Integral conversion of SO2: Hysteresis and rate discontinuities

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. On a fait l'oxydation de SO2 sur un catalyseur V25 de la Compagnie American Cyanamid dans un reacteur integral isole sans resistances importantes entre les particules, dans les conditions suivantes (a) alimentation formee de 10% SO2-air; (b) temperatures d'alimentation comprises entre 430°C et 590°C; (c) pression absolue de 108 kP; (d) temperatures d'entree des gaz dans l'echangeur annulaire de chaleur variant entre 400°C et 450°C; (e) une serie des transformations a ete realisee 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 eprouve la methode a fond avant de l'adopter. On a observe des transformations finales variant entre 5% et 60%. On a trouve une boucle d'hysteresis pour la conversion the sortie en fonction de la temperature moyenne d'alimentation. II se peut que la multiplicte soit stable, mais elle decroǐt probablement avec des constantes de temps de l'ordre de quelques jours (cela est evident d'apres les resultats transitoires obtenus). A l'aide d'un modele a une dimension on a pu correler les donnees de conversion obtenues, en changeant les valeurs de parametres d'Arrhenius dans l'equation de Boreskov — Sokolova (8). Initialement ces valeurs etaient A = 1.92 × 107 m3/(s·kg) et E = 151 MJ/kmol. Les valeurs adoptees sont A = 0.344 m3/(s·kg) et E = 33.5 MJ/kmol. pour une temperature estimee a la surface du catalyseur de 517°C. On a observe un comportement semblable dans d'autres travaux ayant trait a des etudes cinetiques 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 reacteur integral en ce qui a trait a l'hysteresis et aux dis-continuites de vitesse.