KR100873375B1

KR100873375B1 - 폐헬륨가스의 정제 방법과 장치

Info

Publication number: KR100873375B1
Application number: KR1020040072316A
Authority: KR
Inventors: 조건환
Original assignee: 조건환
Priority date: 2004-09-09
Filing date: 2004-09-09
Publication date: 2008-12-10
Also published as: KR20060023461A

Abstract

본 발명은 헬륨의 조성비가 20%이상 함유된 폐헬륨가스로부터 고순도의 헬륨을 얻기 위한 폐헬륨가스의 정제 방법과 장치에 관한 것이다.

본 발명의 헬륨가스가 20%이상 혼합된 혼합가스로부터 폐헬륨가스를 정제하는 방법은, 폐헬륨가스를 가압하여 제올라이트를 통과시킴으로 질소가 제올라이트에 흡착되게 하는 질소제거공정과, 질소제거공정을 거친 폐헬륨가스에 수소를 혼합시켜 산소를 제거하는 산소 제거 장치를 통과시키는 산소제거공정과, 산소제거공정을 거친 폐헬륨가스에 남아 있는 불순물을 제거하기 위하여 불순물을 제거하는 불순물제거장치를 통과시키는 불순물제거공정을 포함하는 것이 특징인 폐헬륨가스의 정제 방법이다.

폐헬륨가스, 저온흡탈착기, 산소제거공정, 질소제거공정

Description

폐헬륨가스의 정제 방법과 장치{Method and apparatus for purifying Helium gas}

도1은 본 발명의 폐헬륨가스의 정제 방법과 장치를 설명하기 위한 시스템 개략도면이다.

도2는 본 발명의 불순물제거장치를 개략적으로 도시한 종단면도이고, 도3은 그 횡단면도이다.

본 발명은 폐헬륨가스의 정제 방법과 장치에 관한 것이다. 특히 사용한 폐헬륨가스를 재생하여 다시 사용 가능하도록 하기 위한 정제 방법과 그 장치에 관한 것이다.

폐헬륨가스는 반도체공정에서의 분위기 가스용, 분석기의 캐리어용, 핵발전소 냉각로의 냉각용, 기밀 용기의 누설테스트용, 등으로 사용되는데, 이렇게 사용된 후의 폐헬륨가스는 불순물을 많이 포함되어 있는 것으로서, 헬륨의 순도가 90%이상 되는 것도 있지만 20%미만의 것도 있다.

헬륨가스는 채집하기가 어려운 희유 가스로서 폐헬륨가스에서 헬륨을 추출하여 다시 사용하고자 하는 노력이 계속되고 있다.

폐헬륨가스 재처리 방법으로는, 순도 99%이상의 헬륨을 압력변동에의한 정제 (PSA), 막분리정제(Membrane), 저온흡착법에의한 정제, 등으로 부분적인 순도향상의 목적에 필요한 정제 방법이 공개되어 있다.

특허공개 번호 10-1999-0038188에 공개된 폐헬륨가스의 재처리 방법은, 특히 불순물을 포함한 99.5-99.9% 헬륨원료가스를 저온흡착탑을 통과하게 함으로써 99.9999%이상의 고순도의 헬륨정제를 할 수 있는 방법으로써, 원료가스입구로 불순물을 함유한 헬륨가스를 넣어서 필터를 통과하게 하여 먼지 또는 미립자를 제거한 다음, 배관을 통해서 열교환기로 들어가도록 하고, 흡착탑을 통해서 나오는 정제된 헬륨가스와 원료가스의 열교환이 일어나도록 하며, 상기 열교환기에서 예냉된 원료가스를 흡착탑을 통과시켜 불순물을 제거한 다음, 다시 열교환기로 들어가도록 형성하고, 정제된 가스는 배관을 통해 정제가스출구로 흐르며, 일부 정제된 가스는 유량계, 히터를 통해 가온해서 흡착탑의 탈착에 사용한 다음 배관을 통해 배기가 이루어지도록 하며, 흡착효율을 고려하여 흡착탑의 내부온도를 -180도 이하의 저온으로 유지하기 위하여 액체질소를 공급할 수 있는 배관과 자연증발로 인한 질소배기배관을 형성하고, 액체질소용기와 외조 사이에 공간을 두고 진공펌프를 이용하여 초진공상태(2*10 -6 Torr)로 만든 다음 진공밸브를 사용하여 실링하고, 수분과 같은 잔류가스에 의한 열전달을 차단하기 위하여 흡착제가 넣어져 있는 흡착통을 액체질소용기안에 두며, 열복사로 인한 열전달을 최소화하기 위하여 단열재를 액체질소용기와 열교환기 주변에 감고, 액체질소의 저장 및 증발에 따른 액체질소용기의 수축 및 팽창에 따른 비틀림과 파손을 막기 위하여 액체질소용기 하단부의 지지대를 3cm 정도 떨어지게 두며, 상기 지지대의 안쪽 면은 외조와 액체질소용기의 열전달을 최소화하기 위해 테프론으로 형성하고, 상기 액체질소용기에 열교환기를 부착할 때 우선 스테인레스 파이프를 열교환기와 액체질소용기에 용접, 부착하여 그 사이를 테프론으로 연결한 다음 스테인레스 파이프와 고정핀으로 고정하며, 재생을 할 경우 흡착탑을 통과한 정제가스는 유량계, 히터로 들어가게 되고, 상기 히터를 통과한 가열된 가스는 배관에 연결하여 열교환기를 통하지 않고 바로 흡착탑으로 들어가도록 하며, 상기 흡착탑을 통과한 불순물을 다량 함유한 재생가스는 배관으로 흘러서 열교환기내의 원료가스 공급배관 쪽으로 흘러 배관으로 나온 후 재생가스출구를 통하여 배기하도록 하는 방법이다. 또한 한쪽 흡착탑이 정제공정이 끝나면 재생공정으로 들어가고 다른 편의 흡착탑을 정제공정으로 들어가도록 함으로써 고순도 헬륨을 연속적으로 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 헬륨정제장치가 공개 되어 있다.

위의 방법은 99.5%이상의 헬륨원료가스를 저온흡착법에 의하여 99.9999%까지 정제하는 공법으로서 탈착된 불순물과 가온된 헬륨일부를 같이 배기함으로써 헬륨의 손실이 발생하며, 액체질소의 냉열과 열교환시 저온흡착탑과 직접 열교환 함으로써 열교환 효율이 낮다는 단점이 있는 방법이었다.

또 특허 공개 번호 10-1994-0023794에 공개된 헬륨으로 이루어진 기체 스트림을 정제시키는 방법은, 헬륨으로 이루어진 기체를 사용하여 완전성을 시험하기 위해 용기를 가압하고, 헬륨으로 이루어진 기체를 재사용을 위해 정제시키는 방법으 로서, 기체 스트림의 건조단계 ; 막분리 스테이지내의 건조된 기체 스트림을 헬륨-부화 투과스트림과 헬륨-감소 추출찌꺼기 스트림으로 분리시키는 단계 ; 막제거 스테이지내의 추출찌꺼기 스트림에서 헬륨을 회수하여 세정 스트림을 생성시키는 단계 ; 그리고 세정 스트림을 사용하여 건조기로부터 수분을 세정하는 단계로 이루어지는 것이다.

또, 헬륨 성분과 물을 포함한 공기성분으로 이루어지는 기체 스트림을 정제시키기 위한 헬륨 정제장치로서,(a) 다음의 것들로 구성된 유체 스트림 건조기:(1) 습기가 풍부한 스트림을 수용하는 포트;(2) 습기가 감소된 스트림을 방출시키는 포트;(3) 건조기로부터 습기를 세정하기 위해 습기가 감소된 세정스트림을 수용하는 포트 ; 및(4) 습기가 부화된 세정 스트림을 방출시키는 포트 ; 그리고 (b) 다음과 같은 것들로 구성된 막분리 스테이지 : (1) 헬륨으로 이루어진 기체를 수용하는 유입부로서, 습기가 감소된 스트림을 방출시키기 위해 건조장치 포트와 연결되어 있는 유입구 ;(2) 헬륨-부화 투과 스트림을 방출시키는 투과 유출구;(3) 헬륨이 감소된 추출찌꺼기 스트림을 방출시키기 위해 추출찌꺼기 유출구 ; 그리고 (c) 다음과 같은 것들로 구성되는 막제거 스테이지 : (1) 막 분리 스테이지의 추출찌꺼기 유출구와 연결되어 있는 유입구 ; (2) 습기가 감소된 세정 스트림을 받아들이도록 건조기 포트와 연결 되어 있는 세정 스트림 방출용 유출구로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 헬륨 정제장치가 공개되어 있다.

또한, 용기의 완전성 시험을 위해 헬륨으로 이루어진 기체를 사용하여 용기를 가압하고 재사용을 위해 헬륨을 회수하는 방법으로서, (a) 용기를 헬륨으로 이루어 진 기체가 용기의 완전성 시험에 필요한 정도 보다 낮은 압력상태로 함유된 저압탱크에 연결시키는 단계 ; (b) 기체를 저압탱크로부터 용기내로 받아들이는 단계 ; (c) 저압탱크와 용기의 연결을 중단시키는 단계 ; (d) 용기를 헬륨으로 이루어진 기체가 용기의 완전성 시험에 필요한 정도 보다 높은 압력상태로 함유된 고압탱크에 연결시키는 단계 ; (e) 기체를 고압탱크로부터 용기내로 받아들이는 단계 ; (f) 용기와 고압탱크의 연결을 중단시키는 단계 ; (g) 용기를 저압탱크와 연결시키는 단계 ; (h) 기체를 압력차에 의해 용기로부터 저압탱크내로 수용시키는 단계 ; 그리고 (i) 단계(e) 또는 (f)의 도중이나 나중에 용기의 완전성을 확인하는 단계로 이루어지는, 완전성 시험을 위해 용기를 가압하는 방법도 공개 되어 있다.

위에서 설명한 바와 같은 종래의 방법과 장치들은 열효율이 낮거나 헬륨의 손실이 많은 것으로 더욱 개량된 방법과 장치가 요망되고 있다.

본 방명의 목적은 헬륨의 조성비가 20%이상 함유된 폐헬륨가스로부터 고순도의 헬륨을 얻기 위한 폐헬륨가스의 정제 방법과 장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 목적은 폐헬륨가스를 단계적 공정을 거쳐 헬륨을 99.999%까지 정제하여 재생하는 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은 헬륨의 조성이 20%이상이고 불순물로서 질소가 많이 포함된 폐헬륨가스를 효율적으로 정제 재생하는 방법을 제공하려는 것이다.

본 발명은 특허청구 범위의 독립항들에 그 필수 구성요소가 기재되어 있다.

이하에서 도면을 참조하면서 본 발명의 하나의 실시예를 설명한다.

또, 산소제거공정에서는 폐헬륨가스에 포함된 산소와 수소가 촉매에 의하여 수증기로 변하도록 하는 탈산소기를 통과한 후, 제1수분흡착기를 통과하면서 이 수분흡착기에 흡착되어 있는 수분을 탈착시킨 다음, 섭씨 100도 이하로 냉각하는 냉각기를 통과하면서 수증기가 물로 변하여 물은 건조기에서 제거되고, 물이 제거된 혼합가스가 제2수분흡착기를 통과하면서 수증기가 제거되는 과정을 거치는 것이 특징인 폐헬륨가스의 정제 방법이다.

또, 불순물제거공정에서는, 폐헬륨가스를 먼저 기화질소로 예냉시킨 후, 액체질소의 냉열을 이용하여 혼합가스를 섭씨 -170도 이하로 냉각시켜서 불순물가스들이 동결 흡착되도록 하는 것이 특징인 폐헬륨가스의 정제 방법이다.

본 발명은 장치는, 헬륨가스가 혼합된 폐헬륨가스를 정제하여 헬륨가스를 얻기 위한 장치로서 산소제거장치와 불순물제거장치를 포함하여 이루어진다.

산소제거장치는, 폐헬륨가스에 포함된 산소와 외부에서 공급되는 수소를 촉매 반응으로 결합시켜 수증기가 되게 하는 탈산소기(40)와; 탈산소기(40)를 통과한 탈산소폐헬륨가스를 가열하는 가온기(42); 섭씨 100도 이하로 된 탈산소폐헬륨가스에 통과할 경우에는 포함된 수증기를 흡착하고, 섭씨 100도 이상인 탈산소폐헬륨가스가 통과할 경우에는 흡착하고 있던 수증기를 탈착시켜 방출하는 제1 및 제2수분흡탈착기(50,55); 탈산소폐헬륨가스를 섭씨 100도 이하로 냉각하는 냉각기(138); 냉각기를 통과한 탈산소폐헬륨가스에 포함된 물을 제거하는 건조기(60), 및 폐헬륨가스가 탈산소기(40)와 가온기(42)를 통과한 후, 제1 및 제2수분흡탈착기(50,55) 중 어느 하나를 통과하게 하고, 이어서 냉각기(138) 및 건조기(60)를 통과하게 한 후 이어서 제1 및 제2수분흡탈착기(50,55) 중 폐헬륨가스가 통과하지 아니한 나머지 하나의 수분흡탈착기를 통과하도록 연결하는 연결라인을 포함하여 이루어지는 것이 특징인 폐헬륨가스 정제 장치이다.

연결라인은 폐헬륨가스 통로가 되는 파이프와 각종 제어밸브들을 포함한다.

이 연결라인의 파이프들은 도면에서 실선으로 도시되어 있고, 제어밸브들은 도면에서 126에서 137 까지의 번호가 부여되어 있다.

불순물제거장치(200)는, 내부에 액화질소(203)를 소정의 레벨로 유지하는 액화질소용기(202)와; 액화질소용기(202) 내 액화질소에 외부가 노출되는 다수의 튜브(241)와, 튜브들(214) 양단에 결합되어 튜브 내부를 공통으로 연결하는 두개의 헤드(241, 251)를 가지고, 헤드에 인입되는 혼합가스를 액화질소(203)와 열교환 되게 하여 폐헬륨가스를 냉각시켜 내보내는 열교환기(240,250)와; 밀폐된 용기(264) 내에 분자체(262)와 활성탄소(263)를 가지고 있고, 열교환기(240,250)를 거친 폐헬륨 가스가 헤드(261)로 인입되어 활성탄소(263)와 분자체(262)에 불순물은 흡착되고 헬륨가스는 통과하여 용기(264) 외부로 인출되도록 하는 저온흡탈착기(260); 액화질소용기(202)에서 기화되는 질소가스와 열교환기(240)의 헤드에 인입되기 전의 폐헬륨가스를 서로 열 교환하여 폐헬륨가스를 냉각시키기 위한 예냉기(230), 그리고 액화질소용기(202), 열교환기(240,250), 저온흡탈착기(260), 및 예냉기(230)를 외부로부터 단열시키고 지지하는 외함(201)을 포함하는 것이 특징인 폐헬륨가스 정제 장치이다.

이러한 장치를 운전하는 방법과 본 발명의 방법을 도면을 참조하면서 설명한다.

본 방법은 질소제거공정, 산소제거공정과 불순물제거공정의 3단계를 포함한다.

질소제거공정에서는 폐헬륨가스를 가압하여 질소를 제올라이트베드에서 흡착 (압력변동흡착)케 하고 잔여가스는 체(Sieve)를 통과하여 저장탱크에서 회수되게 하며, 흡착된 질소만 감압에 의한 탈착이 일어나고 이때 회수된 폐헬륨가스는 배관 또는 이송장비에 의하여 폐헬륨재생센터로 이송된다.

자세히 설명하면, 폐헬륨가스가 저장된 저장탱크(10)에 파이프라인으로 연결된 밸브(112)를 열어서 폐헬륨가스가 여과기(111)를 통과하여 압축기(113)에 인입되게 하며, 압축기에서 15 kg/cm² 정도로 압축한 후 수냉각기(114)를 거치며 냉각되게 한다. 이렇게 냉각된 폐헬륨가스를 제올라이트로 충진된 체(20)에 통과시켜서 질소는 이체에 흡착시키고 나머지 폐헬륨가스는 다음 단계로 이동시킨다. 흡착된 질소 는 소음기(118)를 통하여 대기압으로 압력변동됨으로써 탈착된다. 질소의 흡착과 탈착운전은 절환발브를 조작하여 연속제어운전이 가능하게 한다. 즉, 체 두개를 병렬로 연결하여 하나의 체(예로서 20)에 질소흡착이 포화로 되면 다른 체(예로서 22)로 폐헬륨가스 흐름 통로를 변경하여 새로운 체(22)에서 질소 흡착이 이루어지게 하고, 처음 체(20)는 소음기(118)를 통하여 대기 중에 방출한다. 이러한 폐헬륨가스 통로의 변경은 파이프라인의 밸브들(115-117, 119-121)을 조작하여 행한다.

질소의 흡착과 탈착하는 방법은 압력변동 흡착방법(PSA)을 이용하면 된다. 이것은 제올라이트(Zeolite)라는 물질을 사용하는데, 질소분자는 분자 크기에 가까운 다공질의 제올라이트 분자체(Molecular Sieve)에 선택적으로 흡착(Adsorption)이 되고 이보다 작은 분자들은 배출되어 질소와 분리된다. 이 분자체는 고압상태하에서는 질소를 흡착하고 저압에서는 질소를 탈착한다.

탈질소처리과정에서 폐헬륨가스의 유량은 급격히 감소하여 산소제거공정까지 배관이송방식이 필요 없으며 운송장비에 의하여 산소제거공정 현장인 폐헬륨재생센터의 탈질소헬륨저장탱크(30,33)에 집결관리가 가능하다.

질소제거공정을 거친 탈질소헬륨가스는 저장탱크(30,33)에 저장되어 있다가 다음 단계로 진행되거나, 밸브(123,124, 125)를 통하여 직접 다음 단계 즉 산소제거공정으로 연결된다.

산소제거공정에서는, 이송되어온 탈질소폐헬륨가스가 탈산소기(40)를 통과하는데, 여기서는 외부에서 공급되는 수소(도시 안함)와 탈질소폐헬륨가스 중에 포함된 산소가 팔라듐촉매반응에 의하여 수증기화 된다. 발생된 수증기를 함유한 탈질소헬 륨가스는 전기 가온기(42)를 통과하여 섭씨 100도 이상이 되어서 가온기 밸브(130,129)를 거쳐 수분흡착기 (55)를 통과하면서 탈수분과 흡착제재생을 동시에 하면서 수분흡착기(55) 출구로부터 밸브(135,136)를 통하여 냉각기(138)로 들어가 섭씨100 이하로 되어 수증기가 물로 냉각되고 건조기(60)에서 물이 제거된다. 건조기에 모인 물은 드레인 밸브(62)를 조작하여 드레인 시킨다. 물이 제거된 폐헬륨가스는 건조기 출구로부터 밸브(126)를 거쳐 수분흡착기(50)에 인입되고, 여기서 잔여 수분이 다시 흡착된 다음 밸브(133)를 통하여 불순물제거장치 쪽으로 이송된다.

이 공정에서 자동절환발브의 제어프로그램에 의하여 가온기 출구에서 밸브들(126 내지 137)의 제어에따라 제1수분흡착기와 제2수분흡착기를 교대로 수분흡착과 수분탈착 작용을 하도록 할 수가 있는데, 위에서 설명한 바와 같은 폐헬륨가스 흐름을 만들면 제1수분흡착기(50)는 수분흡착 작용하도록 되고 제2수분흡착기(55)는 수분탈착 작용하도록 동작된다. 밸브를 수동 조작하거나 프로그램에 의하여 자동적으로 조작하여 제1 및 제2수분흡착기의 동작을 반대로 되게 할 수가 있다. 따라서 연속적으로 공정을 진행되게 할 수 있다. 탈산소헬륨가스는 폐루프(Closed loop)를 형성하면서 흡착제의 재생 시에도 건조기를 통하여 수분만 제거된다. 그리고 건조과정을 거치면서 탈산소헬륨가스는 폐루프를 형성하면서 수분만 분리제거되고 헬륨은 그대로 보존된다.

불순물제거공정에서 사용되는 불순물제거장치(70,70')는 액체질소를 담는 액체질소용기(202)와 액체질소용기(202)와 외조(200) 사이에 단열재인 펄라이트와 진공층이 있다. 질소 용기 내에는 열교환기(72,240,250)와 저온흡탈착기(73,260)가 냉 각효율을 높이기 위하여 액체질소 내에 위치하고 있다. 단열용 진공은 5 x 10의 -3승 토르(Torr) 정도로 유지할 필요가 있다. 외조, 내조, 흡탈착기는 정비가 가능하도록 조립식 캡을 상단에 장치한다.

불순물제거공정은 산소제거공정에서 공급되는 폐헬륨가스가 보조냉각기(71,230)의 입구제어발브(211)를 통하여 입력되어서 미리 냉각되고 열교환기(72)에서 액체질소와 열교환하여 섭씨-180도 부근에서 온도가 제어되어 불순물이 동결되고, 저온흡탈착기(73)를 통과하면서 동결된 불순물이 흡착되면서 헬륨은 정제된 상태에서 저온흡탈착기 출구절환발브(142,143)를 통하여 재생헬륨저장탱크(도시 한함)에 저장된다. 여기서 예냉기(71)는 액체질소용기내의 액면(LIC) 및 온도조절시에 발생되는 기화질소의 냉열을 활용하여 폐헬륨가스를 미리 예비 냉각하는 것이다.

동결 흡착되는 불순물은 CO2, 탄화수소, 등인데, 저온흡탈착기(71,260)의 몰레큘라씨브(262)와 활성탄소(263)에 흡착된 불순물은 저온흡착기가 승온되면 탈착되어 탈착불순물 방산발브(141,144)를 통하여 방산된다. 저온흡착기의 승온은 액체질소 용기(202) 내의 액체질소를 밸브(139,15')를 통하여 회수한 후, 전기 가온기(80)에 의하여 질소를 가온하여 기체질소를 밸브(152, 148, 150)를 통하여 용기(202) 내에 치환하여 넣으면 저온흡탈착기(73,73')가 가온된다. 액체질소와 가온용 질소는 자동절환발브(139, 15')들에 의하여 자동적으로 공급절환운영이 이루어진다.

이와 같은 냉각, 동결, 흡착 그리고 탈착작용이 자동절환프로그램에 의하여 두 개의 불순물제거장치(70, 70')를 교대로 작용하게 제어할 수 있다. 이때 헬륨가스는 저온 정제 루프 내에서 가온 시에 기체질소와 간접열교환함으로써 헬륨가스는 계속 폐루프가 형성되어 헬륨가스의 손실이 극소화된다.

불순물제거공정에서는 질소, 산소, 수분이 제거된 헬륨가스는 액체질소의 냉열을 이용 헬륨과 불순물의 빙점차를 이용하여 섭씨 -180도 부근에서 CO2, C_mH_n, 등은저온흡착기 내에서 동결흡착되고. 질소가온기의 온도변동에 의하여 탈착된 불순물은 교대로 방산된다. 이때 헬륨가스는 폐루프가 구성되므로 그대로 보존된다. 단, 폐헬륨가스에 함유된 CO, SF6 및 염산, 등의 특수가스는 촉매등의 별도 처리공정으로 제거한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 이미 알려진 가스의 흡착과 탈착 작용을 활용하지만 헬륨가스의 손실을 최소한으로 줄이고 회수하는 헬륨가스를 최대화하는 장치와 방법이라고 할 것이다.

본 발명의 방법과 장치에 의하면, 희유가스인 헬륨가스를 여러 분야에서 사용하고 버리는 폐헬륨가스로부터 회수할 수 있어서 자원의 낭비를 줄이고, 종래의 방법보다도 폐헬륨가스를 재생할 때 헬륨가스의 손실을 극소화 할 수 있고, 또한 버리는 질소가스를 이용하여 폐헬륨가스를 예냉 시킴으로써 열효율도 향상시킬 수 있다.

Claims

헬륨가스가 20%이상 혼합된 혼합가스로부터 폐헬륨가스를 정제하는 방법에 있어서,

상기 혼합가스를 가압하여 제올라이트를 통과시킴으로 질소가 제올라이트에 흡착되게 하는 질소제거공정과,

상기 혼합가스 중 산소가 수소와 촉매에 의하여 수증기로 변하고, 수증기를 포함하는 혼합가스를 물의 기화 온도 이상으로 가열하여 제1수분흡착기를 통과시켜서 제1수분흡착기에 흡착되어 있던 수증기를 탈착시키고, 이 혼합가스를 물의 액화 온도 이하로 냉각하여 액화된 물을 제거하고, 다시 제2수분흡착기를 거치면서 잔여수분을 제거하는 산소제거공정과,

상기 질소제거공정과 산소제거공정을 거친 혼합가스에 남아 있는 불순물을 제거하기 위하여 불순물을 빙결 흡착하는 저온흡탈착기를 통과시키는 불순물제거공정을 포함하는 것이 특징인 폐헬륨가스의 정제 방법
삭제
청구항 1에 있어서,

상기 불순물제거공정에서는, 혼합가스를 먼저 기화질소로 예냉시킨 후, 액체질소의 냉열을 이용하여 혼합가스를 섭씨 -170도 이하로 냉각시켜서 불순물가스들이 동결 흡착되도록 하는 것이 특징인 폐헬륨가스의 정제 방법
헬륨가스가 혼합된 폐헬륨가스를 정제하여 헬륨가스를 얻기 위한 장치가 산소제거장치와 불순물제거장치를 포함하여 이루어지고,

상기 불순물제거장치가,

내부에 액화질소를 소정의 레벨로 유지하는 액화질소용기,

상기 액화질소용기 내 액화질소에 외부가 노출되는 다수의 튜브와, 상기 튜브들 양단에 결합되어 튜브 내부를 공통으로 연결하는 두개의 헤드를 가지고, 상기 헤드에 인입되는 혼합가스를 액화질소와 열교환 되게 하여 폐헬륨가스를 냉각시켜 내보내는 열교환기,

밀폐된 용기 내에 분자체와 활성탄소를 가지고 있고, 상기 열교환기를 거친 폐헬륨가스가 인입되어 활성탄소와 분자체에 불순물은 흡착되고 헬륨가스는 통과하여 용기 외부로 인출되도록 하는 저온흡탈착기,

액화질소용기에서 기화되는 질소가스와 상기 열교환기에 인입되기 전의 폐헬륨가스를 서로 열 교환하여 폐헬륨가스를 냉각시키기 위한 예냉기, 및

상기 액화질소용기, 열교환기, 저온흡탈착기, 및 예냉기를 외부로부터 단열 시키고 지지하는 외함을 포함하는 것이 특징인 폐헬륨가스 정제 장치
청구항 4에 있어서, 상기 산소제거장치는,

폐헬륨가스에 포함된 산소와 외부에서 공급되는 수소를 촉매 반응으로 결합시켜 수증기가 되게 하는 탈산소기,

상기 탈산소기를 통과한 탈산소폐헬륨가스를 가열하는 가온기,

섭씨 100도 이하로 된 탈산소폐헬륨가스에 통과할 경우에는 포함된 수증기를 흡착하고, 섭씨 100도 이상인 탈산소폐헬륨가스가 통과할 경우에는 흡착하고 있던 수증기를 탈착시켜 방출하는 제1 및 제2수분흡탈착기,

탈산소폐헬륨가스를 섭씨 100도 이하로 냉각하는 냉각기,

상기 냉각기를 통과한 탈산소폐헬륨가스에 포함된 물을 제거하는 건조기, 및

폐헬륨가스가 상기 탈산소기와 상기 가온기를 통과한 후, 상기 제1 및 제2 수분흡탈착기 중 어느 하나를 통과하게 하고, 이어서 상기 냉각기 및 건조기를 통과하게 한 후 이어서 상기 제1 및 제2수분흡탈착기 중 폐헬륨가스가 통과하지 아니한 나머지 하나의 수분흡탈착기를 통과하도록 연결하는 연결라인을 포함하여 이루어지는 것이 특징인 폐헬륨가스 정제 장치