合成氨工段主要是把空气和天然气里的氢气、氮气混合，在高温高压下变成氨气。首先原料气经过脱硫除杂，再通过变换反应把二氧化碳变成一氧化碳，接着压缩到15兆帕高压，用铁基催化剂在400度高温下合成氨。反应式是氮气加氢气等于氨气，每2吨氮气和3吨氢气能合成4吨氨。

这个流程设计是先除杂再压缩，因为杂质会影响催化剂寿命。比如脱硫不彻底，设备会结垢每年多花20万维护费。压缩到15兆帕后，氨气转化率从常压的5%提升到30%以上，数据来自《合成氨工艺学》2018版。变换反应用铜锌合金催化剂，温度控制在350-450度，既能保证反应速度又避免催化剂烧结。合成塔分多段，每段装催化剂，这样连续生产时温度均匀，单段催化剂寿命从3个月延长到8个月。原料气压缩前先冷却，因为气体温度每升高10度，压缩功耗增加8%，所以用氨冷凝器把温度降到30度以下再压缩。