Установки атмосферного щелочного электролиза представляют собой чрезвычайно надежную систему газоснабжения, предназначенную для производства больших объемов водорода (от 400Нм3/ч).
На схеме представлены основные элементы, которые входят в состав установки. В зависимости от конкретной конфигурации установки электролиза, количество или наличие элементов указанных на схеме может отличаться.
Как и в любой технологии электролиза, процесс начинается с подготовки воды, для процесса электролиза требуется деионизованная вода, которая получается в "Блоке водоподготовки". Вода последовательно проходит несколько стадий очистки: механический фильтр, ионообменные смолы, обратный осмос. Насосный блок подаёт готовую деионизованную воду в блок сепарации, через который вода попадает в "Блок электролиза". "Блок электропитания" понижает сетевое напряжение и преобразует переменный ток в постоянный, который необходим для электролизера. Кроме того, блок обеспечивает электропитание для остального оборудования водородной установки.
В "Блоке электролиза" вода под действием постоянного электрического тока распадается в электролизере на составляющие ее водород и кислород. Деионизованная вода практически не проводит электрический ток. Поэтому для придания воде проводящих свойств в неё добавляют гидроксид калия (KOH). То есть в электролизере циркулирует не чистая вода, а электролит в виде 30%-го раствора KOH в воде. Выделяющиеся газы (водород и кислород) далее идут по отдельным каналам.
Водород из электролизера поступает в "Блок сепарации" в виде смеси с электролитом. Для выделения водорода от жидкости служит газожидкостный сепаратор. Сепаратор представляет собой сосуд, в который снизу подаётся электролит. Пузырьки газа выделяются из электролита, газ собирается в верхней части сосуда и уходит в трубопровод. Электролит сливается из сосуда и возвращается в блок электролиза по отдельному трубопроводу.
Водород на этом этапе содержит примеси щелочи. Для очистки от щелочи служит скруббер (промыватель). Промыватель – это сосуд, в который снизу подаётся газ, а сверху из разбрызгивателя подаётся деионизованная вода. Капли воды падают вниз, очищая (промывая) встречный поток газа от капель щелочи. В верхней части сосуда установлен коалесцентный фильтр (пакет из мелкой металлической сетки). Мельчайшие капельки щелочи (туман) конденсируются в этом пакете и стекают вниз. Таким образом водород практически полностью очищается от следов щелочи. Далее вода по отдельному трубопроводу поступает в сепаратор, а оттуда – в блок электролиза.
На данном этапе водород насыщен водяным паром и имеет довольно высокую температуру (порядка 50°С. Для его удаления служит конденсатор. Конденсатор – это теплообменник, в котором газ охлаждается хладоносителем поступающим от "Рефрижератора". Рефрижератор может быть часть оборудования водородной станции, но возможен вариант, когда хладоноситель подаётся от внешней системы охлаждения. Водяной пар конденсируется в конденсаторе после чего отводится из системы с помощью конденсатоотводчика. Водород, полученный на этом этапе называется "сырой", так он все еще содержит примеси воды (точка росы не ниже +3°С) и кислорода (на уровне 0,1-0,5%). Для дальнейшей очистки водород подаётся в "Блок очистки". Заметим, что кислород, в случае, если он не нужен потребителю, на аналогичном этапе сбрасывается в атмосферу.
В "Блоке очистки" водород сначала поступает в реактор каталитической очистки. Реактор представляет собой сосуд, заполненный мелкими гранулами катализатора на основе благородных металлов (платина, палладий). В присутствии катализатора примеси кислорода активно реагируют с водородом, обращаясь в воду. Таким образом водород практически полностью очищается от кислорода (содержание кислорода порядка 1-5 ppmv). Далее водород подаётся в осушитель. Осушитель действует на принципе короткоцикловой адсорбции (КЦА). В нем два попеременно работающий сосуда-адсорбера, заполненных специальным поглотителем (адсорбентом). Адсорбент поглощает влагу из газа. Сосуды-адсорберы работают попеременно – один находится в рабочем цикле, другой – в цикле регенерации. Таким образом водород осушается до точки росы -75°С, после чего подаётся потребителю.
Процесс электролиза при атмосферном давлении характеризуется высокой степенью безопасности процесса (т.к. кислород и водород образуются при атмосферном давлении) и самым низким, среди всех возможных технологией электролиза, энергопотреблением (4.2 кВт/Нм3)
, при непревзойденном проектном сроке службы (40 лет). Отсутствие давления в электролизном модуле обуславливает его размеры, так диаметр ячейки составляет приблизительно 2 м., таким образом установка атмосферного щелочного электролиза предназначена для размещения исключительно внутри помещения.
Еще одной особенностью технологии является наличие водородного компрессора в системе, который дожимает давление газа для его последующей очистки и осушки и обеспечивает соответствие требованиям технического задания в отношении выходного давления водорода.
Установка предназначена для производства больших объемов водорода (от 400 до 10.000 Нм3/ч), конфигурация установки строится на базе стандартных электролизных модулей, производительностью 485 Нм3/ч (при необходимости производительность модуля может быть снижена до 300 Нм3/ч за счет снижения количества ячеек в модуле)