本发明属于干燥技术领域，具体涉及一种用于工业设施的深度干燥方法。
背景技术：
在化工、石油化工行业有很多设备和管道系统严禁有残留水分，这些水分通常是吸附在设备和管道内表面，即使是非常微量的水也能造成设备损坏、产品质量不合格、导致重大的安全事故。如：微量水分就能加速管道设备的腐蚀、堵塞阀门、降低气体的输送效率、造成压缩机损坏。该发明的深度干燥是专门针对这些微量水分，并不是大量的液态水。在精密电子、电器生产环节中，对生产和仓储的环境湿度有严格的要求，如：锂离子电池生产车间，空气的相对湿度过高(超过1％rh)会导致产品质量不合格。
例如，在天然气加工处理和输送过程中，气体中的含水量必须控制在1-2PPM以内；用露点指标表述的话，一般对工艺管道的干燥度要求是露点温度在-50摄氏度以下。另外，在精细化工行业，有些物料对水非常敏感，极易和水发生化学反应，从而导致产品质量不能满足要求。要确保生产出合格的产品，管道系统的干燥度都比较高，有些甚至达到露点温度为-110摄氏度。所以在试车阶段就必须对安装好的管道系统和有关设备进行无水处理-深度干燥，这是后续生产能否正常进行的前提。
又如，电动汽车的电池生产车间，环境的相对湿度必须小于1％rh，如果湿度超过1％rh，电池的质量就无法保证。另外，一些精密电子仪器、元件的仓储也是尽量保持干燥环境，否侧会影响电子器件的质量和性能。
目前普遍使用的深度干燥基本上都是通过深度冷却的方法脱除空气中的水分，制取干燥空气；或者直接用液氮进行管道系统的深度干燥；这种方法能耗大、成本高，通常也只能达到露点温度-60摄氏度左右，对于露点要求更高的情况，这种方法需要消耗大量能源，干燥时间也相对较长。并且需要专用压缩机才能实现，操作要求高、工况严苛。
技术实现要素：
发明目的：针对现有技术中的不足之处，即很难对露点温度-60℃以下的空气进一步的深度干燥，本发明的目的在于提供一种用于工业设施的深度干燥方法。
技术方案：本发明提供了一种用于工业设施的深度干燥方法，以空气为干燥介质，在需要干燥的工业设备的内部空间流过或循环，所述的空气经过分级干燥处理，包括冷却干燥及多种吸附剂组合干燥，所述的吸附剂为硅胶、活性氧化铝、分子筛中的一种或多种，并利用微波对吸附剂进行再生处理。
具体的，所述的分级干燥处理是根据空气的露点，分为四级干燥，当空气露点温度20℃以上时，采用冷却法干燥；当空气露点温度为-10～20℃之间时，采用硅胶吸附法进行干燥；当空气露点温度为-50～-10℃之间时，采用活性氧化铝吸附法进行干燥；当空气露点温度-50℃以下时，采用分子筛吸附法进行干燥。
这种分级方式是本发明的核心。充分利用了各种不同干燥方法的优势。大量的实验证明在空气湿度较大的情况下机械制冷的方法对于空气的干燥效果很好；在空气露点温度小于20度时通过硅胶吸附法效果很明显，硅胶对空气中的吸附可以达到硅胶重量的25-30％，再生温度只有100度左右就能实现完全再生，相对能源消耗比分子筛更低。活性氧化铝对空气中的水分吸附力介于硅胶和分子筛之间，活性氧化铝吸附法可以使空气的干燥度达到-70摄氏度，考虑到应用过程中的可靠度，把活性氧化铝吸附法的处理深度确定为露点温度-50度，分子筛对空气中水分子的吸附能力很强，当空气通过分子筛时空气中的水分几乎全部吸附，能够使空气的露点温度达到-100摄氏度以下。常规的3A或4A分子筛能够吸附15-20％的水分，分子筛的再生温度通常要比硅胶高100摄氏度，约230摄氏度就能实现分子筛的全部再生。由于经过前两级处理之后空气中的水分相对较少，分子筛的作用主要使空气达到一个更深干燥度，虽然它的再生温度较高，由于总体含水量较少，所以总体经济经济指标很好。
具体的，上述方法中，所述的冷却法是利用传统的冷冻干燥机，把空气的温度降低，提高了相对湿度让空气中的水结露，从而提高水的绝对干燥度。所述的硅胶吸附法是利用硅胶作为吸附干燥剂，对空气进行吸附干燥，由于硅胶的吸附容量大，再生温度低，在空气的含水量相对较大时功效较高。所述的活性氧化铝吸附法是用活性氧化铝作为干燥吸附剂，由于活性氧化铝对空气中的水的吸附容量和吸附力介于硅胶和分子筛中间，在空气中的含水量较少时(湿度小于-10摄氏度)，相对功效较高。所述的分子筛吸附法是以分子筛作为吸附干燥剂，对空气进行吸附干燥，由于分子筛的吸附力比活性氧化铝和硅胶都强，它的再生温度也更高，这种方法可以使露点更低(-120摄氏度以下)。在深度干燥时有比较好的干燥效果。
具体的，上述方法中，所述的再生处理是将分子筛、活性氧化铝或硅胶，置于微波场中，进行再生处理。
上述方法中，所述的工业设施包括工艺管道、工业设备、生产车间、仓库等等。
在实际应用过程中，根据具体的环境温度，以及工作需要的环境温度确定分级干燥的具体方案，例如：天然气输送管道的深度干燥，如果是在夏天，由于温度较高，湿度也较大，为了提高综合效率，首先选用第一级冷却法干燥后再进行后续级别的干燥，如果是在冬季并且气温很低，比如零下的情况下，空气中的水分本来就很少，采用第一级干燥的效果就不会很明显，这种条件下可以省去一级干燥。对于工作要求环境温度必须在一定温度范围时，如：工作车间，这是需要一个人体感觉舒适的温度，这时一级干燥的目的不全是为了干燥，更多是为了降温，这时一级干燥是必须的。
有益效果：本方法是通过冷却与吸附相结合的方法，对不同湿度的空气分级处理，使空气干燥；而不是通过单一冷却的方式，降低空气湿度的办法除去空气中的水分。本发明通过对空气湿度分级后，选择对应的空气湿度范围，选择适合该湿度范围相对高效的干燥方法对空气进行处理，从而使整个工艺流程获得最高效率。
附图说明
图1是干燥效率曲线图
具体实施方式：
要对工业管道、设备、车间等进行深度干燥，首先必须要有干燥的空气，利用干燥的空气在管道、设备中循环，把水分带走的过程就是一个干燥的过程；对于那些湿度要求很严的生产车间、仓库等也是需要把干燥空气通入车间、仓库置换或混合原有的空气从而达到降低湿度的目的；所以深度干燥技术的关键就是如何制取干燥的空气，即：如何除去空气中的水。
第一级：通过大量实验证明，不同湿度的空气采用不同的干燥方法进行干燥处理是功效相差很大，在高湿度情况下(露点超过20摄氏度)冷却方式效率最高，这是我们叫第一级处理(冷却法)。
第二级：当露点温度在20和-10摄氏度时硅胶吸附法效率最高，这是因为硅胶的饱和吸附量比活性氧化铝和分子筛都更大，但硅胶对水分子的吸附力却比氧化铝和分子筛小得多，因此其再生温度也只有分子筛的一半，它的再生能耗要比氧化铝和分子筛低，此时采用硅胶吸附的方法叫第二级处理(硅胶吸附法)；
第三级：当空气的露点低到-10摄氏度以下时，空气中的水分含量已经很少，这时空气中残留水分子跟空气的结合力和硅胶对水分子的吸附力基本相当；应该选择吸附力更强吸附材料处理-10露点以下的空气，此时选用活性氧化铝对空气进行处理，我们叫第三级处理(活性氧化铝吸附法)，通过实验活性氧化铝对空气的干燥深度可以达到露点温度为-70摄氏度，实际工程中建议选取-50摄氏度露点为目标。例如：电池生产车间的相对湿度要求必须小于1％rh,如果假设车间环境温度为23摄氏度(工作舒适温度)，如果相对湿度为1％rh，这是空气的干燥度应为露点温度-32.9摄氏度，也就是说第三级干燥基本可以达到要求。
第四级：当空气的露点温度到-50摄氏度时，空气中含水量已经到了微量的程度，如果环境温度为23摄氏度，露点温度为-50摄氏度时，每立方米空气中的水含量约为0.028克，此时的相对湿度仅为0.14％rh,，要进一步对空气进行干燥需要选择吸附能力更强的分子筛处理，我们把该处理过程称为第四级处理，通过分子筛处理过的空气露点温度可以达到-100摄氏度以下，此时一般的仪器已经很难测出水含量，称为无水状态，可以完全满足各种深度干燥的要求。
以上四级干燥过程是综合考虑各项经济指标得出的结论，实际工作中根据工作量的大小和需要干燥的深度可以采用其中的二个级别或三个级别的处理就能达到目的。
实施例1
一罐干燥的活性氧化铝干燥剂，处理常压、30摄氏度、相对湿度100％的空气，当空气被干燥到20摄氏度露点时停止干燥(即：降低10摄氏度露点)，转换成再生模式，再生的结果要达到吸附的水分100％排除，这时每千瓦时的电耗能够使1公斤硅胶的吸附水被排除。深度干燥的综合效率是由多种因素决定的，一般来说主要因素有如下4个：
1.再生耗气量占处理气体量q；
2.再生需要的总功率(千瓦)w；
3.再生时间t；
4.再生程度d；
综合效率指数P＝f(q,w,t,d),即：P是q,w,t,d的f函数，并且耗电量越高综合效率越低，功率损耗越大综合效率越低。实验对空气露点温度在30的空气，通过不同的干燥方法，测量功率消耗和实际干燥效果，实际干燥效果以实际脱水量衡量。实验环境温度30摄氏度度，相对湿度96％，并有加湿机在同时加湿，地点为某厂房内，用金刚工业除湿机，型号：CF40KT，功率2400W，开机1小时时停机测量出水量为8400克。同时把相同条件的空气通入分别装有20公斤分子筛，20公斤硅胶的吸附罐，罐体内径300毫米，罐体高度600毫米，等吸附饱和后称重，同时再生器出口通入水桶内，是同事先称重，用960瓦微波源再生3小时，通过电表计量电能消耗。用同样的方法对活性氧化铝也进行相同的实验，分别记录数据，并计算每千瓦时耗电的脱水量作为实验结果，分析各种干燥方法的综合效率指标。
在再生过程中罐内通压缩空气，平均通气量约0.4立方每分钟，同时根据干燥剂的温度调整通气量，最高温度控制在350度。由于罐体没有保温，会有能量损失，由于没有考虑通风耗能，假定没有保温的损失和通风耗电相等，所以数据不考虑这两个因素的影响。
实验数据如下：
利用上述数据可以确定30露点情况下的综合效率指标值，参照除湿机的效率图的图形趋势，以及硅胶、活性氧化铝、分子筛再生曲线图，可以得出上述4种干燥方法的综合效率示意图。
实施例2
通过硅胶吸附干燥空气的露点实验，确定硅胶干燥空气的最低露点。具体的实验方法是：把空气从上述干燥罐的底部通入，干燥罐内装填硅胶20公斤，并用微波再生后实验，通气流量为每分钟2立方米，在干燥罐出气管道安装在线露点仪，实验空气的温度为环境温度6摄氏度，相对湿度57％rh。通气后露点仪的指示基本稳定在-10摄氏度，约90分钟后露点快速升高，试验结果证实了硅胶在该状态下的吸附量为6％左右，最低露点温度为-10摄氏度。由于硅胶的再生温度最好在100摄氏度左右，活性氧化铝和分子筛的再生温度都要200度以上，在-10摄氏度的露点范围内使用硅胶无疑比使用活性氧化铝和分子筛更经济。
为了确定在干燥深度为-10露点时各种不同方法的功效，先做如下实验，该实验环境温度2摄氏度，湿度为55％，空气中的含水量为3.07克每立方米，由于空气在-10度露点温度，相对湿度为100％的绝对湿度时空中的含水量2.37克每立方米,去修正系数M＝2.37/3.07＝0.77，考虑到机械冷却法对湿度的敏感，用该系数乘以实际脱水量得出的值作为实验数据，吸附法不做修正。
实验数据如下：
通过上述试验，参考各种不同方法的功效趋势，可以得出以下综合效率比较图：如图1所示。
综合上述试验及图1，可以得出结论，在干燥深度需求较高的情况下，采用四级干燥，最为合适，即当空气露点温度20℃以上时，采用冷却法干燥；当空气露点温度为-10～20℃之间时，采用硅胶吸附法进行干燥；当空气露点温度为-50～-10℃之间时，采用活性氧化铝吸附法进行干燥；当空气露点温度-50℃以下时，采用分子筛吸附法进行干燥。不仅可以实现深度干燥，而且使得能耗最优化。