鉛室法は、硫酸を大量生産するために用いられた工業的方法であった。現在では、接触法にほぼ取って代わられている。
1746年、イギリスのバーミンガムで、ジョン・ローバックは鉛で内張りされたチャンバーで硫酸の製造を開始しました。このチャンバーは、それまで使用されていたガラス容器よりも強度が高く、安価で、はるかに大きく作ることができました。これにより、硫酸製造の効率的な工業化が可能になり、いくつかの改良を経て、このプロセスはほぼ2世紀にわたって標準的な製造方法であり続けました。このプロセスは非常に堅牢であったため、1946年になっても、チャンバー法は製造される硫酸の25%を占めていました。[ 1 ]
二酸化硫黄は、水蒸気および二酸化窒素とともに、鉛板で内張りされた大型チャンバーに導入され、そこで水とチャンバー酸(62~70%硫酸)が噴霧される。二酸化硫黄と二酸化窒素は溶解し、約30分かけて二酸化硫黄は硫酸に酸化される。反応が適切な速度で進行するためには、二酸化窒素の存在が必要である。このプロセスは非常に発熱性が高いため、チャンバーの設計における重要な考慮事項は、反応で発生する熱を放散する方法を提供することであった。
初期のプラントでは、鉛で内張りされた非常に大きな長方形の木製チャンバー(フォールディングボックスチャンバー)が使用され、周囲の空気によって冷却されていた。内部の鉛被覆は、腐食性の硫酸を封じ込め、木製チャンバーを防水する役割を果たしていた。
1820年代から1830年代にかけて、フランスの化学者ジョセフ・ルイ・ゲイ=リュサックは(おそらくウィリアム・ゴサージュと同時期に共同で)、反応速度を決定するのは液体の量ではなく、反応槽の内部面積であることに気づき、反応槽を陶器を詰めた石積みの円筒形に再設計しました。これは充填層の初期の例です。
20世紀に入ると、ミルズ・パッカード式チャンバーを採用した工場が、それまでの設計に取って代わった。これらのチャンバーは、背が高く先細りの円筒形で、外側の表面を流れる水によって外部から冷却される仕組みになっていた。
このプロセスに必要な二酸化硫黄は、単体硫黄を燃焼させるか、または硫黄含有金属鉱石を炉内で空気流中で焙焼することによって供給された。製造初期には、硝酸塩を高温で酸の存在下で分解することにより窒素酸化物が生成されていたが、このプロセスは次第に触媒の存在下でアンモニアを空気酸化して一酸化窒素を生成するプロセスに取って代わられた。窒素酸化物の回収と再利用は、チャンバー式プロセスプラントの操業において重要な経済的考慮事項であった。
反応室では、一酸化窒素が酸素と反応して二酸化窒素を生成します。反応室底部からの液体は希釈され、反応室上部にポンプで送られ、細かい霧状になって下方に噴霧されます。二酸化硫黄と二酸化窒素は液体に吸収され、反応して硫酸と一酸化窒素を生成します。遊離した一酸化窒素は水に溶けにくく、反応室のガスに戻り、空気中の酸素と反応して二酸化窒素を再生します。窒素酸化物の一部はニトロシル硫酸と硝酸として反応液中に捕捉されるため、プロセスの進行に伴って新しい一酸化窒素を添加する必要があります。後期の反応室プラントには、反応室液から窒素酸化物を回収し、反応室の酸を最大78%のH₂SO₄まで濃縮するための高温グローバー塔が組み込まれていました。反応室からの排ガスは、グローバー酸の一部が砕いたタイル上を流れる塔に通すことで洗浄されます。窒素酸化物は吸収されてニトロシル硫酸が生成され、その後、窒素酸化物を回収するためにグローバー塔に戻される。
反応室で生成される硫酸の濃度は約35%に制限されています。濃度が高くなると、ニトロシル硫酸が鉛の壁に「チャンバー結晶」の形で沈殿し、酸化反応を触媒できなくなります。[ 2 ]
このプロセスは、水性ニトロシル硫酸による二酸化硫黄の酸化に依存しており、一酸化窒素(触媒)と硫酸を生成します。[ 3 ]
一酸化窒素は空気によって再酸化され、二酸化窒素になる。
一酸化窒素は二酸化窒素と結合する。
生成した三酸化二窒素は硫酸と反応してニトロシル硫酸を再生する。