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본 발명은 BFB 기반 Calcium Looping(CaL) 시스템의 Equation-Oriented Simulation(EOS)과 Multi-Scale 최적화 운전·설계 방법에 관한 것이다. 입자–유동–단위 공정–전체 공정 스케일을 통합한 EOS 모델을 구현하고, IPOPT 기반 해석을 통해 recycle 구조에서도 전역 수렴이 가능한 시뮬레이션–최적화를 수행한다. 두 단계 다목적 최적화(1단계: CO₂ 포집 효율 극대화 + 총 열부하 최소화, 2단계: CO₂ 포집 효율 극대화 + 총 반응기 체적 최소화)를 통해 도핑 없이도 30사이클 기준 CaO 전환율을 305% 이상 개선하고, 최종 CO₂ 포집 효율 95.98%를 달성한다.