氨是一種非常重要的化工產品，在國民經濟中有著重要地位。1909年，德國化學家哈勃經過多年的經驗提出了“循環(huán)法”的工業(yè)氨的合成方法，成為至今為止工業(yè)上普遍使用的直接合成方法。

作為一門很復雜的技術，合成氨工藝技術中具有很多門的綜合技術，包括化工、化學和物理等，屬于一種非常典型的無機化工專業(yè)。

首先以煤合成氨為例，在制取半水煤氣的時候，要將煤加入到造氣爐內，然后將空氣通入，使其不斷的燃燒升溫，這時候再將蒸汽和空氣間斷的通入進去，這樣就能夠使炙熱的碳與蒸汽之間出現反應，從而生成 CO 和 H2。在這種情況下會消耗掉空氣中的 O2，只剩下 H2。在這個過程中還會有一些雜質性氣體和粉塵產生，將其中的粉塵去除，將余熱回收，就可以獲得半水煤氣。

其次是凈化原料氣體，在這里主要是脫去半水煤氣的硫，隨后在經過變化之后，脫去氣體中少量的二氧化碳和一氧化碳。

最后是合成氨，在這里主要是利用氨合成熱力學和動力學原理，并且以物料衡算為根據，確保氨的含量可以實現平衡，因此其屬于一種非常典型的工藝流程。一般來說，主要是在合成塔中進行氨的合成工藝。

合成氨的化學反應式如下：N2+3H2≈2NH3，其中的主要原料有固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種狀態(tài)。生產合成氨的主要原料來源于天然氣、石腦油、重質油和煤等。它們合成氨的方法各不相同：

天然氣合成氨：

天然氣合成氨是將天然氣先進行脫硫工藝，然后通過二次轉化，再分別經過一氧化碳變換、二氧化碳脫除等，得到的氮氫混合氣，其中大約還含有約0.1%～0.3%(體積)的一氧化碳和二氧化碳，在經過甲烷作用后，可以除去，最終制得摩爾比為3：1的氫氣和氮氣混合純凈氣體，通過壓縮機壓縮，然后進入反應器合成氨，最終得到所需的成品。與天然氣合成氨流程類似的還有以石腦油為原料的合成氨生產流程。

重質油合成氨：

重質油范圍比較廣，它包括各種在深度加工后所得的渣油，可以通過部分氧化的方法，來得到工業(yè)所需的合成氨的原料氣體，它的生產過程要沒有天然氣蒸氣轉化法復雜，但它的生產過程離不開空氣分離裝置。在通過空氣分離裝置后，制得的氧用于重質油氣化，氮作為氨合成原料外，液態(tài)氮有作為洗滌劑，如脫除一氧化碳、甲烷及氬。

煤合成氨：

隨著世界上石油化工和天然氣化工的高速發(fā)展，目前以煤(焦炭)為原料制取氨的方式的工廠成為主流。

一、原料氣體的制備

氫和氮的粗原料氣主要通過煤和天然氣等原料制備而得。通常情況下，我們采用氣化的方法從固體原料煤和焦炭制取合成氣;采用非催化部分氧化的方法從渣油中獲得合成氣;工業(yè)中利用二段蒸汽轉化法從氣態(tài)烴類和石腦油中制取合成氣。

二、原料氣體的凈化

由于生成的粗原料氣中含有很多雜質氣體，會影響合成氨的效率和質量，這需要進行凈化處理，凈化是指除去氫氣和氮氣以外的氣體，它先后經過一氧化碳變換、脫硫脫碳以及氣體精制等三個過程。

1、一氧化碳變換過程：

在合成氨生產中，各種方法制取的原料氣都含有CO，其體積分數一般為12%～40%。合成氨需要的兩種組分是H2和N2，因此需要除去合成氣中的CO。由于CO變換過程是強放熱過程，必須分段進行以利于回收反應熱，并控制變換段出口殘余CO含量。

第一步是高溫變換，使大部分CO轉變?yōu)镃O2和H2;第二步是低溫變換，將CO含量降至0.3%左右。因此，CO變換反應既是原料氣制造的繼續(xù)，又是凈化的過程，為后續(xù)脫碳過程創(chuàng)造條件。

2、脫硫脫碳過程：

各種原料制取的粗原料氣，都含有一些硫和碳的氧化物，為了防止合成氨生產過程中使催化劑中毒，必須在氨合成工序前加以脫除，以天然氣為原料的蒸汽轉化法，第一道工序是脫硫，保護催化劑;以重油和煤為原料的部分氧化法，根據一氧化碳變換是否采用耐硫的催化劑而確定脫硫的位置。

工業(yè)中有很多的脫硫方法，通常是采用物理或化學吸收的方法，將粗原料氣體經過CO變換以后，除H2外，在變換氣中，還留其他多種氣體，如CO2(最多)、CO和CH4等。而CO2不利的是它會使氨合成催化劑中毒，益處是制造尿素、碳酸氫銨等氮肥等離不開CO2。因此變換氣時，脫除CO2必須同時考慮到這兩方面。

3、氣體精制過程：

經CO變換和CO2脫除后，氣體中雜質已經很少，但是原料氣還含有少量殘余的CO和CO2氣體。而CO和CO2對氨合成催化劑如Fe的毒害非常大，尾盡量減少和降低CO和CO2總含量，使其不得大于10cm3/m3(體積分數)。因此，原料氣在進入合成工序前，必須進行原料氣的最終凈化，即精制過程。

三、氨合成

將純凈的氫、氮混合氣體經過高壓壓縮，在相關催化劑如鐵的作用下合成氨。氨的合成是提供液氨產品的最重要的工序，是整個合成氨生產過程的核心組成部分。氨合成反應必須在較高壓力和催化劑同時存在的條件下進行，由于該反應為可逆反應，氣體中氨含量會維持在一定的比例，一般只有10%～20%，為了加強對氫氣和氮氣的利用率，須將未反應氫氮氣循環(huán)利用。

1949年前我國僅有兩家規(guī)模較小的合成氨廠;而建國后在國家的鼓勵和支持下，合成氨工業(yè)發(fā)展突飛猛進。建國時，我國氮肥年產量很少，遠遠不夠國民農業(yè)發(fā)展的需求;現在我國已經成為世界上產量最高的國家之一。我國是農業(yè)大國，為促進我國農業(yè)更好的發(fā)展，我國必須改進和改善合成氨的工藝流程，努力研究新型合成氨的材料和催化劑，為我國建成二十一世紀的強國努力奮斗。

從總體上來說，并不會有太大的變化出現在未來合成氨的發(fā)展趨勢中。未來合成氨工藝技術的主要發(fā)展方向就是不斷的降低成本、節(jié)約能源，從而實現合成氨工藝經濟效益的最大化，隨后以此為基礎實現集中大型化的生產。

1、在開發(fā)合成氨工藝技術的過程中合成氣設備屬于其中最為關鍵的設備，其主要用于氨氣合成和合成氣的凈化，同時還要壓縮合成氣體。

2、在合成氨的時候“油改氣”為主的調整技術屬于最為有效的途徑，在未來的發(fā)展中必須要采取有效措施使其經濟效益得以有效改善，從而全面的提升其市場競爭力，這樣在能源短缺的現實條件下，才能夠選擇更適合的能源取代石油資源。

3、要全面的提升合成氨設備的自動化、大型化和集中化程度，這樣才能夠有效地降低能源消耗。通過對先進技術的利用有效的控制合成氨工藝裝置，同時還可以對生產行為和生產目標進行統(tǒng)一。因此合成氨工藝技術在未來應用的非常重要的一個趨勢就是確立自動化、集成化以及大型化的生產規(guī)模。

4、要不斷地完善合成氨裝置核心技術，油改氣的生產模式具有較高的合成氨裝置核心技術要求，為此，技術人員必須要與合成氨裝置的結構結合起來，通過對經濟性標準要求的利用不斷的完善合成氣壓縮機裝置技術，從而使合成氨的生產產量得以全面提升。