一氧化碳与水蒸汽在催化剂上变换生成氢和二氧化碳的过程很早就用于合成氨工业。以后并用于制氢。在合成甲醇和合成汽油的生产中，用来调整水煤气中一氧化碳和氢的比例，以满足工艺上的要求。近年来各国为了降低城市煤气中的一氧化碳含量，也采用了一氧化碳变换装置，在降低城市煤气的毒性方面得到了广泛的应用。
下面主要讲一下一氧化碳的低温变换反应化学平衡条件。 一氧化碳与水蒸汽的反应是一可逆反应。
其平衡常数为：
式中pCO，pH2O，PCO2，PH2——CO，H2O，CO2，H2各组分的分压。 现将有关条件的变化对平衡的影响分别讨抡如下： 一、反应温度
根据化学平衡移动原理，升高温应可促使反应平衡向左方移动，降低温度反应便向右方移动。因此，反应温度愈低，愈有利干变换反应的进行。但降低反应温度必须与反应速度和催化剂的性能一井考虑。对于一氧化碳含量软高的半水煤气，开始反应时，为了加快反应速度，一般在较高的温度下进行，而在反应的后一阶段，为了要使反应比较完全，就必须使反应温度降低一些，工业上一般采用两段中温变换就是根据这一概念确定的。对于一氧化碳含最为2～4％的中温变换后的气体，就只需要在230℃左右，用低温变换催化剂进行一段变换。反应温度与催化剂的活性温度有很大的关系，一般工业用的变换催化剂低于某一温度反应便不能正常进行，但高干某一温度也会损坏催化剂，因此，一氧化碳变换反应必须在催化剂的适用温度范围内选择优恵的工艺条件。
变换反应的平衡常数，不少人曾进行过一系列的测定工作，平衡常数是温度的函数，可以通过范特荷失方程式进行汁算。
根据气体的组分及各温度的平衡常数，可以计算出经过一氧化碳变换后气体的平衡组成。
二、压力
在一氧化碳变换反应前后，气体的分子数相同，若为理想气体，压力对反应的平衡役有影响。目前的工业操作条件下。压力在4O大气压以下，温度为200～50O℃时，压力对变换反应没有显著的影响．在很高的压力下，各种气体与理想气体有一定偏差，必须根据各气体组分的逸度计算Kp，因此，压力对平衡有一定的影响。先计算各组分气体在高压下的逸度，然后计算出高匹下的平衡常数Kp。
从上图可以看出：Kp不仅受压力的影响，而且也受气体组成的影晌。 三、蒸汽添加量
一氧化碳变换为一可逆反应，增加蒸汽添加量可使反应向生成氢和二氧化碳的方向迸行。因此，工业上一般均采用加入一定的过量水蒸汽的方法，以提高一氧化碳变换率。
从图（I—11一4）及图（II一11一5）可见：
（1）温度愈低，愈有利于反应的进行，并可以节省蒸汽。
（2）在同一温度下，多加蒸汽有利于反应的进行，皿开始财一氧化碳变换率增加很快，以后逐渐减慢。
（3）要达到很高的变换率，如90～98％，需要大大的增加蒸汽添加量。这样不仅在经挤上不合理，而且在反应时维持其热量平衡有很大的困难。 实际上，当使用半水煤气为原料，在使用中温铁铬催化剂的工艺流程中，一般采用H20（气）：CO=3～4：1，在使用铁镁催化剂的工艺流程中，一般采用H20（气）：CO=3～5:1。
在合成氨生产中，由各种方法制取的原料气都含有CO，其体积分数一般为12%~40%。合成氨需要的两种组分是H2和N2，因此需要除去合成气中的CO。 变换反应如下：
CO + H2O(g) → H2+ CO2
由于CO变换过程是强放热过程，必须分段进行以利于回收反应热，并控制变换段出口残余CO含量。第一步是高温变换，使大部分CO转变为CO2和H2；第二步是低温变换，将CO含量降至0.3%左右。因此，CO变换反应既是原料气制造的继续，又是净化的过程，为后续脱碳过程创造条件。
（2）脱硫脱碳过程
合成氨原料气中?一般总含有一定数量的无机硫化物?主要是硫化氢H2S??其次是有机硫化
物如二硫化碳?CS2?、硫氧化碳?COS?、硫醇?RSH?、硫醚?RSR??和噻吩?C4H4S?等。 硫化氢对合成氨生产有着严重的危害?它不但能与铁反应生成硫化亚铁?并放出氢气腐蚀管道与设备?而且进入变换和合成系统?使铁催化剂中毒?进入铜洗系统?会使铜液中的低价铜生成硫化亚铜沉淀?使操作恶化?铜耗增加。因此?半水煤气中的无机硫化物和有机硫化物、必须在进入变换、合成系统以前除去。脱除硫化物的过程简称脱硫。各种原料制取的粗原料气，都含有一些硫和碳的化合物，为了防止合成氨生产过程催化剂的中毒，必须在氨合成工序前加以脱除，以天然气为原料的蒸汽转化法，第一道工序是脱硫，用以保护转化催化剂，以重油和煤为原料的部分氧化法，根据一氧化碳变换是否采用耐硫的催化剂而确定脱硫的位置。工业脱硫方法种类很多，通常是采用物理或化学吸收的方法，常用的有低温甲醇洗法(Rectisol)、聚乙二醇二甲醚法(Selexol)等。柳化净化分厂的脱硫工艺为“湿法栲胶氧化法”,共分为3个部分：脱硫——再生——硫回收。 主要化学反应式如下：
NaCO?HS?NaHS?NaHCO2323 NaHS?NaVO?HO?NaVO?NaOH?S?32244NaVO?O ?NaOH?HO?NaVO?O还 44 23 氧
O还+O2 O氧+H2O
粗原料气经CO变换以后，变换气中除H2外，还有CO2、CO和CH4等组分，其中以CO2含量最多。CO2既是氨合成催化剂的毒物，又是制造尿素、碳酸氢铵等氮肥的重要原料。因此变换气中CO2的脱除必须兼顾这两方面的要求。
一般采用溶液吸收法脱除CO2。根据吸收剂性能的不同，可分为两大类。一类是物理吸收法，如低温甲醇洗法(Rectisol)，聚乙二醇二甲醚法(Selexol)，碳酸丙烯酯法；一类是化学吸收法，如热钾碱法，低热耗本菲尔法，活化MDEA法，MEA法等。 （3）气体精制过程
经CO变换和CO2脱除后的原料气中尚含有少量残余的CO和CO2。为了防止对氨合成催化剂的毒害，规定CO和CO2总含量不得大于10cm3/m3(体积分数)。因此，原料气在进入合成工序前，必须进行原料气的最终净化，即精制过程。
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