变换工序的作用
由于一氧化碳对合成氨催化剂有毒害作用，故在进入合成系统前必须将其清除干净，只允许30 ppm以下的微量存在。清除转化气中的一氧化碳是通过变换过程来完成的，这就是变换工序的作用。
变换工序的基本原理
清除转化气中的一氧化碳是依据以下化学反应进行的：
一氧化碳与水蒸气的变换反应是在催化剂的作用下进行的，是一个等体积的可逆放热反应，这也是变换工序的主反应。一氧化碳与水蒸气共存于变换反应系统，这是一个会有C、H、O三种元素的系统，从热力学角度分析，还可能发生以下副反应：
工业生产中不希望有副反应发生，这里与天然气蒸汽转化的副反应有相似之处，即发生析碳反应。为防止副反应的发生，根据化学平衡移动原理，加大反应物中水蒸气的用量、适当降低反应温度有利于主反应的进行。为此，变换工序应考虑以下工艺条件。一是压力。压力对变换反应的平衡几乎没有影响，但加压可提高反应速率。由于变换工序处于整个合成氨系统的中间，故不可能单独升压，它与转化、脱硫、甲烷化工序同处于一个压力系统，其工作压力一般为3.0 MPa。二是温度。变换反应是可逆的放热反应，因而存在最佳反应温度。当然温度还随气体组分和使用催化剂的不同而有差异，一般中温变换为450~500℃，低温变换为200~280℃。三是水蒸气比例，它是指水蒸气与一氧化碳的含量比值[H 2 O（g）/CO]。改变水蒸气比例是变换反应最主要的调节手段，增加水蒸气用量，能提高一氧化碳的变换率，降低一氧化碳的残余容量，加速反应的进行，并使析碳和生成甲烷等副反应不易发生。由于过量水蒸气的存在，还保证了催化剂中活性组分Fe 3 O 4 的稳定而不被还原成Fe 2 O 3 。
变换工序的工艺流程
变换工序工艺流程的设计主要是根据原料气中CO的含量确定。天然气蒸汽转化法与煤蒸汽汽化法制氨流程中的CO变换工序采用的工艺流程是不尽相同的。这里介绍的是天然气蒸汽转化法中的变换（中变-低变串联）流程。
从转化工序软水预热器来的转化气，温度为370℃，压力为3.0 MPa，从中变炉炉顶进入，自上而下流经中变催化剂床层进行变换反应，在催化剂床层的反应温度一般为425~450℃。中变气从炉底出来，CO含量为3%，温度为430℃左右，直接进入甲烷化第一换热器，加热从脱硫塔来的脱硫气（以氢气和氮气为主）以实现换热。出甲烷化第一换热器的脱硫气去甲烷化炉脱除微量CO、CO 2 ；中变气进入中变废锅回收热量，产生中压蒸汽，温度降至 220℃，从低变炉顶端进入炉内。中变气自上而下进入低变催化剂床层，在235~250℃继续进行变换反应。低变气从炉底出来，CO含量为0.3%，温度为240℃左右，经回收热量后进入CO 2 吸收塔。
中变-低变串联流程图如图6-4所示。
图6-4 中变-低变串联流程图
1—中变炉；2—甲烷化第一换热器；3—中变废锅；4—低变炉
变换工序操作注意事项
（1）温度
因一氧化碳与水蒸气的反应是放热反应，在炉内有放出反应热的自然温升现象，故要稳定转化成分，主要是CO的含量，控制反应物温度；又因使用的催化剂型号不同和使用时期的变化，适时调整好热点温度。中变-低变串联流程的中变过程使用的是铁铬系催化剂，使用温度范围较宽，为350~450℃，后期温度为500℃左右；低变过程使用的是铜锌系催化剂，使用温度为180~260℃，后期温度可达280℃左右。
（2）水蒸气比例
虽说H 2 O（g）/CO可在3~5内调节，设计流程时也配置有蒸汽管道，但因转化气中含有一部分蒸汽，故在此工序中不能盲目加蒸汽，要根据实际情况确定。