The kinetics and mechanism of the oxidation of carbon monoxide over an industrial vanadium oxide catalyst

Authors


Abstract

The rate of catalytic oxidation of carbon monoxide was studied in a fixed bed reactor over the following range of conditions: 325 to 396°C, 0.11 to 1.75 mole % oxygen, 9.50 to 10.20 mole % carbon monoxide. Oxygen was the limiting component, most of the runs were taken to greater than 10% oxygen conversions, and therefore an integral approach was taken in the data analysis. The catalyst was vanadium oxide/potassium sulfate on silica, an industrial preparation which had been used in previous kinetic studies.

The data were correlated successfully by the steady state adsorption model with Arrhenius activation energies of 22.1 k.cal/g. mole for the oxygen chemisorption step and 18.0 k.cal/g. mole for the reaction step.

The rate constants obtained provide further support for the steady state adsorption model, previously used to evaluate the oxidation kinetics of naphthalene, toluene, benzene and orthoxylene on the same catalyst. The integrated rate equation appears to well describe the relationship between the various parameters with the conversion of the limiting component varying from less than 5% to over 50%.

A brief comparison is reported between the steady state adsorption model and the more complex triangular mechanism postulated by Hirota and co-workers.

Abstract

On a étudié, dans un réacteur à lit fixe, le taux d'oxydation catalytique du monoxyde de carbone dans les conditions snivantes:

  • (a)températures comprises entre 325 et 396°C et
  • (b)% d'oxygène et de monoxyde de carbone variant respectivement entre 0.11 et 1.75 moles et entre 9.50 et 10.20 moles. L'oxygène a été le composant limitatif et, dans la plupart des cas, les transformations de l'oxygène excèdèrent 10%; aussi, a-t-on eu recours à une méthode basée sur les intégrales pour l'analyse des données. On a employé comme catalyseur l'oxyde de vanadium + le sulfate de potassium sur de la silice; il s'agit là d'une préparation industrielle qu'on avait utilisée précedemment dans des études cinétiques.

On a établi avec succès une corrélation pour les données an moyen du modèle d'adsorption en régime stable et en employant des énergies d'activation d'Arrhénius qui étaient respectivement 22.1 kilocalories/g. mole et 18.0 kilocalories/g. mole pour la chimisorption et la réaction.

Les constantes de taux qu'on a obtenues appuient davantage le choix du modèle d'adsorption en régime stable qu'on a déjà utilisé pour évaluer la cinétique d'oxydation de la naphtaline, du tolulène, du benzène et de l'orthoxylène sur le měme catalyseur. L'équation du taux intégré semble bien décrire la relation entre les divers paramètres alors que la transformation du composant limitatif (l'oxygène) varie entre un pourcentage inférieur à 5 et un excédant 50.

On fait une brève comparaison entre le modèle d'adsorption en régime stable et le mécanisme triangulaire et plus complexe préconisé par Hirota et al.

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