Integral conversion of SO2: Hysteresis and rate discontinuities

Authors

  • S. Kovenklioglu,

    1. Department of Chemistry and Chemical Engineering, Stevens Institute of Technology, Hoboken, New Jersey 07030
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    • On leave with the Education Development Center at the Institut Algerien du Petrol, Programme Plastique. Boumerdes, Algeria. Communications concerning this article should be addressed to G. B. DeLancey.

  • G. B. Delancey

    1. Department of Chemistry and Chemical Engineering, Stevens Institute of Technology, Hoboken, New Jersey 07030
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Abstract

The oxidation of SO2 was carried out over an American Cyanamid V2O5 catalyst in an insulated integral reactor without significant interparticle resistances under the following conditions: 10 percent SO2-air feed, feed temperatures in the range of 430°C to 590°C, 108 kPa pressure, and entrance temperatures of the gases in the annular heat exchanger from 400°C to 450°C, with one set of conversions being obtained without annular air flow. Gas analysis was accomplished by the oxidation of SO2 to SO3 with potassium permanganate. The method was fully tested before adoption. Final conversions in the range of 5 to 60 percent were observed. A hysteresis loop was found in the plane of outlet conversion versus the average feed temperature. The multiplicity is possibly stable but probably decays with the time constants in the order of days which is evident from the transient data that were obtained. A one dimensional model was able to correlate the conversion data through the Arrhenius rate parameters in the Boreskov-Sokolova(8) rate expression which changed from A = 1.92 × 107 m3/(s·kg) and E = 151 MJ/kmol to A = 0.344 m3/(s·kg) and E = 33.5 MJ/kmol at a calculated temperature at the surface of the catalyst of 517°C. Similar behavior has been observed in other studies concerned with basic kinetic studies over catalyst pellets. The analogy between the behavior of the catalyst pellets and the behavior of the integral reactor can thus be fully drawn with respect to hysteresis and rate discontinuities.

Abstract

On a fait l'oxydation de SO2 sur un catalyseur V25 de la Compagnie American Cyanamid dans un réacteur intégral isolé sans résistances importantes entre les particules, dans les conditions suivantes (a) alimentation formée de 10% SO2-air; (b) températures d'alimentation comprises entre 430°C et 590°C; (c) pression absolue de 108 kP; (d) températures d'entrée des gaz dans l'échangeur annulaire de chaleur variant entre 400°C et 450°C; (e) une série des transformations a été réalisée en l'absence de courant annulaire d'air. On a fait l'analyse des gaz en oxydant SO2 en SO3 au moyen du permanganate de potassium; on a éprouvé la méthode à fond avant de l'adopter. On a observé des transformations finales variant entre 5% et 60%. On a trouvé une boucle d'hystérésis pour la conversion the sortie en fonction de la température moyenne d'alimentation. II se peut que la multiplicté soit stable, mais elle décroǐt probablement avec des constantes de temps de l'ordre de quelques jours (cela est évident d'après les résultats transitoires obtenus).

A l'aide d'un modèle à une dimension on a pu corréler les données de conversion obtenues, en changeant les valeurs de paramètres d'Arrhénius dans l'équation de Boreskov — Sokolova (8). Initialement ces valeurs étaient A = 1.92 × 107 m3/(s·kg) et E = 151 MJ/kmol. Les valeurs adoptées sont A = 0.344 m3/(s·kg) et E = 33.5 MJ/kmol. pour une température estimée à la surface du catalyseur de 517°C. On a observé un comportement semblable dans d'autres travaux ayant trait à des études cinétiques de base sur un catalyseur en pastilles. On peut donc faire une analogie entre le comportement d'une catalyseur en pastilles et celui d'un réacteur intégral en ce qui a trait à l'hystérésis et aux dis-continuités de vitesse.

Ancillary