Multi-effect distillation 적용을 통한 공정 에너지 효율 개선 = Process energy efficiency improvement through the application of multi-effect distillation

국문 초록 (Abstract)

최근 국내 석유화학 산업은 중국의 대규모 신증설로 인한 공급 과잉, 글로벌 수요 둔화, 탄소배출 규제 강화 등 복합적인 요인으로 인해 전례 없는 위기에 직면해 있다. 여기에 지정학적 리스크 확대로 유가 및 에너지 가격의 변동성이 심화되면서 산업 전반의 제품 스프레드 축소와 수익성 저하가 지속되고 있다. 이러한 변화 속에서 기존의 생산성 최대화 운영보다는 경제성에 기반한 유연한 부하 조절 운영의 중요성이 점차 확대되고 있다. 특히 다양한 플라스틱의 원료인 스티렌 모노머(SM)는 높은 에너지 소비 공정 특성으로 원가 경쟁력 악화가 더욱 가속화되고 있는 실정이다.
본 연구에서는 이러한 점을 고려하여 SM 공정에 multi-effect distillation(MED)을 적용하여 에너지 효율 개선 방안을 도출하고자 하였다. 이를 위해 현업 플랜트 운전과 유사한 거동의 정밀 공정모사 모델을 구축하였으며, 부하 변동 조건에서 에틸벤젠 및 스티렌 분리탑을 대상으로 기술 적용 효과를 실증하였다. 또한 운전변수 최적화를 통한 에너지 절감 방안을 도출하고, 후단 정제공정으로의 확대 적용을 통해 추가적인 개선 가능성을 입증하였다. 본 연구 결과는 에너지 절감, 탄소 저감, 그리고 최적화 관점의 부하 변동 대응 운전이라는 다중 목표를 동시에 달성할 수 있는 현장 중심적 개선 방향과 동시에, 타 석유화학 제품 공정으로의 확대 적용 가능성을 제안하고자 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The Korean petrochemical industry is facing an unprecedented crisis, primarily driven by oversupply from China’s aggressive capacity expansion, a global demand slowdown, and increasingly stringent carbon-emission regulations. Furthermore, growing geopolitical risks have intensified the volatility of crude oil and energy prices, leading to a sustained contraction in product spreads and overall profitability. Under these conditions, the importance of economically optimized, load-flexible operation has become increasingly evident, replacing the traditional productivity-maximization paradigm. In particular, styrene monomer (SM), a key feedstock for various plastics, faces growing challenges in cost competitiveness due to its inherently energy intensive production process.
In this study, a multi-effect distillation (MED) system was applied to the SM distillation process to establish an optimal energy-efficient operat-ing strategy. A rigorous process simulation model was developed to closely reflect actual plant operation, and the MED system’s performance was validated under variable load conditions in the ethylbenzene and styrene separation columns. The results demonstrated significant energy-saving potential while maintaining product quality, and further confirmed the applicability of the MED system to downstream distillation columns for additional improvements.
Overall, this study presents a practical and field-oriented operational framework that simultaneously achieves energy optimization, carbon reduction, and load-flexible operation, thereby suggesting its potential for broader implementation across other petrochemical separation processes.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 1 절 연구배경 및 목적 1
• 제 2 절 연구 범위 3
• 제 3 절 연구 보고서의 구성 7
• 제 2 장 이론적 배경 8
• 제 1 절 SM 공정 개요 8
• 제 2 절 Multi-effect distillation(MED) 12
• 제 3 절 선행연구 15
• 제 3 장 연구 방법론 19
• 제 1 절 연구 문제와 방법 21
• 제 2 절 공정모사 프로그램 상세 모델링 23
• 제 4 장 연구 결과 29
• 제 1 절 MED 적용 효과 실증 29
• 제 2 절 부하별 최적 운전 방안 35
• 4.2.1 원료 분배 비율 조정 38
• 4.2.2 원료 예열 효율 비교 41
• 4.2.3 Reflux 유량 최적화 46
• 4.2.4 Distillate spec 완화 49
• 제 3 절 후단 정제공정 확대 적용 54
• 제 5 장 결론 62
• 제 1 절 결과 고찰 62
• 제 2 절 연구성과 및 의의 65
• 참고 문헌 67
• Abstract 71