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2025년 12월 3일 (수) 21:05 판

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : Coke Oven Gas를 이용한 알데하이드 생산 공정 모델링

영문 : Modeling an Aldehyde Production Process Using Coke Oven Gas

과제 팀명

유준재교수님 1팀

지도교수

유준재 교수님

개발기간

2025년 9월 ~ 2025년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 화학공학과 20223400** 전*진(팀장)

서울시립대학교 화학공학과 20193400** 최*현

서울시립대학교 화학공학과 20203400** 남*현

서울시립대학교 화학공학과 20223400** 김*영

서울시립대학교 화학공학과 20223400** 이*민

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

◇ 인구의 기하급수적인 증가와 이에 따른 산업 발전으로 인해 에너지 수요가 급격히 증가함에 따라 과거에는 주로 화석연료를 통해 에너지가 공급되어 왔다. 현재의 탄소 기반 에너지 시스템은 글로벌 연료자원의 고갈과 기후변화에 대응해야 하며, 이에 따라 새로운 재생 가능 에너지원의 탐색과 화석연료의 지속가능한 활용이 에너지 공급망의 핵심 과제로 부상하고 있다. 산업 부문 중 철강산업은 가장 많은 에너지를 소비하는 분야로, 전 세계 CO₂ 배출량의 약 9%를 차지한다. 이 산업에서 생성되는 COG(Coke Oven Gas)는 연료이자 환원제로 사용되며, 석탄을 Coke Oven Battery에서 고온으로 산소 없이 가열해 생산된다. COG는 높은 함량의 수소와 유용한 화합물을 포함하고 있어, 여러 산업 폐가스 중에서도 특히 주목받는 자원이다.

◇ Formaldehyde는 전 세계적으로 연간 약 2,500만~3,000만 톤 이상이 생산되어 소비되는 대표적인 기초 화학물질로, 산업적 가치가 매우 큰 물질이다. 높은 반응성과 저렴한 원가 덕분에 다양한 부가가치 화학제품의 전구체로 활용되며, 특히 Melamine - Phenol 수지·요소 수지 등 고부가가치 수지 생산에 핵심적으로 사용된다. 이러한 수지는 접착제, 합판, 파티클보드, MDF, 단열재 제조에 필수적인 성분으로, 건축·가구 산업 전반에서 막대한 수요를 차지한다. 경제적 측면에서도 Formaldehyde는 매우 중요한데, 특히 COG와 같은 철강 산업 부생가스를 원료로 활용할 경우 저부가가치 가스를 고부가가치 화학물질로 전환할 수 있어, 자원 활용 효율을 높이는 동시에 온실가스 저감 효과까지 달성할 수 있다.

◇ 본 연구는 화석연료의 지속가능한 활용을 목표로, Coke Oven Battery에서 생산된 raw COG를 기반으로 Syngas를 생산하여, 최종적으로 고부가가치 물질인 Aldehyde를 얻는 것을 목표로 한다.

◇ 먼저, raw COG는 냉각 공정을 거쳐 온도를 낮춘 후, H₂S/NH₃/BTX scrubber를 통해 해당 물질들을 제거한다. 이후, desorption 공정을 통해 흡수된 성분을 탈착시켜 용매를 재순환한다. 이 일련의 purification 과정을 통해 clean COG를 생산하게 된다. 정제된 clean COG에는 합성연료 (Syngas)와 Olefin을 포함하고 있다. 본 연구는 크게 두 경로로 Formaldehyde를 생산하고자 한다. 먼저, Syngas를 Methanol로 합성하여 Formaldehyde를 생산하고자 한다. 두 번째로는, 대표적 Olefin 물질인 Ethylene을 합성하여 Formaldehyde를 생산하고자 한다. 이처럼 COG를 활용하여 Formaldehyde를 생산해내는 공정을 통합하여 구성하고자 한다.

◇ 마지막으로, 구축된 Aspen Plus 시뮬레이션 모델을 바탕으로 TEA를 수행하여 경제성을 평가하고, 이를 통해 공정의 실현 가능성을 검토한다. 더 나아가, 해당 공정이 관련 산업 전반에 미칠 수 있는 경제적 파급 효과를 분석한다.

개발 과제의 배경

내용

개발 과제의 목표 및 내용

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

제품의 요구사항

내용

설계 사양

내용

개념설계안

내용

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

상세설계 내용

내용

결과 및 평가

완료 작품의 소개

프로토타입 사진 혹은 작동 장면

내용

포스터

내용

완료작품의 평가

내용

향후계획

내용

특허 출원 내용

내용

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 ===개발 과제의 개요===
 ====개발 과제 요약====
-내용
+◇ 인구의 기하급수적인 증가와 이에 따른 산업 발전으로 인해 에너지 수요가 급격히 증가함에 따라 과거에는 주로 화석연료를 통해 에너지가 공급되어 왔다. 현재의 탄소 기반 에너지 시스템은 글로벌 연료자원의 고갈과 기후변화에 대응해야 하며, 이에 따라 새로운 재생 가능 에너지원의 탐색과 화석연료의 지속가능한 활용이 에너지 공급망의 핵심 과제로 부상하고 있다. 산업 부문 중 철강산업은 가장 많은 에너지를 소비하는 분야로, 전 세계 CO₂ 배출량의 약 9%를 차지한다. 이 산업에서 생성되는 COG(Coke Oven Gas)는 연료이자 환원제로 사용되며, 석탄을 Coke Oven Battery에서 고온으로 산소 없이 가열해 생산된다. COG는 높은 함량의 수소와 유용한 화합물을 포함하고 있어, 여러 산업 폐가스 중에서도 특히 주목받는 자원이다.
+◇ Formaldehyde는 전 세계적으로 연간 약 2,500만~3,000만 톤 이상이 생산되어 소비되는 대표적인 기초 화학물질로, 산업적 가치가 매우 큰 물질이다. 높은 반응성과 저렴한 원가 덕분에 다양한 부가가치 화학제품의 전구체로 활용되며, 특히 Melamine - Phenol 수지·요소 수지 등 고부가가치 수지 생산에 핵심적으로 사용된다. 이러한 수지는 접착제, 합판, 파티클보드, MDF, 단열재 제조에 필수적인 성분으로, 건축·가구 산업 전반에서 막대한 수요를 차지한다. 경제적 측면에서도 Formaldehyde는 매우 중요한데, 특히 COG와 같은 철강 산업 부생가스를 원료로 활용할 경우 저부가가치 가스를 고부가가치 화학물질로 전환할 수 있어, 자원 활용 효율을 높이는 동시에 온실가스 저감 효과까지 달성할 수 있다.
+◇ 본 연구는 화석연료의 지속가능한 활용을 목표로, Coke Oven Battery에서 생산된 raw COG를 기반으로 Syngas를 생산하여, 최종적으로 고부가가치 물질인 Aldehyde를 얻는 것을 목표로 한다.
+◇ 먼저, raw COG는 냉각 공정을 거쳐 온도를 낮춘 후, H₂S/NH₃/BTX scrubber를 통해 해당 물질들을 제거한다. 이후, desorption 공정을 통해 흡수된 성분을 탈착시켜 용매를 재순환한다. 이 일련의 purification 과정을 통해 clean COG를 생산하게 된다. 정제된 clean COG에는 합성연료 (Syngas)와 Olefin을 포함하고 있다. 본 연구는 크게 두 경로로 Formaldehyde를 생산하고자 한다. 먼저, Syngas를 Methanol로 합성하여 Formaldehyde를 생산하고자 한다. 두 번째로는, 대표적 Olefin 물질인 Ethylene을 합성하여 Formaldehyde를 생산하고자 한다. 이처럼 COG를 활용하여 Formaldehyde를 생산해내는 공정을 통합하여 구성하고자 한다.
+◇ 마지막으로, 구축된 Aspen Plus 시뮬레이션 모델을 바탕으로 TEA를 수행하여 경제성을 평가하고, 이를 통해 공정의 실현 가능성을 검토한다. 더 나아가, 해당 공정이 관련 산업 전반에 미칠 수 있는 경제적 파급 효과를 분석한다.
 ====개발 과제의 배경====
 내용