具体实施方式

下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。

如图1所示，根据本发明的一个优选实施例的高温电解直接制备干燥纯氢的装置包括纯水箱1、水泵2、水蒸气发生器3、气体预热组件4、质子传导型SOEC电解槽5、气体冷却组件6、气水分离器7、纯化装置8、加热炉9、增压装置10、直流电源11、控制阀12、储氢装置13。

纯水箱1与水泵2连接，纯水箱1中存储经过处理的去离子水，内部设备有液位检测装置来检测剩余水量。

水泵2后端与水蒸气发生器3连接，水泵2应带有水流量控制和检测功能，能够将水稳定、无间断地输送到水蒸气发生器3中。

水蒸气发生器3出口端与气体预热组件4连接，水蒸气发生器3能够将来自水泵2的水蒸发为饱和水蒸气输送给气体预热组件4。水蒸气发生器3中应带有出口温度检测，并且能将进入的水完全蒸发成饱和水蒸气。

气体预热组件4除了与水蒸气发生器3连接，进口端还与储氢装置13通过控制阀12连接，出口端与质子传导型SOEC电解槽5连接。气体预热器组件4中有至少两路气体加热通道，一路用做给来自水蒸气发生器3的水蒸气过热，一路给来自储氢装置13的氢气加热。

质子传导型SOEC电解槽5是核心设备。质子传导型SOEC电解槽5中含有多组电解小室，所用的电解质材料为质子传导型高温固体电解质，例如立方型钙钛矿BaCeO3-BaZrO₃材料体系(BCZY)或者Y和Yb共掺杂的BaCeO3-BaZrO₃的固溶体(BZCYYb)，在400℃至700℃有良好的质子传导性。如图2所示，质子传导型SOEC电解槽5由多个电解单元串联组成，每个电解单元包括位于质子传导型高温固体电解质的相对两侧的氧侧通道和氢侧通道，氧侧通道紧挨电解质侧有非贵金属氧电极，氢侧通道紧挨电解质侧有镍基氢电极。在工作时，水蒸气进入氧侧通道，经电解后失去电子，产生氧气，剩余少量水份；电解出的氢离子通过质子传导型高温固体电解质进入氢侧通道获得电子得到氢气。

气体冷却组件6位于质子传导型SOEC电解槽5的出口，其中有氧冷却通道和氢冷却通道。气体冷却组件6可以和气体预热组件4结合使用，即通过换热设备将气体冷却组件6中的热量用于加热气体预热组件4中的水蒸气或氢气，之后再冷却至室温；也可以将气体直接冷却至室温。

气水分离器7连接在气体冷却组件6的氧冷却通道的出口，主要作用是将氧气中剩余的水份脱离。

纯化装置8连接在气体冷却组件6的氢冷却通道的出口，目的是将电解产生的氢气进行进一步的纯化，提高氢气纯度。纯化方法可根据实际情况采用分子筛纯化、膜纯化、变压纯化等，也可在氢气纯度要求不高的场合无需安装。

加热炉9内部放置的是质子传导型SOEC电解槽5。加热炉9的内侧有保温层和加热电阻丝，既保证炉内温度不散失，又保证能够加温使质子传导型SOEC电解槽5处于所需温度工作。

增压装置10连接在储氢装置13和纯化装置8之间，可采用多组增压泵或者多级压缩机增压，将来自纯化装置8的氢气进行增压后充入储氢装置13中。

直流电源11通过正负极接线和质子传导型SOEC电解槽5连接，提供直流电源。直流电源可以稳定电压或者稳定电流输出。

控制阀12连接在储氢装置13和质子传导型SOEC电解槽5之间，可以通过控制阀门的开度来调节保护氢气的进入量。应该理解，氧离子传导型SOEC必须保证持续通入保护氢气，质子传导型SOEC在稳定工作后就可以完全关闭阀门，采用自产氢气来保护。

储氢装置13在增压装置10的出口端，储氢方式可采用高压气瓶储氢、金属储氢等，可以根据实际需求选取。

根据本实施例的高温电解直接制备干燥纯氢的装置运行方案包括：设备安装检漏完成后，纯水箱1中的水通过水泵2进入水蒸气发生器3开始产生水蒸汽，气体预热组件4和加热炉9开始加热升温，氮气和水蒸气在气体预热组件4中进行过热升温后分别进入质子传导型SOEC电解槽5的氢侧通道和氧侧通道。待升温至工作温度后，停止通入氮气，打开控制阀12使储氢装置13中的氢气经过气体预热组件4后进入质子传导型SOEC电解槽5的氢气侧给氢电极活化。活化一段时间后打开直流电源11开始通电，此时电解槽的氧侧开始产生氧气、氢侧开始产生氢气，待稳定后关闭控制阀12不再通入氢气。产生的氧气经过气体冷却组件6将水蒸气冷凝，再通过气水分离器7将水与氧气分开；产生的氢气经过气体冷却组件6后进入纯化装置8进行进一步的处理，之后通过增压装置10进入储氢装置13中。

应该理解，通入氮气和水蒸气的目的是为了给质子传导型SOEC电解槽5的内部预热。如果不向氢侧通道通入氮气而直接通入氢气的话，容易发生氢气和空气中的氧气的反应，发生爆炸。如果只往氧侧通道通入水蒸气会导致质子传导型SOEC电解槽5的内部密封件热量分布不均匀，易发生电解槽内部的气体泄露。

例1

质子传导型SOEC电解槽5要求的工作温度为500℃，活化时间1h。

设备安装检漏完成后，纯水箱1中的水通过水泵2进入水蒸气发生器3开始产生水蒸汽，气体预热组件4逐渐升温至200℃，加热炉9逐渐升温至500℃，氮气和水蒸气在气体预热组件4中进行过热升温后分别进入质子传导型SOEC电解槽5的氢侧通道和氧侧通道。待温度无明显波动后，停止通入氮气，打开控制阀12使储氢装置13中的氢气经过气体预热组件4后进入质子传导型SOEC电解槽5的氢气侧给氢电极活化。活化1h后，打开直流电源11开始通电，电解槽的氧侧开始产生氧气、氢侧开始产生氢气，一段时间后观察到直流电压和直流电流稳定，此时关闭控制阀12不再通入氢气。产生的氧气经过气体冷却组件6将水蒸气冷凝，通过气水分离器7将水与氧气分开；产生的氢气经过气体冷却组件6后进入纯化装置8进行进一步的处理，之后通过增压装置10进入储氢装置13中。之后稳定运行。若因某种情况停机，再次开机需按照上述步骤重新进行。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。