专利名称：：氢气的分离方法和分离装置的制作方法
技术领域：
：本发明涉及利用压力变动吸附法(PSA法)，从以氢为主要成分的混合气体中除去不需要的气体，分离氢气的方法和装置。
背景技术：
：作为工业用气体的氢(氢气浓度高的制品气体)被用于例如玻璃熔融、半导体制造、光纤制造、金属热处理、熔断、油脂固化等。近年来，正在进行作为燃料电池汽车的燃料用的氢站的建设，要求有效地制造高纯度的氢气。作为用于工业上制造氢的实用方法，已知下述的方法，例如将甲醇和天然气等烃类原料改性，生成以氢为主要成分的混合气体，利用压力变动吸附法(PSA法)，除去该混合气体中氢以外的不需要的气体，导出氢气浓度高的制品气体。作为烃类原料的改性方法，可以列举水蒸气改性法和部分氧化改性法。利用PSA法的气体分离，例如通过设置填充有优先吸附规定的不需要的气体的吸附剂的多个吸附塔，在各吸附塔中反复进行至少包括吸附工序和解吸工序的循环而实施。在吸附工序中，将混合气体导入吸附塔，使吸附剂吸附该混合气体中不需要的气体，导出高纯度的氢气。在解吸工序中，使不需要的气体从吸附剂解吸，将含有该不需要的气体和残存在该吸附塔内的气体的解吸气体从吸附塔导出。在PSA法中，从得到的氢气的纯度和回收率的观点出发，需要进行各种改良。作为其一个例子，有在各吸附塔中，反复进行包括吸附工序、减压工序、解吸工序、洗净工序和升压工序的循环(例如，参照下述专利文献l)。根据专利文献1中记载的方法，利用使用多个吸附塔进行的PSA法所实施的氢气分离中，将吸附工序结束后处于高压下的1个吸附塔内的残留气体导入解吸工序结束后处于低压下的其他吸附塔中，在1个吸附塔中进行减压工序(第一和第二减压工序)，同时在其他的吸附塔中进行洗净工序和升压工序(第一升压工序)。其中，在吸附塔内填充有例如由碳分子筛和Ca—A型沸石构成的吸附剂。在该方法中，将减压工序分成第一减压工序和第二减压工序两个阶段进行。在与第一减压工序成对的洗净工序中，利用作为减压对象的吸附塔内的残留气体(氢气浓度接近于制品气体)，所以与例如只使用制品气体进行洗净的情况相比，氢气的回收率提高。另外，在与第二减压工序成对的升压工序(第一升压工序)中，作为减压对象的吸附塔内的残留气体(氢气浓度仍然接近于制品气体)被回收到作为升压对象的吸附塔中，因此氢气的回收率提高。通过采用这样的方法，在利用PSA法进行的氢气的分离中，能够将得到的制品气体中的氢气浓度维持得较高，并且能够提高氢气的回收率。专利文献1:特开2004-66125号公报另一方面，近年来，作为改性烃类原料的方法，采用将水蒸气改性法和部分氧化改性法组合起来的自热改性法。在水蒸气改性法中，通过作为吸热反应的水蒸气改性反应，由烃类原料和水产生氢和二氧化碳。在部分氧化改性法中，通过作为放热反应的部分氧化改性反应，由烃类原料和氧产生氢和二氧化碳。自热改性法是一种通过使水蒸气改性反应和部分氧化改性反应同时发生，使水蒸气改性反应的吸热量与部分氧化改性反应的放热量平衡，使不需要外部加热的热自立型的改性反应进行的方法。利用该自热改性法，具有使发生改性反应的改性反应器的结构变得简单的优点。在采用自热改性法的情况下，作为用于使部分氧化改性反应发生而添加的氧，一般使用精制的富氧气体或空气。在添加空气的情况下，除氧以外混入不活泼性的氮和氩，在利用PSA法分离精制改性后的混合气体的情况下，在除去二氧化碳、甲垸、甲醇和一氧化碳的同时，如果不有效地除去氮和氩，则不能够得到高纯度的氢气(制品气体)。
发明内容本发明是在这种情况下研究出来的技术方案，其课题为利用PSA法，从通过添加有空气的烃类原料的自热改性反应得到的混合气体分离氢气，能够将得到的制品气体中的氢气浓度维持得较高，并提高氢5气的回收率。本发明的第一方面提供的氢气的分离方法，其为了从通过添加有空气的烃类原料的自热改性反应得到的以氢为主要成分的混合气体中分离氢气，利用使用填充有吸附剂的多个吸附塔进行的压力变动吸附式气体分离法，反复进行包括吸附工序和解吸工序的循环，在上述吸附工序中，将上述混合气体导入上述吸附塔中，使上述吸附剂吸附该混合气体中不需要的气体，从该吸附塔导出氢气浓度高的制品气体，在上述解吸工序中，使上述不需要的气体从上述吸附剂解吸，将含有残存在上述吸附塔内的气体和该不需要的气体的解吸气体从该吸附塔导出。上述吸附剂包括位于上述吸附塔中混合气体的流动方向的上游侧且填充比率为1050%的活性炭类的第一吸附剂和位于上述流动方向的下游侧且填充比率为9050%的沸石类的第二吸附剂。本发明人等为了解决上述课题进行了潜心研究，着眼于填充在吸附塔内的吸附剂的种类、配置、填充比率对氢气的回收率产生影响的可能性，发现在吸附剂满足规定的条件时，能够将制品气体中氢气浓度维持得较高的同时，提高氢气的回收率，至此完成本发明。具体而言，从后述的实施例等可知，如果作为填充在吸附塔内的吸附剂，在该吸附塔中混合气体的流动方向的上游侧以1050%的比率填充活性炭类的吸附剂(第一吸收剂)，在上述流动方向的下游侧以9050%的比率填充沸石类的吸附剂(第二吸附剂)，则能够以高氢气回收率得到高纯度的制品气体。这是由于活性炭类吸附剂和沸石类吸附剂对各种气体的吸附除去能力的差异。活性炭类吸附剂对二氧化碳、氩和高浓度范围的氮的吸附除去能力优异，沸石类吸附剂对一氧化碳和低浓度范围的氮的吸附除去能力优异。在本发明的氢气的分离方法中，作为分离对象的混合气体是通过添加有空气的烃类原料的自热改性反应得到的，在该混合气体中，作为副产物的二氧化碳和未反应的氮的含有比例比较高。因此，通过在上游侧填充活性炭类吸附剂，在上游侧优先除去二氧化碳、氮和氩，在通过活性炭类吸附剂后的下游侧，二氧化碳、氮和氩共存所产生的影响消失，利用沸石类吸附剂对一氧化碳的吸附除去能够有效地进行。这样一来，在本发明的氢气的分离方法中，以特定顺序配置2种吸附剂，并使2种吸附剂的填充比率最优化，由此能够适当地发挥对所有不需要气体的吸附除去能力，结果能够提高制品气体中的氢气的回收率。优选上述制品气体中的氩和氮的合计浓度为100ppm以下。优选上述第一吸附剂的平均细孔直径为1.52.0nm。优选压力变动吸附式气体分离法还包括第一减压工序和第二减压工序，在上述第一减压工序中，将经过上述吸附工序后的吸附塔内的残留气体排出并导入其它的吸附塔中，直至经过上述吸附工序后的吸附塔内的压力达到第一中间压力，在上述第二减压工序中，将经过该第一减压工序后的吸附塔内的气体进一步排出并导入其它的吸附塔中，直至经过该第一减压工序后的吸附塔内的压力达到低于上述第一中间压力的第二中间压力，上述吸附工序中的吸附压力与上述第一中间压力的压力差为140280KPa。优选上述第一吸附剂的填充比率为2040%，并且上述第二吸附剂的填充比率为8060%。优选上述吸附工序中的吸附压力为0.54.0MPa。优选上述烃类原料由选自以天然气为主要成分的城市煤气、丙烷、丁烷、汽油、石脑油、煤油、甲醇、乙醇和二甲醚中的气体或液体构成。本发明的第二方面涉及的氢气的分离装置，用于进行以下操作为了从通过添加有空气的烃类原料的自热改性反应得到的以氢为主要成分的混合气体中分离氢气，利用使用填充有吸附剂的多个吸附塔进行的压力变动吸附式气体分离法，将上述混合气体导入上述吸附塔中，使上述吸附剂吸附该混合气体中不需要的气体，从该吸附塔导出氢气浓度高的制品气体，并且，使上述不需要的气体从上述吸附剂解吸，将含有残存在上述吸附塔内的气体和该不需要的气体的解吸气体从该吸附塔导出。上述吸附剂包括位于上述吸附塔中混合气体的流动方向的上游侧且填充比率为1050%的活性炭类的第一吸附剂和位于上述流动方向的下游侧且填充比率为9050%的沸石类的第二吸附剂。利用该氢气的分离装置，能够实现本发明的第一发明涉及的方法，因此能够发挥与上述本发明的第一方面涉及的上述优点相同的优点。本发明的其他特征和优点，通过参照附图进行的以下的详细说明能够更加明确。图1为用于实现本发明的氢气的分离方法的3塔式PSA气体分离装置的结构示意图。图2为本发明的氢气的分离方法的各步骤所对应的气体的流动图。图3为表示活性炭和沸石对二氧化碳的吸附等温线的曲线图。图4为表示活性炭和沸石对甲烷的吸附等温线的曲线图。图5为表示活性炭和沸石对一氧化碳的吸附等温线的曲线图。图6为表示活性炭和沸石对氩的吸附等温线的曲线图。图7为表示活性炭和沸石对氮的吸附等温线的曲线图。图8为表示活性炭和沸石对氮的吸附等温线的曲线图。具体实施例方式下面，作为本发明的优选实施方式，参照附图，对从含有氢的混合气体浓縮分离氢气的方法进行具体说明。本发明的氢气的分离方法可以使用例如图1所示的PSA气体分离装置X进行。该图所示的PSA气体分离装置X具备3个吸附塔A、B、C，混合气体用配管l，制品气体用配管2，塔内气体取出用配管3，气体逆流用配管4，制品气体返回用配管5和解吸气体用配管6。在吸附塔A、B、C中填充有规定的吸附剂。该吸附剂包括位于各吸附塔中混合气体的流动方向的上游侧(在图1中，相当于吸附塔的下侧)的活性炭类的第一吸附剂D和位于上述流动方向的下游侧(在图1中，相当于吸附塔的上侧)的沸石类的第二吸附剂E。作为第一吸附剂D，可以采用椰子壳类或煤炭类等活性炭，例如优选使用平均细孔直径为1.52.0nm、优选为1.71.8nm的活性炭。作为第二吸附剂E，可以采用Ca—A型沸石分子筛、Ca—X型沸石分子筛和Li一X型沸石分子筛等，其中，优选使用Ca—A型沸石分子筛。另外，调节第一和第二吸附剂D、E，使其相对于吸附剂的全部容积为规定的填充比率(体积比例)。具体而言，将第一吸附剂D的填充比率调节为1050%，将第二吸附剂E的填充比率调节为卯50%。在各配管16上设置有自动阀aq，在塔内气体取出用配管3、气体逆流用配管4和制品气体返回用配管5上设置有流量调节阀7、8。并且，在利用使用PSA气体分离装置X进行的压力变动吸附式气体分离法进行的氢气分离中，通过选择各自动阀aq的开闭状态，在各吸附塔A、B、C中，进行例如吸附工序、减压工序(第一减压工序和第二减压工序)、解吸工序、洗净工序和升压工序(第一升压工序和第二升压工序)。具体而言，在吸附塔A、B、C中，同时进行规定的工序(步骤l9)。如果示意性地表示各步骤中PSA气体分离装置X的气体流动，为图2(a)(i)所示的状态。在步骤1中，在吸附塔A中进行吸附工序，在吸附塔B中进行洗净工序，在吸附塔C中进行第一减压工序，成为图2(a)所示的气体流动状态。如图1和图2(a)所示，通过混合气体用配管1和自动阀a向吸附塔A中导入混合气体。该混合气体通过添加有空气的烃类原料的自热改性反应得到，含有作为主要成分的氢，且含有作为不需要气体的比较高浓度的二氧化碳和氮、比较低浓度的一氧化碳、以及少量的未反应的烃和氩。在本发明中，所谓烃类原料，除了例如以天然气为主要成分的城市煤气、丙烷、丁烷、汽油、石脑油、煤油等以外，还指甲醇、乙醇等醇类和二甲醚等。在对应吸附工序的吸附塔A中，使混合气体通过维持在规定的高压状态的塔内。在这里，首先利用第一吸附剂D主要吸附二氧化碳、氮、甲烷和甲醇等烃，接着利用第二吸附剂E主要吸附一氧化碳和残留的氮，将氢气浓度高的制品气体排出到塔外。通过自动阀i和制品气体用配管2回收制品气体。通过自动阀n、塔内气体取出用配管3、流量调节阀7、自动阀p、气体逆流用配管4和自动阀j，将从吸附塔C排出的塔内气体(洗净气体)导入吸附塔B中。吸附塔C首先进行吸附工序，相反吸附塔B首先进行解吸工序(参照图2(i)所示的后述步骤9)，因此，吸附塔C的塔内压力高于吸附塔B的塔内压力。因此，通过将吸附塔C的塔内气体导入吸附塔B中，将吸附塔C的塔内减压至第一中间压力，从吸附塔B排出残留在塔内的气体。该气体通过自动阀d和解吸气体用配管6排出。在步骤2中，在吸附塔A中进行吸附工序，在吸附塔B中进行第一升压工序，在吸附塔C中进行第二减压工序，成为图2(b)所示的气体流动状态。如图1和图2(b)所示，与步骤1同样将混合气体导入吸附塔A中，并将制品气体排出塔外。与步骤l同样回收制品气体。另一方面，通过塔内气体取出用配管3从吸附塔C导出的塔内气体，通过自动阀n、流动调节阀7、自动阀p、气体逆流用配管4和自动阀j导入吸附塔B中。在步骤1中，在吸附塔B中通过自动阀d和解吸气体用配管6排出残留气体；而在步骤2中，通过关闭自动阀d，谋求吸附塔B与吸附塔C之间的均压化。由此，进一步将吸附塔C的塔内减压至低于第一中间压力的第二中间压力，同时进行吸附塔B的升压。在步骤3中，在吸附塔A中进行吸附工序，在吸附塔B中进行第二升压工序，在吸附塔C中进行解吸工序，成为图2(c)所示的气体流动状态。如图1和图2(c)所示，与步骤1同样将混合气体导入吸附塔A中，将制品气体导出到塔外。与步骤1同样回收制品气体，但其一部分通过制品气体返回用配管5、自动阀q、流量调节阀8、气体逆流用配管4和自动阀j导入吸收塔B中，进行吸附塔B的塔内升压。另一方面，吸附塔C在步骤1和2中，塔内被减压，同时自动阀e、m、n、o被关闭，自动阀f为开放状态。因此，在吸附塔C的内部，不需要的气体从吸附剂解吸，其与残留在吸附塔C内的气体一起排出到塔外。该解吸气体通过自动阀f和解吸气体用配管6排出。在步骤46中，如图2(d)(f)所示，在吸附塔A中，与歩骤13的吸附塔C同样，进行第一减压工序、第二减压工序和解吸工序；在吸附塔B中，与步骤13的吸附塔A同样，连续进行吸附工序；在吸附塔C中，与步骤13的吸附塔B同样，进行洗净工序、第一升压工序和第二升压工序。在步骤79中，如图2(g)(i)所示，在吸附塔A中，与步骤13的吸附塔B同样，进行洗净工序、第一升压工序和第二升压工序；在吸附塔B中，与步骤13的吸附塔C同样，进行第一减压工序、第二减压工序和解吸工序；在吸附塔C中，与步骤13的吸附塔A同样，进行解吸工序。并且，通过在各吸附塔A、B、C中反复进行以上说明的步骤19，能够从混合气体中除去不需要的气体，连续地得到氢气浓度高的制品气体。根据本发明的方法，利用压力变动吸附式气体分离法，从通过添加有空气的烃类原料的自热改性反应得到的混合气体中分离氢气的情况下，通过如上所述设定活性炭类的吸附剂和沸石类的吸附剂的配置顺序以及填充比率，能够以高的回收率得到高纯度的氢气。另外，根据本发明的方法，在利用PSA法的操作过程中，关于从吸附工序中的吸附压力(最高压力)减压到第一减压工序中的第一中间压力时的压力差，设定在提供高的氢气回收率的最佳范围内。如上所述设定活性炭类吸附剂和沸石类吸附剂的叠层顺序是恰当的，这是由于两种吸附剂对各种气体的吸附除去能力的差异。图3图8表示本发明中作为第一吸附剂D的椰子壳类活性炭和作为第二吸附剂E的Ca—A型沸石，对作为除去对象的各种物质在常温(25°C)下的吸附等温线。图3表示除去对象为二氧化碳时的吸附等温线，图4表示除去对象为甲烷时的吸附等温线，图5表示除去对象为一氧化碳时的吸附等温线，图6表示除去对象为氩时的吸附等温线，图7和图8表示除去对象为氮时的吸附等温线。从图3图6所示的吸附等温线的斜率可知，对于二氧化碳、甲烷和氩，活性炭作为吸附剂比较合适；对于一氧化碳，沸石作为吸附剂比较合适。特定的气体成分的吸附除去量是高压侧的吸附压力(该气体成分的分压)下的吸附量减去低压侧的解吸压力下的吸附量而得到的值。如图36所示，活性炭对二氧化碳、甲烷和氩的吸附除去量大于沸石对二氧化碳、甲烷和氩的吸附量，沸石对一氧化碳的吸附除去量大于活性炭对一氧化碳的吸附除去量。作为适用于本发明的混合气体的例子，将通过添加有空气和水的ii丙烷的自热改性反应得到的混合气体、以及通过添加有空气和水的甲醇的自热改性反应得到的混合气体的气体组成表示于表l。其中，关于通过丙垸的自热改性反应得到的混合气体(表示于表1的左侧)，将压力变动吸附式气体分离法中的吸附工序的吸附压力(最高压力)设定为0.85MPa(表压)，将解吸压力设定为大气压(0.103MPa)，基于图3如下计算比较利用活性炭的二氧化碳的吸附除去量和利用沸石的二氧化碳的吸附除去量。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>吸附时二氧化碳气体分压为(0.85+0.103)X(760/0.103)X0.14二984Torr，解吸时二氧化碳气体分压为760X0.14=106Torr，因此吸附时二氧化碳在活性炭上的吸附量为65ml/g，解吸时二氧化碳吸附残量为20ml/g。因此，从吸附量减去吸附残量而得到的二氧化碳吸附除去量为45ml/g。相对于此，吸附时二氧化碳在沸石上的吸附量为81ml/g，解吸时二氧化碳吸附残量为53ml/g，因此沸石情况下的二氧化碳吸附除去量为28ml/g。这样，活性炭与沸石相比，每单位填充量具有约1.6倍的吸附除去能力。另外，在沸石的情况下，即使解吸至大气压，二氧化碳吸附残量也为活性炭情况下的2倍以上，因此与活性炭相比，即使吸附二氧化碳以外的不需要气体(例如，一氧化碳和氮等)，由于吸附残存的二氧化碳的影响，其吸附量也低于吸附等温线所示的值。另一方面，吸附工序中的吸附压力(最高压力)越高，二氧化碳相对于吸附剂的吸附量变得越大，所以越高越好。但是，在一定压力以上，吸附量相对于压力上升的上升比率小，不实用。因此，吸附工序中的最高压力为0.54.0MPa的范围是比较实用的。接着，对于通过丙烷的自热改性得到的混合气体，将吸附工序的吸附压力设为0.85MPa(表压)，将解吸压力设为大气压(0.103MPa)，基于图4如下计算比较利用活性炭的甲烷的吸附除去量与利用沸石的甲烷的吸附除去量。吸附时甲烷气体分压为(0.85+0.103)X(760/0.103)X0.005二35Torr，解吸时甲烷气体分压为760X0.005=3.8Torr，因此吸附时甲垸在活性炭上的吸附量为2.0ml/g，解吸时甲垸吸附残量为0.2ml/g。因此，从上述吸附量减去上述吸附残量而得到的甲烷吸附除去量为1.8ml/g。相对于此，吸附时甲烷在沸石上的吸附量为1.0ml/g，解吸时甲烷吸附残量为0.1ml/g，因此甲垸吸附除去量为0.9ml/g。这样，活性炭每单位填充量具有约2倍的吸附除去能力。在利用自热改性法对甲垸进行改性的情况下，在混合气体中残留有0.3%的甲烷，活性炭的吸附除去量大于沸石的吸附除去量，具有与甲烷的情况相同的特性。另外，关于氮，如图7和图8所示，在氮气体分压较高的范围(高浓度范围)，活性炭作为吸附剂优良，在氮气体分压较低的范围(低浓度范围)，沸石作为吸附剂优良，在吸附塔内的混合气体的流动方向的上游侧(高浓度范围)填充活性炭，并在混合气体的流动方向的下游侧(低浓度范围)填充沸石是恰当的。即，在该情况下，能够用上游侧的活性炭除去较高浓度的氮，同时能够用下游侧的沸石有效地除去用活性炭不能充分除去而残留的低浓度的氮。由以上说明可以理解，在吸附塔内，在混合气体的流动方向的上游侧填充活性炭类吸附剂(第一吸附剂D)，并且在上述流动方向的下游侧填充沸石类吸附剂(第二吸附剂E)，由此在上游侧的活性炭类吸附剂中，优先吸附除去二氧化碳、氮、甲烷(或甲醇)和氩，在通过活性炭类吸附剂后的下游侧，一氧化碳等的杂质浓度增高，能够有效地利用沸石类吸附剂除去杂质。例如，如果能够利用活性炭完全除去二氧化碳、氮、甲烷(或甲醇)和氩，通过活性炭类吸附剂后的气体的组成变为如表2所示，一氧化碳浓度变为1.61.9倍左右。[表2]<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>作为活性炭类吸附剂(第一吸附剂D)和沸石类吸附剂(第二吸附剂E)的填充比率，如后述实施例可知，如果将第一吸附剂D设定在1050%的范围内，将第二吸附剂E设定在9050。/。的范围内，则能够以高的氢气回收率得到纯度为99.99%以上的高纯度的制品气体。这是由于通过改变吸附剂的填充比率，使吸附转效曲线最优化。艮口，吸附剂的填充比率在上述范围内时，能够均衡地除去氩和氮，使二者的合计浓度为100ppm以下，其结果，也使氢气的回收率提高。以上说明了本发明的实施方式，但本发明的范围不限定于上述实施方式。本发明的氢气的分离方法和实施该方法所使用的分离装置的具体构成可以在不脱离发明构思的范围内进行各种变形。例如，关于PSA气体分离装置的吸附塔数，不仅限定于上述实施方式所示的3塔式，因为氢气分离性能由吸附时吸附塔内的吸附转效曲线的动态决定，所以在2塔或4塔以上的多塔的情况下也能够发挥同样的效果。实施例下面通过实施例和比较例，说明本发明的有用性。[实施例1]在本实施例中，使用具有3个吸附塔的图1所示的PSA分离装置X，采用由上述实施方式中说明的各工序构成的分离方法，在以下所示的条件下，从混合气体中分离氢气。作为吸附塔，使用直径为50mm的圆筒状吸附塔，在其内部填充有作为第一吸附剂的平均细孔直径为1.71.8nm的椰子壳类活性炭和作为第二吸附剂的Ca—A型沸石分子筛合计2.936升。在本实施例'l'，调节各吸附剂的填充量，使第一吸附剂的填充比率(体积比例)为10%，第二吸附剂的填充比率为90%。作为混合气体，使用通过添加有空气和水的丙烷的自热改性反应得到的按照容积基准含有氢45.0%、二氧化碳14.0%、一氧化碳7.4%、甲烷0.5%、氩0.4%和氮32.7%的气体。该混合气体以850NL/hr的流量供给。吸附工序中的吸附压力(最高压力)为850kPa(表压以下的压力全部指表压)，第一减压工序中的结束压力(第一中间压力)为640kPa，这些的压力差为210kPa。另外，第二减压工序中的结束压力(第二中间压力)为320kPa,解吸工序中的最低压力为6kPa。其结果表示在表3中。[实施例25、比较例15]将第一吸附剂和第二吸附剂的填充比率从10%:90%变更为20%:80%(实施例2)、30%:70%(实施例3)、40%:60%(实施例4)、50%:50%(实施例5)、0%:100%(比较例1)、60%:40%(比较例2)、70%:30%(比较例3)、80%:20%(比较例4)或100%:0%(比较例5)。除此以外，与实施例1同样操作，从混合气体中分离氢气。其结果表示在表3中。<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>从表3可知，在希望从自热改性丙烷而得到的含有氮和氩的混合气体以较高的氢气回收率得到纯度为99.99%以上的高纯度氢气(制品气体)的情况下，只要将活性炭的填充比率设定为1050%即可。另外，从更加提高氢气的回收率的观点出发，优选将活性炭的填充比率设定为2040%，特别是在活性炭和沸石的填充比率为30%:70%的情况下，达到最大的氢气回收率(77.1%)。[实施例6]在本实施例中，作为混合气体，使用通过添加有空气和水的甲醇的自热改性反应得到的按照容积基准含有氢45.0%、二氧化碳21.8%、一氧化碳0.5%、甲醇0.3%、氩0.2%和氮14.2%的混合气体。除此以外，与实施例1同样操作，从混合气体中分离氢气。其结果表示在表4中。将第一吸附剂和第二吸附剂的填充比率从10%力0%变更为20%:80%(实施例7)、30%:70%(实施例8)、40%:60%(实施例9)、50%:50%(实施例10)、0%:100%(比较例6)、60%:40%(比较例7)、70%:30%(比较例8)、80%:20%(比较例9)或100%:0%(比较例10)。除此以外，与实施例6同样操作，从混合气体中分离氢气。其结果表示在表4中。<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>从表4可知，在希望从自热改性甲醇而得到的含有氮和氩的混合气体中以高的氢气回收率得到纯度为99.99%以上的高纯度氢气(制品气体)的情况下，只要将活性炭的填充比率设定为1050%即可。另外，从更加提高氢气的回收率的观点出发，优选将活性炭的填充比率设定为2040%，特别是在活性炭和沸石的填充比率为30%:70%的情况下，达到最大的氢气回收率(80.0%)。在本实施例中，在吸附塔内，将第一吸附剂和第二吸附剂的填充比率设定为30%:70%，并通过变更第一中间压力，将吸附压力与第一中间压力的压力差设定为140kPa。除此之外，与实施例ll同样操作，从通过丙烷的自热改性反应得到的混合气体中分离氢气。其结果表示在表5中。将吸附压力与第一中间压力的压力差从140kPa变更为160kPa(实施例12)、260kPa(实施例13)、280kPa(实施例14)、120kPa(比较例11)、300kPa(比较例12)。除此以外，与实施例11同样操作，从混合气体中分离氢气。其结果表示在表5中。<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>在本实施例中，在吸附塔内，将第一吸附剂和第二吸附剂的填充比率设定为30%:70%，并通过变更第一中间压力，将吸附压力与第一中间压力的压力差设定为140kPa。除此之外，与实施例6同样操作，从通过甲醇的自热改性反应得到的混合气体分离氢气。其结果表示在表6中。将吸附压力与第一中间压力的压力差从140kPa变更为160kPa(实施例16)、260kPa(实施例17)、280kPa(实施例18)、120kPa(比较例13)、300kPa(比较例14)。除此之外，与实施例15同样操作，从混合气体分离氢气。其结果表示在表6中。表6]吸附压力与第一中间压力的压力差[kPa]氢气纯度[体积％]氢气回收率[%]比较例1312099.9978.6实施例1514099.9979.0实施例1616099.9979.4实施例821099.9980.0实施例1726099.9979.4实施例1828099.9979.0比较例1430099.9978.5从表5和表6可知，当吸附压力与第一中间压力的压力差为210kPa时，氢气的回收率为最大，在该压力差为140280kPa的情况下，氢气的回收率变得较大。按照以上说明，根据本发明，在使用通过添加有空气的烃类原料的自热改性反应得到的混合气体的利用PSA法进行的氢气分离中，能够将制品气体中的氢气浓度维持得较高，同时提高氢气的回收率。权利要求1.一种氢气的分离方法，其特征在于为了从通过添加有空气的烃类原料的自热改性反应得到的以氢为主要成分的混合气体中分离氢气，利用使用填充有吸附剂的多个吸附塔进行的压力变动吸附式气体分离法，反复进行包括吸附工序和解吸工序的循环，在所述吸附工序中，将所述混合气体导入所述吸附塔中，使所述吸附剂吸附该混合气体中不需要的气体，从该吸附塔导出氢气浓度高的制品气体，在所述解吸工序中，使所述不需要的气体从所述吸附剂解吸，将含有残存在所述吸附塔内的气体和该不需要的气体的解吸气体从该吸附塔导出，所述吸附剂包括位于所述吸附塔中混合气体的流动方向的上游侧且填充比率为10～50％的活性炭类的第一吸附剂和位于所述流动方向的下游侧且填充比率为90～50％的沸石类的第二吸附剂。2.如权利要求1所述的氢气的分离方法，其特征在于所述制品气体中的氩和氮的合计浓度为100ppm以下。3.如权利要求1所述的氢气的分离方法，其特征在于所述第一吸附剂的平均细孔直径为1.52.0nm。4.如权利要求l所述的氢气的分离方法，其特征在于还包括第一减压工序和第二减压工序，在所述第一减压工序中，将经过所述吸附工序后的吸附塔内的残留气体排出并导入其它的吸附塔中，直至经过所述吸附工序后的吸附塔内的压力达到第一中间压力，在所述第二减压工序中，将经过该第一减压工序后的吸附塔内的气体进一步排出并导入其它的吸附塔中，直至经过该第一减压工序后的吸附塔内的压力达到低于所述第一中间压力的第二中间压力，所述吸附工序中的吸附压力与所述第一中间压力的压力差为140280KPa。5.如权利要求l所述的氢气的分离方法，其特征在于所述第一吸附剂的填充比率为2040%，并且所述第二吸附剂的填充比率为8060%。6.如权利要求l所述的氢气的分离方法，其特征在于所述吸附工序中的吸附压力为0.54.0MPa。7.如权利要求1所述的氢气的分离方法，其特征在于所述烃类原料由选自以天然气为主要成分的城市煤气、丙垸、丁垸、汽油、石脑油、煤油、甲醇、乙醇和二甲醚中的气体或液体构成。8.—种氢气的分离装置，其特征在于，该氢气的分离装置用于进行以下操作为了从通过添加有空气的烃类原料的自热改性反应得到的以氢为主要成分的混合气体中分离氢气，利用使用填充有吸附剂的多个吸附塔进行的压力变动吸附式气体分离法，将所述混合气体导入所述吸附塔中，使所述吸附剂吸附该混合气体中不需要的气体，从该吸附塔导出氢气浓度高的制品气体，并且，使所述不需要的气体从所述吸附剂解吸，将含有残存在所述吸附塔内的气体和该不需要的气体的解吸气体从该吸附塔导出，所述吸附剂包括位于所述吸附塔中混合气体的流动方向的上游侧且填充比率为1050%的活性炭类的第一吸附剂和位于所述流动方向的下游侧且填充比率为9050%的沸石类的第二吸附剂。9.如权利要求8所述的氢气的分离装置，其特征在于所述第一吸附剂的平均细孔直径为1.52.0nm。10.如权利要求8所述的氢气的分离装置，其特征在于所述第一吸附剂的填充比率为2040%，并且所述第二吸附剂的填充比率为8060%。全文摘要本发明涉及的氢气的分离方法用于从通过添加有空气的烃类原料的自热改性反应得到的混合气体中分离氢气。该分离方法利用使用填充有吸附剂的吸附塔(A～C)进行的PSA法，反复进行包括吸附工序和解吸工序的循环，在上述吸附工序中，将混合气体导入吸附塔中，使吸附剂吸附该混合气体中不需要的气体，从该吸附塔导出氢气浓度高的制品气体，在上述解吸工序中，使不需要的气体从吸附剂解吸，并从该吸附塔导出。吸附剂包括位于混合气体的流动方向的上游侧且填充比率为10～50％的活性炭类的第一吸附剂(D)和位于上述流动方向的下游侧且填充比率为90～50％的沸石类的第二吸附剂(E)。文档编号C01B3/56GK101535174SQ200780041529公开日2009年9月16日申请日期2007年10月31日优先权日2006年11月8日发明者住田俊彦,春名一生,福岛真由美,笹野广昭申请人:住友精化株式会社