本發(fā)明屬于干燥技術領域，具體涉及一種用于工業(yè)設施的深度干燥方法。

背景技術：

在化工、石油化工行業(yè)有很多設備和管道系統(tǒng)嚴禁有殘留水分，這些水分通常是吸附在設備和管道內表面，即使是非常微量的水也能造成設備損壞、產(chǎn)品質量不合格、導致重大的安全事故。如：微量水分就能加速管道設備的腐蝕、堵塞閥門、降低氣體的輸送效率、造成壓縮機損壞。該發(fā)明的深度干燥是專門針對這些微量水分，并不是大量的液態(tài)水。在精密電子、電器生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，對生產(chǎn)和倉儲的環(huán)境濕度有嚴格的要求，如：鋰離子電池生產(chǎn)車間，空氣的相對濕度過高(超過1％rh)會導致產(chǎn)品質量不合格。

例如，在天然氣加工處理和輸送過程中，氣體中的含水量必須控制在1-2PPM以內；用露點指標表述的話，一般對工藝管道的干燥度要求是露點溫度在-50攝氏度以下。另外，在精細化工行業(yè)，有些物料對水非常敏感，極易和水發(fā)生化學反應，從而導致產(chǎn)品質量不能滿足要求。要確保生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品，管道系統(tǒng)的干燥度都比較高，有些甚至達到露點溫度為-110攝氏度。所以在試車階段就必須對安裝好的管道系統(tǒng)和有關設備進行無水處理-深度干燥，這是后續(xù)生產(chǎn)能否正常進行的前提。

又如，電動汽車的電池生產(chǎn)車間，環(huán)境的相對濕度必須小于1％rh，如果濕度超過1％rh，電池的質量就無法保證。另外，一些精密電子儀器、元件的倉儲也是盡量保持干燥環(huán)境，否側會影響電子器件的質量和性能。

目前普遍使用的深度干燥基本上都是通過深度冷卻的方法脫除空氣中的水分，制取干燥空氣；或者直接用液氮進行管道系統(tǒng)的深度干燥；這種方法能耗大、成本高，通常也只能達到露點溫度-60攝氏度左右，對于露點要求更高的情況，這種方法需要消耗大量能源，干燥時間也相對較長。并且需要專用壓縮機才能實現(xiàn)，操作要求高、工況嚴苛。

技術實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術中的不足之處，即很難對露點溫度-60℃以下的空氣進一步的深度干燥，本發(fā)明的目的在于提供一種用于工業(yè)設施的深度干燥方法。

技術方案：本發(fā)明提供了一種用于工業(yè)設施的深度干燥方法，以空氣為干燥介質，在需要干燥的工業(yè)設備的內部空間流過或循環(huán)，所述的空氣經(jīng)過分級干燥處理，包括冷卻干燥及多種吸附劑組合干燥，所述的吸附劑為硅膠、活性氧化鋁、分子篩中的一種或多種，并利用微波對吸附劑進行再生處理。

具體的，所述的分級干燥處理是根據(jù)空氣的露點，分為四級干燥，當空氣露點溫度20℃以上時，采用冷卻法干燥；當空氣露點溫度為-10～20℃之間時，采用硅膠吸附法進行干燥；當空氣露點溫度為-50～-10℃之間時，采用活性氧化鋁吸附法進行干燥；當空氣露點溫度-50℃以下時，采用分子篩吸附法進行干燥。

這種分級方式是本發(fā)明的核心。充分利用了各種不同干燥方法的優(yōu)勢。大量的實驗證明在空氣濕度較大的情況下機械制冷的方法對于空氣的干燥效果很好；在空氣露點溫度小于20度時通過硅膠吸附法效果很明顯，硅膠對空氣中的吸附可以達到硅膠重量的25-30％，再生溫度只有100度左右就能實現(xiàn)完全再生，相對能源消耗比分子篩更低。活性氧化鋁對空氣中的水分吸附力介于硅膠和分子篩之間，活性氧化鋁吸附法可以使空氣的干燥度達到-70攝氏度，考慮到應用過程中的可靠度，把活性氧化鋁吸附法的處理深度確定為露點溫度-50度，分子篩對空氣中水分子的吸附能力很強，當空氣通過分子篩時空氣中的水分幾乎全部吸附，能夠使空氣的露點溫度達到-100攝氏度以下。常規(guī)的3A或4A分子篩能夠吸附15-20％的水分，分子篩的再生溫度通常要比硅膠高100攝氏度，約230攝氏度就能實現(xiàn)分子篩的全部再生。由于經(jīng)過前兩級處理之后空氣中的水分相對較少，分子篩的作用主要使空氣達到一個更深干燥度，雖然它的再生溫度較高，由于總體含水量較少，所以總體經(jīng)濟經(jīng)濟指標很好。

具體的，上述方法中，所述的冷卻法是利用傳統(tǒng)的冷凍干燥機，把空氣的溫度降低，提高了相對濕度讓空氣中的水結露，從而提高水的絕對干燥度。所述的硅膠吸附法是利用硅膠作為吸附干燥劑，對空氣進行吸附干燥，由于硅膠的吸附容量大，再生溫度低，在空氣的含水量相對較大時功效較高。所述的活性氧化鋁吸附法是用活性氧化鋁作為干燥吸附劑，由于活性氧化鋁對空氣中的水的吸附容量和吸附力介于硅膠和分子篩中間，在空氣中的含水量較少時(濕度小于-10攝氏度)，相對功效較高。所述的分子篩吸附法是以分子篩作為吸附干燥劑，對空氣進行吸附干燥，由于分子篩的吸附力比活性氧化鋁和硅膠都強，它的再生溫度也更高，這種方法可以使露點更低(-120攝氏度以下)。在深度干燥時有比較好的干燥效果。

具體的，上述方法中，所述的再生處理是將分子篩、活性氧化鋁或硅膠，置于微波場中，進行再生處理。

上述方法中，所述的工業(yè)設施包括工藝管道、工業(yè)設備、生產(chǎn)車間、倉庫等等。

在實際應用過程中，根據(jù)具體的環(huán)境溫度，以及工作需要的環(huán)境溫度確定分級干燥的具體方案，例如：天然氣輸送管道的深度干燥，如果是在夏天，由于溫度較高，濕度也較大，為了提高綜合效率，首先選用第一級冷卻法干燥后再進行后續(xù)級別的干燥，如果是在冬季并且氣溫很低，比如零下的情況下，空氣中的水分本來就很少，采用第一級干燥的效果就不會很明顯，這種條件下可以省去一級干燥。對于工作要求環(huán)境溫度必須在一定溫度范圍時，如：工作車間，這是需要一個人體感覺舒適的溫度，這時一級干燥的目的不全是為了干燥，更多是為了降溫，這時一級干燥是必須的。

有益效果：本方法是通過冷卻與吸附相結合的方法，對不同濕度的空氣分級處理，使空氣干燥；而不是通過單一冷卻的方式，降低空氣濕度的辦法除去空氣中的水分。本發(fā)明通過對空氣濕度分級后，選擇對應的空氣濕度范圍，選擇適合該濕度范圍相對高效的干燥方法對空氣進行處理，從而使整個工藝流程獲得最高效率。

附圖說明

圖1是干燥效率曲線圖

具體實施方式：

要對工業(yè)管道、設備、車間等進行深度干燥，首先必須要有干燥的空氣，利用干燥的空氣在管道、設備中循環(huán)，把水分帶走的過程就是一個干燥的過程；對于那些濕度要求很嚴的生產(chǎn)車間、倉庫等也是需要把干燥空氣通入車間、倉庫置換或混合原有的空氣從而達到降低濕度的目的；所以深度干燥技術的關鍵就是如何制取干燥的空氣，即：如何除去空氣中的水。

第一級：通過大量實驗證明，不同濕度的空氣采用不同的干燥方法進行干燥處理是功效相差很大，在高濕度情況下(露點超過20攝氏度)冷卻方式效率最高，這是我們叫第一級處理(冷卻法)。

第二級：當露點溫度在20和-10攝氏度時硅膠吸附法效率最高，這是因為硅膠的飽和吸附量比活性氧化鋁和分子篩都更大，但硅膠對水分子的吸附力卻比氧化鋁和分子篩小得多，因此其再生溫度也只有分子篩的一半，它的再生能耗要比氧化鋁和分子篩低，此時采用硅膠吸附的方法叫第二級處理(硅膠吸附法)；

第三級：當空氣的露點低到-10攝氏度以下時，空氣中的水分含量已經(jīng)很少，這時空氣中殘留水分子跟空氣的結合力和硅膠對水分子的吸附力基本相當；應該選擇吸附力更強吸附材料處理-10露點以下的空氣，此時選用活性氧化鋁對空氣進行處理，我們叫第三級處理(活性氧化鋁吸附法)，通過實驗活性氧化鋁對空氣的干燥深度可以達到露點溫度為-70攝氏度，實際工程中建議選取-50攝氏度露點為目標。例如：電池生產(chǎn)車間的相對濕度要求必須小于1％rh,如果假設車間環(huán)境溫度為23攝氏度(工作舒適溫度)，如果相對濕度為1％rh，這是空氣的干燥度應為露點溫度-32.9攝氏度，也就是說第三級干燥基本可以達到要求。

第四級：當空氣的露點溫度到-50攝氏度時，空氣中含水量已經(jīng)到了微量的程度，如果環(huán)境溫度為23攝氏度，露點溫度為-50攝氏度時，每立方米空氣中的水含量約為0.028克，此時的相對濕度僅為0.14％rh,，要進一步對空氣進行干燥需要選擇吸附能力更強的分子篩處理，我們把該處理過程稱為第四級處理，通過分子篩處理過的空氣露點溫度可以達到-100攝氏度以下，此時一般的儀器已經(jīng)很難測出水含量，稱為無水狀態(tài)，可以完全滿足各種深度干燥的要求。

以上四級干燥過程是綜合考慮各項經(jīng)濟指標得出的結論，實際工作中根據(jù)工作量的大小和需要干燥的深度可以采用其中的二個級別或三個級別的處理就能達到目的。

實施例1

一罐干燥的活性氧化鋁干燥劑，處理常壓、30攝氏度、相對濕度100％的空氣，當空氣被干燥到20攝氏度露點時停止干燥(即：降低10攝氏度露點)，轉換成再生模式，再生的結果要達到吸附的水分100％排除，這時每千瓦時的電耗能夠使1公斤硅膠的吸附水被排除。深度干燥的綜合效率是由多種因素決定的，一般來說主要因素有如下4個：

1.再生耗氣量占處理氣體量q；

2.再生需要的總功率(千瓦)w；

3.再生時間t；

4.再生程度d；

綜合效率指數(shù)P＝f(q,w,t,d),即：P是q,w,t,d的f函數(shù)，并且耗電量越高綜合效率越低，功率損耗越大綜合效率越低。實驗對空氣露點溫度在30的空氣，通過不同的干燥方法，測量功率消耗和實際干燥效果，實際干燥效果以實際脫水量衡量。實驗環(huán)境溫度30攝氏度度，相對濕度96％，并有加濕機在同時加濕，地點為某廠房內，用金剛工業(yè)除濕機，型號：CF40KT，功率2400W，開機1小時時停機測量出水量為8400克。同時把相同條件的空氣通入分別裝有20公斤分子篩，20公斤硅膠的吸附罐，罐體內徑300毫米，罐體高度600毫米，等吸附飽和后稱重，同時再生器出口通入水桶內，是同事先稱重，用960瓦微波源再生3小時，通過電表計量電能消耗。用同樣的方法對活性氧化鋁也進行相同的實驗，分別記錄數(shù)據(jù)，并計算每千瓦時耗電的脫水量作為實驗結果，分析各種干燥方法的綜合效率指標。

在再生過程中罐內通壓縮空氣，平均通氣量約0.4立方每分鐘，同時根據(jù)干燥劑的溫度調整通氣量，最高溫度控制在350度。由于罐體沒有保溫，會有能量損失，由于沒有考慮通風耗能，假定沒有保溫的損失和通風耗電相等，所以數(shù)據(jù)不考慮這兩個因素的影響。

實驗數(shù)據(jù)如下：

利用上述數(shù)據(jù)可以確定30露點情況下的綜合效率指標值，參照除濕機的效率圖的圖形趨勢，以及硅膠、活性氧化鋁、分子篩再生曲線圖，可以得出上述4種干燥方法的綜合效率示意圖。

實施例2

通過硅膠吸附干燥空氣的露點實驗，確定硅膠干燥空氣的最低露點。具體的實驗方法是：把空氣從上述干燥罐的底部通入，干燥罐內裝填硅膠20公斤，并用微波再生后實驗，通氣流量為每分鐘2立方米，在干燥罐出氣管道安裝在線露點儀，實驗空氣的溫度為環(huán)境溫度6攝氏度，相對濕度57％rh。通氣后露點儀的指示基本穩(wěn)定在-10攝氏度，約90分鐘后露點快速升高，試驗結果證實了硅膠在該狀態(tài)下的吸附量為6％左右，最低露點溫度為-10攝氏度。由于硅膠的再生溫度最好在100攝氏度左右，活性氧化鋁和分子篩的再生溫度都要200度以上，在-10攝氏度的露點范圍內使用硅膠無疑比使用活性氧化鋁和分子篩更經(jīng)濟。

為了確定在干燥深度為-10露點時各種不同方法的功效，先做如下實驗，該實驗環(huán)境溫度2攝氏度，濕度為55％，空氣中的含水量為3.07克每立方米，由于空氣在-10度露點溫度，相對濕度為100％的絕對濕度時空中的含水量2.37克每立方米,去修正系數(shù)M＝2.37/3.07＝0.77，考慮到機械冷卻法對濕度的敏感，用該系數(shù)乘以實際脫水量得出的值作為實驗數(shù)據(jù)，吸附法不做修正。

實驗數(shù)據(jù)如下：

通過上述試驗，參考各種不同方法的功效趨勢，可以得出以下綜合效率比較圖：如圖1所示。

綜合上述試驗及圖1，可以得出結論，在干燥深度需求較高的情況下，采用四級干燥，最為合適，即當空氣露點溫度20℃以上時，采用冷卻法干燥；當空氣露點溫度為-10～20℃之間時，采用硅膠吸附法進行干燥；當空氣露點溫度為-50～-10℃之間時，采用活性氧化鋁吸附法進行干燥；當空氣露點溫度-50℃以下時，采用分子篩吸附法進行干燥。不僅可以實現(xiàn)深度干燥，而且使得能耗最優(yōu)化。