Der Kontaktprozess für Schwefelsäure ist eine mehrstufige Reaktion, die mit Rohschwefel beginnt und mit konzentrierter Säure endet. Theoretisch kann Schwefel mit Luft zu Schwefeldioxid verbrannt und dann direkt mit Wasser zu Schwefelsäure umgesetzt werden. Dieser Prozess erzeugt viel Wärme, ist chemisch nicht kontrollierbar und wird daher selten eingesetzt. Der Kontaktprozess verwendet Schwefeldioxid zur Bildung von Schwefeltrioxid, das in Schwefelsäure absorbiert wird, um Oleum zu bilden, und dann in einem letzten Schritt Oleum mit Wasser zu Schwefelsäure reagiert.
Schwefel ist ein gelbes Mineral, das als abgelagerte Schichten im Boden vorkommt, oft in der Nähe von Vulkanen oder alten Lavabetten. Der Schwefel wird zunächst mit Luft zu Schwefeldioxid verbrannt, einem Molekül aus einem Schwefel- und zwei Sauerstoffatomen. In diese Reaktion eintretende Luft wird durch konzentrierte Säure geblasen, um jegliches Wasser zu entfernen, da Feuchtigkeit im Reaktor Schwefelsäure bildet und übermäßige Hitze und Korrosion verursacht.
Die Konstrukteure chemischer Prozesse kontrollieren sorgfältig die Mengen der Reaktanten, um die Mengen nahe den stöchiometrischen Mengen zu halten. Stöchiometrie ist die Berechnung der Molekülverhältnisse, die für eine optimierte Reaktion ohne Verwendung von überschüssigen Materialien erforderlich sind. Die Aufrechterhaltung chemischer Reaktionen in der Nähe der richtigen Verhältnisse senkt die Kosten und verbessert die Ausbeuten, was oft zu reineren Produkten führt, die weniger Verarbeitung erfordern. Der Kontaktprozess für Schwefelsäure muss zur Temperaturkontrolle auf diese Weise betrieben werden, da bei den Reaktionen viel Wärme entsteht, die das Produkt beeinträchtigen und Geräte beschädigen kann.
Sobald das Schwefeldioxid den Reaktor verlässt, geht es eine zweite Reaktion mit mehr Luft ein, um Schwefeltrioxid zu bilden, das ein zusätzliches Sauerstoffmolekül hinzufügt. Das Kontaktverfahren für Schwefelsäure könnte Schwefeltrioxid direkt mit Wasser reagieren lassen, aber diese Reaktion ist sehr instabil und schwer zu kontrollieren. Schwefelsäure wird mit dem Trioxidmolekül vermischt, wodurch Oleum oder rauchende Schwefelsäure entsteht. Oleum ist eine sehr reaktive Säure, die überschüssige Schwefelmoleküle enthält, aber sie kann kontrolliert mit Wasser gemischt werden, um Schwefelsäure zu bilden, während die richtigen Temperaturen aufrechterhalten werden.
Jeder Reaktionsschritt mit Luft wird in Gegenwart eines Katalysators, typischerweise Vanadiumoxid, durchgeführt. Der Metallkatalysator wird bei der Reaktion nicht verbraucht, unterstützt jedoch, indem er die Reaktion bei niedrigeren Temperaturen ablaufen lässt, als dies ohne ihn erforderlich wäre. Der Sauerstoffgehalt muss ebenfalls sorgfältig kontrolliert werden, da zusätzliche Luft keine zusätzliche Säure erzeugt, sondern die Menge an Schwefeldioxid oder Trioxid reduziert, da die überschüssige Luft die Schwefelmoleküle verdünnt. Der Kontaktprozess für Schwefelsäure erzeugt weniger Säure, wenn zusätzlicher Sauerstoff im Prozess zugelassen wird.
Schwefelsäure wird in einer Vielzahl von Stärken oder Konzentrationen verkauft, aber das Kontaktverfahren für Schwefelsäure erzeugt eine hochkonzentrierte Form. Der Versand von konzentrierter Schwefelsäure ist wirtschaftlicher als eine verdünnte Form, da Wasser später nach Bedarf hinzugefügt werden kann, um die gewünschte Stärke zu erreichen. Konzentrierte Säure nimmt auch sehr leicht Wasser auf, daher muss während der Herstellung und des Versands darauf geachtet werden, dass Wasser oder Außenluft, die die Säure verdünnt und die Korrosion erhöhen kann, auf ein Minimum reduziert werden.