工业上采用的氨合成工艺流程各不相同，设备结构和操作条件也有差别，但实现氨合成过程的基本工艺步骤是相同的。
水浴式汽化器
为了将新鲜原料气和循环气压缩到氨合成系统所要求的操作压力，必须在流程中设置气体压缩机。当使用往复式压缩机时，由于活塞环采用注油润滑，在压缩过程中气体夹带的润滑油和水蒸气混合在一起，呈细雾状悬浮在气流中。气体中所含的油雾不仅会使氨合成催化剂中毒，而且附着在热交换器管壁上，降低传热效率，因此必须清除干净。除油的方法是在压缩机每段出口处设置油水分离器，并在氨合成系统设置滤油器。
采用离心式压缩机的合成氨系统，气体中不含油雾，可以取消油水分离器和滤油设备，简化了流程。
2.气体的预热和合成
压缩后的氢氮混合气需加热到催化剂的起始活性温度，才能送入催化剂床层进行氨合成反应。在正常操作情况下，加热气体的热源主要是利用氨合成时放出的反应热，即反应后的高温气体预热反应前的氢氮
混合气，后者被加热到催化剂的活性温度，而反应后的气体则被冷却后去氨的分离工序。在开工阶段或反应不能达到自热平衡时，可利用合成塔内的电加热器或塔外加热炉供给热量。
3.氨的分离
进入氨合成塔催化剂床层的氢氮混合气，只有少部分起反应生成氨，合成塔出口气体中氨的含量一般为10%～20%，因此需要将氨分离出来。氨的分离主要采用冷凝法，该法是将合成后的气体降温，使其中的气氨冷凝成液氨，然后在氨分离器中分离出来，从而得到产品液氨。 以水和液氨作为介质冷却气体的过程是在水冷器和氨冷器中进行的。在水冷器和氨冷器之后设置氨分离器，把冷凝下来的液氨从气相中分离出来，经减压后送至液氨贮槽。
4.气体的循环
氢氮混合气经过氨合成塔以后，只有一小部分进行反应合成为氨。分离氨之后剩余的氢氮气，除了少量放空以外，大部分与新鲜原料气汇合后，重新返回氨合成塔，再进行氨的合成，从而构成了循环法生产流程。由于气体在设备、管道中流动时，产生了压力损失，为补偿这一损失，流程中必须设置循环压缩机。循环压缩机进出口压差通常为2～3MPa，它表示了整个合成氨循环系统压力降的大小。
5.惰性气体的排放
如前所述，因制取合成氨原料气所用原料和净化方法的不同，在新鲜原料气中通常含有一定数量的惰性气体，即甲烷和氩。采用循环法时，新鲜原料气中的氢和氮会连续不断地合成为氨，而惰性气体除一小部分溶解于液氨中被带出外，大部分在循环气体中积累下来。在工业生产上，为了保持循环气体中惰性气体含量不致过高，常采用将一部分循环气体连续或间断地排除出氨合成系统的方法（即放空的方法）。
若循环气中的惰性气体含量维持较低时，对氨的合成有利，但放空气量增加，相应地增大了氢氮混合气的损失。反之，当控制放空气较少时，就必然使循环气中的惰性气体含量增加，对氨的合成不利。
火漆印章头如何自制氨合成循环系统中的惰性气体通过以下三个途径排出：
（1）一小部分从系统中漏损；
（2）一小部分溶解在液氨中被带走；
（3）大部分采用放空的办法，即间断或连续地从系统中排放。
在氨的合成系统中，流程中各不同位置的惰性气体含量是不同的，放空位置应该选择在惰性气体含量最大而氨含量最小的地方，这样放空的损失最小。由此可见，放空的位置应该选择在氨已大部分分离之后，而又在新鲜气加入之前。
6.反应热的回收利用
氨的合成反应是放热反应，而且放热量很大，必须因收利用这部分反应热。目前回收利用反应热的方法主要有以下三种。
（1）预热反应前的氢氮混合气
在塔内设置换热器，用反应后的高温气体预热反应前的氢氮混合气，使其达到催化剂的活性温度。这种方法热量回收不完全，目前只小型合成氨厂及部分中型合成氨厂采用这种方法回收利用反应热。
（2）预热反应前的氢氮混合气和副产蒸汽
这种方法是既在塔内设置换热器预热反应前的氢氮混合气，又利用余热副产蒸汽。这种方法热量回收比较完全，同时得到了副产蒸汽，目前中型合成氨厂应用较多。
（3）预热反应前的氢氮混合气和预热高压锅炉给水
反应后的高温气体首先通过塔内的换热器预热反应前的氢氮混合气，然后再通过塔外的换热器预热高压锅炉给水。这种方法的优点是减少了塔内换热器的面积，从而减小了塔的体积，同时热能回收完全。目前大型合成氮厂一般采用这种方法。
二、氨合成工艺流程
由于压缩机型式、操作压力、氨分离的冷凝级数、热能回收的形式以及各部分相对位置的差异，氨合成的工艺流程各不相同。中压法（操作压力为20～35MPa）氨合成的工艺流程，在技术上和经济上都比较优越，因此早些年国内外普通采用。近年来，由于离心式压缩机的广泛使用，大型合成氨大多采用较低的压力下进行氨的合成，如凯洛格氨合成系统采用的操作压力为15MPa。
1.中、小型合成氨厂经典工艺流程
我国中型及大部分小型合成氨厂，目前普遍采用传统的中压法氨合成流程，操作压力为32MPa左右，设置水冷器和氨冷器两次分离产品液氨，新鲜气和循环气均由往复式压缩机加压。其常用的工艺流程如图5-8所示。
循环氢压缩机
图5-8 中小型氨厂合成系统常用流程
1-滤油器；2-冷凝塔；3-氨冷器；4-氨合成塔；5-水冷器；6-氨分离器；7-循环机；8-副产蒸汽锅炉
由压缩机工序送来压力为32MPa左右的新鲜氢氮混合气，先进入滤油器1与循环压缩机7来的循环气汇合。在滤油器内，除去气体中的油、水和微量二氧化碳等杂质。从滤油器出来的气体，温度为30～50℃，进入冷凝塔2上部的热交换器管内，在此处被从冷凝塔下部氨分离器上升的冷气体冷却到10～20℃，然后进入氨冷器3。在氨冷器3内，气体在高压管内流动，液氨在管外
蒸发，由于蒸发吸收了热量，气体进一步被冷却至-8～0℃，使气体中的气氨进一步冷凝成液氨。氨冷器3所用液氨是由液氨产品仓库送来的，蒸发后的气氨经分离器除去液氨雾滴后，由气氨总管输送至冰机进口，经压缩后再冷凝成液氨。
从氨冷器出来的带有液氨的循环气，进入冷凝塔下部的氨分离器分离器出液氨。在这里，气体中残余的微量水蒸气、油分及碳酸氢铵也被液氨洗涤随之除去。除氨后的循环气上升到冷凝塔，分两路进入氨合成塔4。气体中的大部
分经主阀由塔顶进入，少部分经副阀从塔底进入，用以调节催化剂床层的温度。进入合成塔的循环气中，含氨量约为2.8%～3.8%。
从合成塔底部出来的气体，温度在230℃以下，氨含量为13%～17%，经水冷器5被却至25～50℃。随着温度的降低，气体中的气氨初步液化成液氨，带有液氨的循环气进入氨分离器6中分离出液氨。为了降低系统中惰性气体的含
量，在氨分离之后设有气体放空管，可以定期排放一部分气体。出氨分离器的
气体，经循环机补偿系统压力损失以后，进入滤油器1又开始下一个循环。如
此循环，进行连续生产。
氨分离器和冷凝塔下部分离出来的液氨，减压至1.4～1.6MPa后，由液氨
总管输送至液氨贮槽。
两次分离液氨产品的工艺流程特点如下：
globe7⑴放空位置设在氨分离器之后、新鲜气加入之前，气体中氨含量较低，而
惰性气体含量较高，因此可以减少氨损失和氢氮气的消耗。
⑵循环机位于氨分离器和冷凝塔之间，循环气温度较低，有利于气体的压缩。
⑶新鲜气在滤油器中加入，在进行第二次氨分离时，可以利用冷凝下来的
液氨除去油、水分和二氧化碳，达到进一步净化的目的。
我国大部分中型氨厂及部分小型氨厂合成系统采用副产蒸汽的流程，设置
空气净化风扇副产蒸汽锅炉，如图3-6中虚线所示。经过合成反应后离开催化剂床层的气
体，温度约470～500℃，在塔内先经第一段热交换器，加热进催化剂床层的气
体而本身冷却至400℃以下，离开合成塔。气体离开合成塔后，进入副产蒸汽
锅炉8，副产蒸汽以供其他地方使用，气体则被冷却至300℃以下，返回合成塔。气体在合成塔内进入第二热交换器，加热进催化剂层的气体，本身温度降至150℃以下，再引出塔外。其余部分的流程，与以上所述相同。
2.大型氨厂合成系统工艺流程
图5-9 凯洛格公司15MPa氨合成系统工艺流程
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