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接触法は、工業プロセスに必要な高濃度の硫酸を製造する方法です[ 1 ] 。当初、この反応の触媒として白金が使用されていましたが、硫黄原料中のヒ素不純物と反応しやすいため、その後、酸化バナジウム(V)（V2O5 ）が好まれるようになりました[ 2 ] 。
このプロセスは、1831年にイギリスの酢商人ペレグリン・フィリップスによって特許取得されました。[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]接触プロセスは、以前の鉛室プロセスよりもはるかに経済的な濃硫酸製造プロセスであることに加えて、三酸化硫黄と発煙硫酸も製造します。
1890年、ジョン・ブラウン・フランシス・ヘレショフは、自身がパートナーを務めていた会社のために接触触媒法の一種を開発した。[ 6 ]
1901年、オイゲン・ド・ハーンは、二酸化硫黄と酸素をバナジウム酸化物の存在下で反応させて三酸化硫黄を生成し、それが水に容易に吸収されて硫酸を生成するという基本的なプロセスを特許取得した。[ 7 ] このプロセスは、触媒の粒子サイズを小さくする（例えば5000ミクロン以下）ことで著しく改善され、このプロセスは1914年にBASFの2人の化学者によって発見された。 [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]
このプロセスは4つの段階に分けられます。
触媒の被毒（すなわち触媒活性の喪失）を防ぐため、空気と二酸化硫黄（SO₂）の精製が必要である。精製されたガスは水で洗浄し、硫酸で乾燥させる。
エネルギーを節約するため、混合気は触媒コンバーターからの排気ガスによって熱交換器で加熱される。
二酸化硫黄と酸素は、以下のように反応する。
ルシャトリエの原理によれば、低温では三酸化硫黄の生成が促進されるが、温度が低すぎると反応速度が非経済的になる。そのため、工業的には、酸化は、大気圧に近い圧力で、通常450 ℃前後のバナジウム(V)酸化物 系触媒を用いて、約420～620 ℃で行われる。 [ 11 ]この範囲より低い温度では、触媒はバナジウム(IV)化合物の生成によって不活性化され、より高い温度では分解が始まる。[ 11 ]
活性触媒相は純粋な固体 V 2 O 5ではなく、酸化バナジウム (V) と添加されたアルカリ金属硫酸塩から形成された溶融塩です。この溶融塩では、組成 [(VO) 2 O(SO 4 ) 4 ] 4−の反応性錯体が形成され、これが実際の触媒種とみなされます。酸素と二酸化硫黄はこの錯体に配位し、バナジウムの酸化状態を変えることなく三酸化硫黄を形成するために反応します。[ 11 ]高温の三酸化硫黄は熱交換器を通過し、吸収塔で濃 H 2 SO 4 に溶解して発煙硫酸を形成します。
なお、 SO₃を水に直接溶解させることは、反応が非常に発熱的であるため現実的ではありません。液体ではなく、酸性の蒸気または霧が発生します。
オレウムは水と反応して濃硫酸を生成する。
これには、集塵塔、冷却パイプ、スクラバー、乾燥塔、ヒ素精製装置、試験ボックスが含まれます。二酸化硫黄には、蒸気、粉塵粒子、亜ヒ酸酸化物などの不純物が多く含まれています。そのため、触媒の被毒（すなわち、触媒活性の破壊と効率の低下）を避けるために精製する必要があります。このプロセスでは、ガスは水で洗浄され、硫酸で乾燥されます。集塵塔では、二酸化硫黄は蒸気にさらされ、粉塵粒子が除去されます。ガスが冷却された後、二酸化硫黄は洗浄塔に入り、そこで水が噴霧されて可溶性不純物が除去されます。乾燥塔では、ガスに硫酸が噴霧されて水分が除去されます。最後に、ガスが水酸化第二鉄にさらされると、亜ヒ酸酸化物が除去されます。
接触法の一般的な現代的実装方法として、二重接触二重吸収法（DCDA）がある。このプロセスでは、生成ガス（SO₂とSO₃ ）を吸収塔に2回通すことで、 SO₂のSO₃へのさらなる吸収と変換、そしてより高品位の硫酸の製造を実現する。
SO₂を多く含むガスは、通常は複数の触媒層を備えた塔である触媒コンバーターに入り、SO₃に変換され、変換の第一段階が完了します。この段階からの出口ガスにはSO₂とSO₃の両方が含まれており、これらは中間吸収塔を通過します。中間吸収塔では、充填塔に硫酸が滴下され、SO₃が水と反応して硫酸濃度が上昇します。SO₂も塔を通過しますが、反応せず吸収塔から排出されます。
SO2を含むこのガス流は、必要な冷却の後、再び触媒コンバーターベッドカラムを通過し、SO2からSO3への最大99.8%の変換を達成し、ガスは再び最終吸収カラムを通過することで、 SO2の高い変換効率を達成します。
硫酸の工業生産においては、温度とガスの流量を適切に制御することが不可欠である。なぜなら、変換効率と吸収率の両方がこれらに依存するからである。