Le processus de contact pour l’acide sulfurique est une réaction en plusieurs étapes qui commence avec du soufre brut et se termine avec de l’acide concentré. En théorie, le soufre peut être brûlé avec de l’air pour former du dioxyde de soufre, puis mis à réagir directement avec de l’eau pour former de l’acide sulfurique. Ce processus crée beaucoup de chaleur, n’est pas contrôlable chimiquement et est donc rarement utilisé. Le processus de contact utilise du dioxyde de soufre pour former du trioxyde de soufre, qui est absorbé dans l’acide sulfurique pour former de l’oléum, puis une dernière étape fait réagir l’oléum avec de l’eau pour former de l’acide sulfurique.
Le soufre est un minéral jaune trouvé dans le sol sous forme de couches déposées, souvent à proximité de volcans ou d’anciens lits de lave. Le soufre est d’abord brûlé avec de l’air pour former du dioxyde de soufre, une molécule d’un atome de soufre et de deux atomes d’oxygène. L’air entrant dans cette réaction est barboté à travers de l’acide concentré pour éliminer toute l’eau, car l’humidité formera de l’acide sulfurique dans le réacteur et provoquera un excès de chaleur et de la corrosion.
Les concepteurs de procédés chimiques contrôlent soigneusement les quantités de réactifs pour maintenir des quantités proches des quantités stoechiométriques. La stoechiométrie est le calcul des rapports de molécules nécessaires pour fournir une réaction optimisée sans utilisation de matériaux en excès. Le maintien des réactions chimiques près des ratios appropriés réduira les coûts et améliorera les rendements, conduisant souvent à des produits plus purs nécessitant moins de traitement. Le processus de contact pour l’acide sulfurique doit être utilisé de cette façon pour contrôler les températures, car les réactions créent beaucoup de chaleur qui peut affecter le produit et endommager l’équipement.
Une fois que le dioxyde de soufre sort du réacteur, il entre dans une deuxième réaction avec plus d’air pour former du trioxyde de soufre, qui ajoute une molécule d’oxygène supplémentaire. Le processus de contact de l’acide sulfurique pourrait faire réagir le trioxyde de soufre directement avec l’eau, mais cette réaction est très instable et difficile à contrôler. L’acide sulfurique est mélangé à la molécule de trioxyde, qui forme de l’oléum ou de l’acide sulfurique fumant. L’oléum est un acide très réactif contenant des molécules de soufre en excès, mais il peut être mélangé avec de l’eau de manière contrôlée pour former de l’acide sulfurique tout en maintenant des températures appropriées.
Chaque étape de réaction avec l’air est réalisée en présence d’un catalyseur, typiquement de l’oxyde de vanadium. Le catalyseur métallique n’est pas consommé dans la réaction, mais aide en permettant à la réaction de se produire à des températures plus basses que ce qui serait nécessaire sans lui. La teneur en oxygène doit également être soigneusement contrôlée, car l’air supplémentaire ne crée pas d’acide supplémentaire, mais réduira la quantité de dioxyde de soufre ou de trioxyde car l’excès d’air dilue les molécules de soufre. Le processus de contact pour l’acide sulfurique créera moins d’acide si de l’oxygène supplémentaire est autorisé dans le processus.
L’acide sulfurique est vendu dans une grande variété de forces ou de concentrations, mais le processus de contact pour l’acide sulfurique produit une forme très concentrée. L’expédition d’acide sulfurique concentré est plus économique qu’une forme diluée, car de l’eau peut être ajoutée plus tard si nécessaire pour former la force souhaitée. L’acide concentré absorbera également l’eau très facilement, il faut donc veiller pendant la production et l’expédition à minimiser l’eau ou l’air extérieur, ce qui dilue l’acide et peut augmenter la corrosion.