquence.
L'avantage pour vous :
surveillance continue de la concentration d'acide chlorhydrique (20-40 m% HCl)
garantie d'une concentration cible très précise
Station de dissolution & nettoyage au sol
Le produit de base, le chlorure de sodium (NaCl), est obtenu soit par évaporation de l'eau de mer, soit par exploitation minière ou par extraction de gisements de sel (cavernes). La saumure brute contient des impuretés et des sels de calcium ou de magnésium qui peuvent obstruer les pores fins du diaphragme ou de la membrane pendant l'électrolyse et réduire ainsi considérablement leur durée de vie. C'est pourquoi on précipite ces impuretés dans des cuves agitées (récipients de dissolution) en ajoutant de la soude caustique (NaOH). Après la précipitation, les impuretés sont séparées à l'aide d'un filtre sous pression.
La pureté de la concentration de la saumure est particulièrement importante pour l'électrolyse qui suit. Le système de mesure LiquiSonic® garantit à tout moment une détermination très précise de la concentration de la saumure. Il est installé dans la station de dissolution en cas d'utilisation de sels extraits dans les mines ou au point de transfert du fournisseur de saumure en cas de pompage en caverne.
Votre avantage :
Prévention des baisses de qualité dans le nettoyage de la saumure.
Augmentation de la durée de vie des membranes
Contrôle de la réception des marchandises (en cas de transport en caverne)
Réduction de la consommation d'eau ou de vapeur (lors de la dissolution du sel)
Réduction de l'énergie électrique
LiquiSonic® est un système d'analyse en ligne qui détermine directement dans le processus, sans délai, la concentration ou la densité de liquides ou de fluides. L'appareil est basé sur la mesure très précise de la vitesse absolue du son et de la température du processus, ce qui permet de détecter les différences de phase.
