CN117985906B - 一种污水处理厂的制氢、储氢及热电联供系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种污水处理厂的制氢、储氢及热电联供系统及工艺，污水处理厂的制氢、储氢及热电联供系统包括污水处理系统、厌氧消化装置、中水深度处理系统、纯水装置、沼气水蒸汽重整制氢装置、二氧化碳吸收装置、水电解制氢装置、臭氧发生器、储氢装置、氢能源车、换热设备、氢燃料电池、水源热泵和余热回收管路。二氧化碳吸收装置与沼气水蒸汽重整制氢装置连接，用于吸收沼气水蒸汽重整制氢装置产生的二氧化碳。水源热泵从余热回收管路中吸收热量并产生水蒸汽。水蒸汽用于厌氧消化装置进行厌氧消化。本申请解决了现有的系统存在余热应用场景单一和沼气发电时存在的碳排放的问题。

Description

一种污水处理厂的制氢、储氢及热电联供系统及工艺

技术领域

本申请涉及污水处理的技术领域，特别是涉及一种污水处理厂的制氢、储氢及热电联供系统及工艺，并实现全过程零碳排放。

背景技术

传统的污水处理工艺具有能耗高和资源利用不充分的缺点。因此，污水处理行业纷纷在寻求绿色低碳转型的方式，其中用污水制氢是可行的路径之一。

为了在污水处理的同时获得氢气，在中国专利CN114477612A公开了一种污水厂污水和污泥制氢、加氢的闭合系统及工艺方法，其在闭合系统中增设燃料电池和电解制氢单元。电解制氢单元可以用污水来制氢，将获得的氢气提供给燃料电池发电，燃料电池发电的同时产生热量至余热回收单元从而实现热电联产。该闭合系统电解制氢单元产生的氧气用于好氧曝气池。

该闭合系统中燃料电池产生的热仅能提供给余热回收单元，利用途径单一。该闭合系统中的甲烷蒸汽重整反应炉在产生氢气的同时，未能实现其他副产物(二氧化碳)的利用，产生了碳排放。该闭合系统的氢气储罐是普通储氢，其储氢安全性差。该闭合系统中处理后的污水未能进一步利用。

在中国专利CN115611479A公开了一种城市污水再生利用耦合多源能量的提取系统，该提取系统包括高效产甲烷系统、电解再生水制氢及副产物利用系统和热电联产系统。电解再生水制氢及副产物利用系统和沼气罐分别产生氢气和沼气给沼气发电机组。沼气发电机组利用氢气和沼气发电并产生余热给余热锅炉，从而实现了热电联产。

该提取系统中的沼气发电机组产生的余热仅能供余热锅炉回收，利用途径单一。该提取系统中沼气发电机也会产生二氧化碳排放。该提取系统中产生的氧气制备臭氧后未能进一步利用。该提取系统的氢气储存是普通存储方式，其储氢安全性差。

因此，现有应用于污水处理的制氢、储氢系统存在余热应用场景单一、沼气发电时存在的碳排放、所产生的臭氧利用不充分及储氢安全性差等问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种实现增加余热应用场景和降低二氧化碳排放的污水处理厂的制氢、储氢及热电联供系统，其包括污水处理系统、厌氧消化装置、中水深度处理系统、纯水装置、沼气水蒸汽重整制氢装置、二氧化碳吸收装置、水电解制氢装置、臭氧发生器、储氢装置、氢能源车、换热设备、氢燃料电池、水源热泵和余热回收管路。所述污水处理系统用于将污水处理成污泥和中水。所述厌氧消化装置用于使所述污泥产生沼气。所述中水深度处理系统用于使所述中水达标排放。

所述纯水装置用于将所述中水净化为纯水。所述沼气水蒸汽重整制氢装置与所述厌氧消化装置及所述纯水装置连接，所述沼气水蒸汽重整制氢装置用于使所述沼气和所述纯水反应，生成氢气及二氧化碳。所述二氧化碳吸收装置与所述沼气水蒸汽重整制氢装置连接，用于吸收所述沼气水蒸汽重整制氢装置产生的二氧化碳。所述水电解制氢装置与所述纯水装置连接，将所述纯水电解制取氢气及氧气。所述臭氧发生器与所述水电解制氢装置连接，所述臭氧发生器用于将所述水电解制氢装置产生的氧气生成臭氧，并通入所述中水深度处理系统中。

所述储氢装置包括箱体、储氢罐和储氢合金，所述储氢装置与所述水电解制氢装置和所述沼气水蒸汽重整制氢装置相连接，所述储氢装置用于将所述氢气固态储存。所述储氢合金设置于所述储氢罐中，所述箱体内部设置有液态传热工质，所述储氢罐浸没于所述箱体的液态传热工质中。所述氢能源车所述储氢罐连接。所述换热设备和所述氢能源车及所述储氢罐连接。所述氢燃料电池与所述储氢装置连接，所述氢燃料电池用于产生电能。所述水源热泵用于产生水蒸汽。所述余热回收管路与所述氢燃料电池和所述水源热泵连接，所述余热回收管路用于回收所述氢燃料电池产生的热量并输送到所述水源热泵，使所述水源热泵从所述余热回收管路中吸收热量并产生水蒸汽。所述水蒸汽用于所述厌氧消化装置进行厌氧消化。

可选的，所述余热回收管路包括氢燃料电池冷却回路、第一换热器、供热回路和第二换热器，所述氢燃料电池冷却回路、所述供热回路与所述第一换热器连接，所述供热回路、所述水源热泵与所述第二换热器连接。

可选的，所述余热回收管路还与所述储氢装置相连接，当所述储氢装置吸收氢气时向所述余热回收管路释放热量；当所述储氢装置释放氢气时从所述余热回收管路吸收热量。

可选的，所述余热回收管路通过一个供热支路与所述储氢装置相连接，所述供热支路与供热回路并联。

可选的，所述供热回路上设有循环泵。

可选的，所述污水处理厂的制氢、储氢及热电联供系统还包括光伏发电装置，所述光伏发电装置与所述水电解制氢装置连接。

本申请还提供了一种污水处理厂的制氢、储氢及热电联供工艺，使用所述污水处理厂的制氢、储氢及热电联供系统，包括以下步骤：污水处理系统将污水处理成污泥和中水；厌氧消化装置使所述污泥产生沼气；纯水装置将所述中水净化为纯水；沼气水蒸汽重整制氢装置使所述沼气和所述纯水反应，生成氢气及二氧化碳；二氧化碳吸收装置吸收所述沼气水蒸汽重整制氢装置产生的二氧化碳；水电解制氢装置将所述纯水电解制取氢气及氧气；臭氧发生器将所述水电解制氢装置产生的氧气生成臭氧，并通入中水深度处理系统中，去除中水中难降解物质或抗生素；储氢罐将所述水电解制氢装置及所述沼气水蒸汽重整制氢装置产生的氢气进行固态储存；储氢罐释放氢气进入氢燃料电池以产生电能；氢燃料电池产生热量至箱体的液态传热工质中；氢能源车释放氢气后所产生的热量至换热设备散发，储氢罐释放氢气进入氢能源车；余热回收管路回收氢燃料电池产生的热量，并输送到水源热泵，使水源热泵从余热回收管路中吸收热量并产生水蒸汽。

可选的，所述余热回收管路通过一个供热支路与储氢装置相连接，当储氢装置吸收氢气时向余热回收管路释放热量；当储氢装置释放氢气时从余热回收管路吸收热量。

可选的，所述水源热泵产生的水蒸汽用于污泥干化过程和污泥厌氧消化过程的加热。

本申请的有益效果在于：1、氢燃料电池产生的热量被水源热泵回收利用后，可以被厌氧消化装置用于厌氧消化以产生沼气，增加了氢燃料电池产生的热量的应用场景。同时无需为厌氧消化装置再额外提供外部热源，减少了制氢、储氢及热电联供系统的整体热量消耗。2、通过二氧化碳吸收装置和沼气水蒸汽重整制氢装置连接，二氧化碳吸收装置吸收了沼气水蒸汽重整制氢装置产生的二氧化碳，减少了二氧化碳的排放。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本申请较佳的实施例并配合附图对本申请进行详细说明。

附图说明

图1是本申请第一实施例中，污水处理厂的制氢、储氢及热电联供系统的流程框图；

图2是本申请第一实施例中，储氢罐、换热设备及氢能源车连接的示意框图；

图3是本申请第一实施例中，储氢装置和氢燃料电池连接的示意框图；

图4是本申请第二实施例中，污水处理厂的制氢、储氢及热电联供工艺流程图。

其中，附图标记：

100污水处理系统

101厌氧消化装置

102中水深度处理系统

103纯水装置

104沼气水蒸汽重整制氢装置

105二氧化碳吸收装置

106水电解制氢装置

107臭氧发生器

108储氢装置

1080 箱体

1081 储氢罐

109氢能源车

1090 储氢瓶

110换热设备

111氢燃料电池

112 水源热泵

113 余热回收管路

1130 氢燃料电池冷却回路

1131第一换热器

1132 供热回路

1133 第二换热器

114 第一输水管道

115第二输水管道

116第三输水管道

117第一输气管道

118 第二输气管道

119 第一供氢管道

120 光伏发电装置

121 第一压缩机

122 供热支路

123 循环泵

124 缓冲罐

125 用电设备

126 第二供氢管道

127 第三供氢管道

S1-S12：污水处理厂的制氢、储氢及热电联供工艺的步骤

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本申请的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所公开的内容轻易地了解本申请的其他优点及功效。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以互相组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于包覆不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

实施例1

请同时参考图1和图2，在本实施例中提供了一种污水处理厂的制氢、储氢及热电联供系统，其包括污水处理系统100、厌氧消化装置101、中水深度处理系统102、纯水装置103、沼气水蒸汽重整制氢装置104、二氧化碳吸收装置105、水电解制氢装置106、臭氧发生器107、储氢装置108、氢能源车109、换热设备110、氢燃料电池111、水源热泵112和余热回收管路113。污水处理系统100用于将污水处理成污泥和中水。厌氧消化装置101用于使污泥产生沼气。中水深度处理系统102用于使中水达标排放。纯水装置103用于将中水净化为纯水。沼气水蒸汽重整制氢装置104与厌氧消化装置101及纯水装置103连接，沼气水蒸汽重整制氢装置104用于使沼气和纯水反应并生成氢气及二氧化碳。

请同时参考图1和图3，二氧化碳吸收装置105与沼气水蒸汽重整制氢装置104连接，二氧化碳吸收装置105用于吸收沼气水蒸汽重整制氢装置104产生的二氧化碳。水电解制氢装置106与纯水装置103连接，水电解制氢装置106将纯水电解制取氢气及氧气。臭氧发生器107与水电解制氢装置106连接，臭氧发生器107用于将水电解制氢装置106产生的氧气生成臭氧并通入中水深度处理系统102中。储氢装置108其包括箱体1080、储氢罐1081和储氢合金，储氢装置108与水电解制氢装置106和沼气水蒸汽重整制氢装置104相连接。储氢装置108用于将氢气固态储存，储氢合金设置于储氢罐1081中，箱体1080内部设置有液态传热工质，储氢罐1081浸没于箱体1080的液态传热工质中。

请同时参考图1和图2，氢能源车109加氢时和储氢罐1081连接。换热设备110和氢能源车109及储氢罐1081连接。换热设备110和储氢瓶1090及储氢罐1081可以通过冷却液管道并联连通。氢燃料电池111与储氢装置108连接，氢燃料电池111用于产生电能。水源热泵112用于产生水蒸汽。余热回收管路113与氢燃料电池111和水源热泵112连接，余热回收管路113用于回收氢燃料电池111产生的热量，并输送到水源热泵112，使水源热泵112从余热回收管路113中吸收热量并产生水蒸汽，水蒸汽用于厌氧消化装置101进行厌氧消化。

如图1所示，氢燃料电池111产生的热量被水源热泵112回收利用后，可以被厌氧消化装置101用于厌氧消化以产生沼气，增加了氢燃料电池111产生的热量的应用场景。同时无需为厌氧消化装置101再额外提供外部热源，减少了制氢、储氢及热电联供系统的整体热量消耗。

通过二氧化碳吸收装置105和沼气水蒸汽重整制氢装置104连接，二氧化碳吸收装置105吸收了沼气水蒸汽重整制氢装置104产生的二氧化碳，减少了二氧化碳的排放。利用储氢罐1081储存水电解制氢装置106和沼气水蒸汽重整制氢装置104产生的氢气，且储氢罐1081中设置有储氢合金，可以进行固态储氢，使得储氢的安全性更高。

如图1所示，污水处理系统100可以是至少对所收集的污水进行一级处理的系统。氢燃料电池111可以是碱性氢燃料电池或质子交换膜氢燃料电池。厌氧消化装置101可以储存来自污水处理系统100产生的污泥。例如，厌氧消化装置101可以包括消化罐，来自污水处理系统100污泥可以储存于消化罐中，利用厌氧细菌和污泥混合反应产生沼气。中水深度处理系统102可以包括水池、过滤装置及必要的药剂(例如药剂可以为石灰粉)。中水深度处理系统102可以将来自污水处理系统100的中水进一步深度处理以使得中水达到排放标准。中水为水质在饮用水和污水之间的一类水。

如图1所示，纯水装置103可以包括水罐、过滤器和渗透膜，过滤器和渗透膜可以设置于水罐中，污水处理系统100处理生成的中水可以通入到纯水装置103的水罐中进行过滤和脱盐。经过纯水装置103过滤和脱盐处理后的中水可以变成纯水。纯水指的是不含杂质的H₂O。纯水装置103生成的纯水可以通过第二输水管道115提供给沼气水蒸汽重整制氢装置104制氢和制二氧化碳。纯水装置103和水电解制氢装置106连通，可以提供纯水给水电解制氢装置106使用以避免来自污水处理系统100处理过的污水中的固态杂质进入水电解制氢装置106而影响水电解制氢装置106的工作。

如图1所示，沼气水蒸汽重整制氢装置104生成的二氧化碳可以通过第二输气管道118提供给二氧化碳吸收装置105。沼气水蒸汽重整制氢装置104生成的氢气可以通过第一供氢管道119提供给缓冲罐124。沼气水蒸汽重整制氢装置104可以包括重整反应器。在标准条件(101.235kPa,25℃)下，沼气和水可以在重整反应器中发生干重整反应而生成二氧化碳和氢气。二氧化碳吸收装置105可以包括液体溶剂(例如，液体溶剂可以为硒己醇或反质醇)。二氧化碳被液体溶剂捕获后，通过增加温度或压力可以让二氧化碳释放以进一步利用。

如图1所示，水源热泵112产生的水蒸汽可以用于污水处理厂的污泥干化、污泥厌氧消化、污水处理厂办公楼供热、污水处理厂周边居民的供热和沼气水蒸汽重整制氢装置104的重整制氢等。例如，水源热泵112可以通过管道和厌氧消化装置101的消化罐连接。水源热泵112可以将除盐水加热成水蒸汽。水源热泵112产生的水蒸汽可以通过管道传递热量至消化罐的罐壁从而加热消化罐内的污泥。类似的，水源热泵112可以和沼气水蒸汽重整制氢装置104通过管道连接。水源热泵112产生的水蒸汽可以通过管道传递热量至重整反应器的容器壁以给沼气水蒸汽重整制氢装置104中的重整反应提供热量。

请同时参考图1到图3，储氢合金可以呈粉末状填充于储氢罐1081及氢能源车109的储氢瓶1090中。储氢合金的材料可以是稀土系、镁系、钛系、钒基固溶体或锆系等储氢合金。储氢合金在一定温度和氢气压力下，能可逆地大量吸收、储存和释放氢气。储氢合金在吸氢(即充氢)时会和氢气发生化合反应生成氢化物而放热。吸收氢气后的储氢合金在放氢时会发生分解反应而需要吸热，也即加热吸收了氢气的储氢合金(也即氢化物)时会释放氢气。储氢罐1081可以与水电解制氢装置106和沼气水蒸汽重整制氢装置104相连接。例如，储氢罐1081可以通过第一供氢管道119与水电解制氢装置106和沼气水蒸汽重整制氢装置104连通。

如图1所示，氢燃料电池111所产生的热量即氢燃料电池111在发电时所产生的热量。氢燃料电池111在发电时既能够产生热量也能产生电能，即氢燃料电池111可以实现热量和电能的同时供应，从而实现热电联供。氢燃料电池111发电产生的热量分别传递至储氢装置108及水源热泵112，既可以为储氢装置108供热，进而无需为储氢装置108单独提供其他热源，还可以利用水源热泵112回收氢燃料电池111发电产生的热量。

如图1所示，水电解制氢装置106可以为ALK水电解制氢装置。水电解制氢装置106可以和光伏发电装置120电性连接并可以由光伏发电装置120供电。臭氧发生器107可以位于水电解制氢装置106和中水深度处理系统102之间。臭氧发生器107可以为高压放电式臭氧发生器。臭氧发生器107所生成的用于消毒中水的臭氧是利用水电解制氢装置106电解制氢所产生的氧气生成的，即中水消毒时无需为臭氧发生器107另行通入氧气，实现了水电解制氢装置106所生成的氧气的充分利用。

如图2所示，换热设备110可以是翅片板式换热器。换热设备110可以通过管道和储氢罐1081连接，连接换热设备110和储氢罐1081的管道中可以设置冷却液。例如，换热设备110可以和储氢罐1081中的盘管式换热器连通。储氢罐1081放氢后所产生的余热可以通过连接换热设备110和储氢罐1081的管道中的冷却液传递至换热设备110进行散发。

如图1所示，污水处理系统100和中水深度处理系统102可以通过第一输水管道114连通。纯水装置103和沼气水蒸汽重整制氢装置104可以通过第二输水管道115连通。纯水装置103和水电解制氢装置106可以通过第三输水管道116连通。沼气水蒸汽重整制氢装置104和污水处理系统100可以通过第一输气管道117连通。

如图1所示，沼气水蒸汽重整制氢装置104和二氧化碳吸收装置105可以通过第二输气管道118连通。二氧化碳吸收装置105可以吸收和存储沼气水蒸汽重整制氢装置104所生成的二氧化碳。纯水装置103和沼气水蒸汽重整制氢装置104连通，可以提供纯水给沼气水蒸汽重整制氢装置104使用以避免来自污水处理系统100处理过的污水中的固态杂质进入沼气水蒸汽重整制氢装置104而影响沼气水蒸汽重整制氢装置104的工作。

如图1所示，沼气水蒸汽重整制氢装置104和缓冲罐124可以通过第一供氢管道119连通。污水处理系统100的处理后所生成的污泥经过厌氧消化装置101厌氧消化后可以生成沼气并经过第一输气管道117提供给沼气水蒸汽重整制氢装置104。沼气可以被第一压缩机121输送给沼气水蒸汽重整制氢装置104。纯水装置103可以提供纯水给沼气水蒸汽重整制氢装置104。沼气水蒸汽重整制氢装置104可以利用纯水和沼气生成二氧化碳和氢气。

请同时参考图1和图2，氢能源车109可以包括储氢瓶1090，储氢瓶1090中可以设置储氢合金。储氢瓶1090可以通过第三供氢管道127和储氢罐1081连通。储氢罐1081可以提供氢气给储氢瓶1090。氢能源车109的储氢瓶1090在需要加氢时可以和储氢装置108的储氢罐1081连通，储氢瓶1090的外壳或储氢瓶1090内部的盘管式换热器可以通过管道和换热设备110连通。连接储氢瓶1090和换热设备110的管道中可以设置冷却液，冷却液流经储氢瓶1090的外壳或储氢瓶1090内部的盘管式换热器时可以将储氢瓶1090的热量带走并传递至换热设备110散发。

如图2所示，在氢能源车109充氢时(此时储氢瓶1090中处在刚放完氢的状态，温度较高)，由于氢能源车109和换热设备110连通，这样氢能源车109的储氢瓶1090的储氢合金中的热量可以经过换热设备110传递至外界，使得储氢瓶1090中储氢合金的温度降低，从而提高氢能源车109中储氢瓶1090的吸收氢气的速度，也即提高了氢能源车109的充氢速度。

请同时参考图2和图3，储氢罐1081可以通过螺栓连接或焊接的方式固定于箱体1080内。由于储氢罐1081浸没于箱体1080的液态传热工质中，即储氢罐1081的各个区域均可以从液态传热工质中均匀地吸热，因此储氢罐1081可以从液态传热工质中均匀地吸收热量并传递给储氢罐1081中的储氢合金，储氢合金吸收热量后可以均匀地释放氢气给氢燃料电池111。液态传热工质可以是冷却水或导热油。

如图1所示，可选的，余热回收管路113包括氢燃料电池冷却回路1130、第一换热器1131、供热回路1132和第二换热器1133，氢燃料电池冷却回路1130、供热回路1132与第一换热器1131连接，供热回路1132、水源热泵112与第二换热器1133连接。氢燃料电池冷却回路1130和供热回路1132可以由钢管构成。氢燃料电池冷却回路1130、供热回路1132可以通过螺接或焊接的方式与第一换热器1131连接。氢燃料电池冷却回路1130和氢燃料电池111连接。

如图1所示，供热回路1132和水源热泵112可以通过螺接或焊接的方式与第二换热器1133连接。例如，可以在供热回路1132的部分管段端头设置外螺纹，在第一换热器1131和第二换热器1133中设置内螺纹，让外螺纹和内螺纹螺接而实现供热回路1132与第一换热器1131及第二换热器1133的螺接。本实施例中提到的其它管道的螺接与之类似。

如图1所示，第一换热器1131可以是翅片板式换热器。第二换热器1133可以是盘管式传热器。氢燃料电池冷却回路1130中设置有绝缘冷却液，绝缘冷却液可以是导热油、氟化液或去离子水。绝缘冷却液可以在氢燃料电池冷却回路1130中流动以将氢燃料电池111中产生的热量传递至第一换热器1131。氢燃料电池冷却回路1130和供热回路1132可以隔离设置，即供热回路1132中的冷却液不会进入氢燃料电池冷却回路1130中，进而防止供热回路1132中的冷却液进入氢燃料电池111中导致氢燃料电池111的电子部件短路。供热回路1132中设置有冷却液，冷却液可以是冷却水或者导热油。

请同时参考图1到图3，可选的，余热回收管路113还与储氢装置108相连接，当储氢装置108吸收氢气时向余热回收管路113释放热量。当储氢装置108释放氢气时从余热回收管路113吸收热量。余热回收管路113可以与储氢装置108的箱体1080相连通。储氢装置108的储氢罐1081吸收氢气时向余热回收管路113中释放的热量可以被水源热泵112利用，既有利于储氢罐1081吸氢时的散热，又能增加水源热泵112的热源多样性。储氢装置108的储氢罐1081释放氢气时从余热回收管路113吸收热量。

请同时参考图1和图3，氢燃料电池111在发电时需要储氢罐1081中的储氢合金为其提供氢气，而储氢合金供氢时需要进行加热。储氢罐1081和氢燃料电池111可以通过第二供氢管道126连通。由于氢燃料电池111发电时可以产生热量给储氢罐1081中的储氢合金。因此无需为储氢罐1081中的储氢合金在供氢时额外单独提供热源，因而减少了能源消耗，而且让氢燃料电池111所产生的热量得到了充分利用。氢燃料电池111可以和用电设备125电性连接，即氢燃料电池111发的电可供用电设备125使用。氢燃料电池111可以通过电线和用电设备125电性连接。

请同时参考图1和图3，可选的，余热回收管路113通过一个供热支路122与储氢装置108相连接，供热支路122与供热回路1132并联。供热支路122可以通过螺接或焊接的方式和储氢装置108的箱体1080连通。供热支路122可以由钢管构成。液态传热工质可以经由供热支路122进出箱体1080。供热支路122的两端可以分别和供热回路1132的一条管道连通，储氢罐1081可以串联于供热支路122。供热支路122用于将氢燃料电池111产生的热量传递至储氢罐1081的储氢合金中。供热支路122与供热回路1132并联连通，可以让氢燃料电池111产生的热量同时传递给储氢罐1081和第二换热器1133。

如图1所示，可选的，供热回路1132上设有循环泵123。循环泵123可以设置于供热支路122的起始端和第一换热器1131之间。循环泵123可以将从第一换热器1131中流出的热的传热工质通过供热回路1132输送到第二换热器1133，并将从第二换热器1133中流出的冷的传热工质通过供热回路1132输送回换热器第一换热器1131进行加热。

如图1所示，可选的，污水处理厂的制氢、储氢及热电联供系统还包括光伏发电装置120，光伏发电装置120与水电解制氢装置106连接。光伏发电装置120可以通过电线与水电解制氢装置106电性连接。光伏发电装置120可以为太阳能电池板。

实施例2

如图4所示，在本实施例中提供了一种污水处理厂的制氢、储氢及热电联供工艺，使用第一实施例中的制氢、储氢及热电联供系统，其包括以下步骤：

S1：污水处理系统100将污水处理成污泥和中水。

S2：厌氧消化装置101使污泥产生沼气。

S3：纯水装置103将中水净化为纯水。

S4：沼气水蒸汽重整制氢装置104使沼气和纯水反应，生成氢气及二氧化碳。

S5：二氧化碳吸收装置105吸收沼气水蒸汽重整制氢装置104产生的二氧化碳。

S6：水电解制氢装置106将纯水电解制取氢气及氧气。

S7：臭氧发生器107将水电解制氢装置106产生的氧气生成臭氧，并通入中水深度处理系统102中，去除中水中难降解物质或抗生素。

S8：储氢罐1081将水电解制氢装置106及沼气水蒸汽重整制氢装置104产生的氢气进行固态储存。

S9：储氢罐1081释放氢气进入氢燃料电池111以产生电能。

S10：氢燃料电池111产生热量至箱体1080的液态传热工质中。氢燃料电池111产生热量可以通过管路传递至箱体1080的液态传热工质中以加热浸没于液态传热工质中的储氢罐1081，储氢罐1081被液态传热工质加热后释放氢气至氢燃料电池111及氢能源车109。

S11：氢能源车109释放氢气后所产生的热量至换热设备110散发，储氢罐1081释放氢气进入氢能源车109。氢能源车109的储氢瓶1090在需要加氢时(此时储氢瓶1090中的储氢合金刚释放完氢气，温度较高)和换热设备110连通，在储氢罐1081释放氢气进入氢能源车109之前，氢能源车109中储氢瓶1090余留的热量传递至换热设备110进行散发。

S12：余热回收管路113回收氢燃料电池111产生的热量，并输送到水源热泵112，使水源热泵112从余热回收管路113中吸收热量并产生水蒸汽。

如图1所示，由于储氢罐1081浸没于箱体1080的液态传热工质中，即储氢罐1081的各个区域均可以从液态传热工质中均匀地吸热，储氢罐1081中的储氢合金吸收热量后可以均匀地释放氢气给氢燃料电池111和氢能源车109的储氢瓶1090，氢燃料电池111产生热量至箱体1080的液态传热工质中。实现了储氢罐1081同时提供氢气给氢燃料电池111和氢能源车109的储氢瓶1090。

同时，由于氢能源车109的储氢瓶1090的储氢合金中的热量可以经过换热设备110传递至外界，使得储氢瓶1090中储氢合金的温度降低，因而提高了氢能源车109中储氢瓶1090的吸收氢气的速度，也即提高了氢能源车109的充氢速度。

如图1所示，可选的，余热回收管路113通过一个供热支路122与储氢装置108相连接，当储氢装置108吸收氢气时向余热回收管路113释放热量。当储氢装置108释放氢气时从余热回收管路113吸收热量。

如图1所示，可选的，水源热泵112产生的水蒸汽用于污泥干化过程和污泥厌氧消化过程的加热。例如，污泥在消化罐中所生成的沼气被利用完毕后，水蒸汽可以对厌氧消化装置101的消化罐罐壁继续加热以干化消化罐中的污泥。

以上对本申请实施例所提供的一种污水处理厂的制氢、储氢及热电联供系统及工艺进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本申请实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有所改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制，凡依据本申请的精神与技术思想所做的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (2)

1.一种污水处理厂的制氢、储氢及热电联供工艺，使用制氢、储氢及热电联供系统，所述制氢、储氢及热电联供系统包括：

污水处理系统，用于将污水处理成污泥和中水；

厌氧消化装置，用于使所述污泥产生沼气；

中水深度处理系统，用于使所述中水达标排放；

纯水装置，用于将所述中水净化为纯水；

沼气水蒸汽重整制氢装置，与所述厌氧消化装置及所述纯水装置连接，用于使所述沼气和所述纯水反应，生成氢气及二氧化碳，所述纯水装置和所述沼气水蒸汽重整制氢装置通过第二输水管道连通，所述纯水装置生成的纯水通过所述第二输水管道提供给所述沼气水蒸汽重整制氢装置；

二氧化碳吸收装置，与所述沼气水蒸汽重整制氢装置连接，用于吸收所述沼气水蒸汽重整制氢装置产生的二氧化碳；

水电解制氢装置，与所述纯水装置连接，将所述纯水电解制取氢气及氧气，所述纯水装置和所述水电解制氢装置通过第三输水管道连通，所述水电解制氢装置为ALK水电解制氢装置；

臭氧发生器，与所述水电解制氢装置连接，用于将所述水电解制氢装置产生的氧气生成臭氧，并通入所述中水深度处理系统中；

储氢装置，其包括箱体、储氢罐和储氢合金，与所述水电解制氢装置和所述沼气水蒸汽重整制氢装置相连接，用于将所述氢气固态储存，所述储氢合金设置于所述储氢罐中，所述箱体内部设置有液态传热工质，所述储氢罐浸没于所述箱体的液态传热工质中；

氢能源车，加氢时和所述储氢罐连接，所述氢能源车包括储氢瓶，所述储氢瓶中设置储氢合金，所述储氢瓶通过第三供氢管道和所述储氢罐连通；

换热设备，和所述氢能源车及所述储氢罐连接，所述氢能源车释放氢气后所产生的热量至所述换热设备散发；

氢燃料电池，与所述储氢装置的箱体通过供热支路连接，所述氢燃料电池与所述储氢装置的储氢罐通过第二供氢管道连通，所述氢燃料电池用于产生电能；

水源热泵，用于产生水蒸汽；以及

余热回收管路，与所述氢燃料电池和所述水源热泵连接，用于回收所述氢燃料电池产生的热量，并输送到所述水源热泵，使所述水源热泵从所述余热回收管路中吸收热量并产生水蒸汽，所述水蒸汽用于所述厌氧消化装置进行厌氧消化，所述余热回收管路包括氢燃料电池冷却回路、第一换热器、供热回路和第二换热器，所述氢燃料电池冷却回路、所述供热回路与所述第一换热器连接，所述供热回路、所述水源热泵与所述第二换热器连接，所述供热回路上设有循环泵，所述氢燃料电池冷却回路中设置有绝缘冷却液，所述氢燃料电池冷却回路和所述供热回路隔离设置，所述余热回收管路通过所述供热支路与所述储氢装置相连接，所述供热支路与供热回路并联，所述余热回收管路与所述储氢装置相连接，当所述储氢装置吸收氢气时向所述余热回收管路释放热量；当所述储氢装置释放氢气时从所述余热回收管路吸收热量；

光伏发电装置，所述光伏发电装置与所述水电解制氢装置连接，

其特征在于，包括以下步骤：

污水处理系统将污水处理成污泥和中水；

厌氧消化装置使所述污泥产生沼气；

纯水装置将所述中水净化为纯水；

沼气水蒸汽重整制氢装置使所述沼气和所述纯水反应，生成氢气及二氧化碳；

二氧化碳吸收装置吸收所述沼气水蒸汽重整制氢装置产生的二氧化碳；

水电解制氢装置将所述纯水电解制取氢气及氧气；

臭氧发生器将所述水电解制氢装置产生的氧气生成臭氧，并通入中水深度处理系统中，去除中水中难降解物质或抗生素；

储氢罐将所述水电解制氢装置及所述沼气水蒸汽重整制氢装置产生的氢气进行固态储存；

储氢罐释放氢气进入氢燃料电池以产生电能；

氢燃料电池产生热量至箱体的液态传热工质中；

氢能源车释放氢气后所产生的热量至换热设备散发，储氢罐释放氢气进入氢能源车；

余热回收管路回收氢燃料电池产生的热量，并输送到水源热泵，使水源热泵从余热回收管路中吸收热量并产生水蒸汽。

2.根据权利要求1所述的制氢、储氢及热电联供工艺，其特征在于，所述水源热泵产生的水蒸汽用于污泥干化过程和污泥厌氧消化过程的加热。