Les coûts des cellules sous-performantes
Dans l’industrie du chlore-alcali, la décision de remplacer quelles membranes ou électrodes, et quand, est une décision complexe qui peut être motivée par de nombreux facteurs : performances de l’électrolyseur, planification de la production (par exemple, production requise pour répondre aux commandes des clients ou autres). -processus en aval du site), disponibilité des pièces de rechange, performances des cellules, coût de remplacement des membranes/électrodes, etc. (Figure 1, à droite). Alors que des facteurs tels que les performances de l’électrolyseur ou la planification de la production sont généralement bien compris pour prendre des décisions de maintenance, ce blog se concentre sur un facteur souvent négligé : les performances de chaque cellule.
Changements dans l'industrie du chlore-alcali
Alors qu’au cours des 40 dernières années, la conception des électrolyseurs et des cellules de chlore-alcali a beaucoup changé, la stratégie de maintenance dans la plupart des usines n’a pas changé. Entre autres facteurs, les densités de courant ont fortement augmenté, un électrolyseur peut contenir aujourd’hui 200 cellules contre 40 cellules il y a 40 ans, les volumes de production par électrolyseur sont passés de 4 000 tonnes de soude caustique par an il y a 40 ans à 40 000 tonnes de soude caustique par an. De nos jours, les cellules « zéro-gap » sont désormais courantes dans les électrolyseurs plus récents, alors que cette technologie n’existait pas il y a quelques décennies, etc. Mais malgré tous ces changements importants, la maintenance est toujours généralement déclenchée par la tension moyenne de l’électrolyseur et l’efficacité du courant de l’électrolyseur, et tout les cellules sont remplacées en même temps. Nous verrons ci-dessous pourquoi cette stratégie n’est pas optimale dans le contexte actuel.
Variation des performances cellulaires
À haut niveau, les performances cellulaires sont souvent évaluées à l’aide de deux critères :
- Tension de cellule normalisée
- Efficacité actuelle des cellules
La tension de cellule normalisée est une mesure utile, car la tension de cellule augmente avec le temps et parce que le vieillissement prématuré des cellules peut souvent être déduit d’une tension de cellule élevée. La tension des cellules peut varier considérablement d’une cellule à l’autre : environ 400 mV entre les meilleures et les pires cellules de la figure 3, ce qui équivaut à une différence de coût de production d’environ 3 000 $ US/an*. Cette variation de tension entre les cellules est due aux propriétés uniques de chaque cellule : légères différences dans l’épaisseur du revêtement de l’électrode, la position dans l’électrolyseur, etc.
De même, l’efficacité actuelle de la cellule, c’est-à-dire le rapport en pourcentage de la production réelle de la cellule sur la production théorique, est également utilisée pour évaluer les performances de la cellule. L’efficacité du courant d’une cellule individuelle présente de larges variations, comme le montre par exemple la figure 4 où elle varie entre 93 % et 98 % de la pire cellule à la meilleure cellule. Cette différence de 5 % réduit la production annuelle de 10 tonnes de NaOH pour une seule cellule dans un scénario de puissance constante, ce qui correspond à environ 4 000 US$/an**. Cet exemple est typique de nombreux électrolyseurs que R2 a vus au fil des années. Cela signifie que les cellules sous-performantes, où les coûts de production supplémentaires par an sont supérieurs aux coûts de maintenance, restent en activité. Cette situation ouvre la porte à des améliorations significatives en termes d’économies d’énergie et d’augmentation des volumes de production.
