工业上氨合成是在压力为15.2～30.4兆帕、温度为400～520℃下进行的。为防止高压、高温下氢气对钢材的腐蚀，氨合成塔由耐高压的封头、外筒和装在筒体内耐高温的内件组成。内件外有保温层，操作时进塔的冷气体流过内、外筒间的环隙，从而避免外筒温度过高。这样，外筒只承受高压，可用低合金高强度钢制作。内件虽然是在高温下操作，但是只承受氨合成塔进出口的压力差，可用耐热镍铬合金钢制作。内件包括催化剂筐和换热器两个主要部分，筐内装铁催化剂，氨合成反应在此进行。

从催化剂筐出来的热气体温度通常在460℃以上，进氨合成塔的冷气体温度根据流程的不同，有的为20～30℃，有的可达140℃以上。为了使进氨合成塔的气体能加热到反应温度，同时又能冷却反应后气体，在塔内还设有换热器。换热器有列管式、螺旋板式和波纹板式，其中以列管式采用最多。氨合成催化剂在开工时必须先还原，还原需要提供一定的热量，为此中小型氨合成塔内部装有电加热器，大型氨合成塔则采用塔外设置开工加热炉的办法来解决。在给定的铁催化剂和压力下，氨合成温度不同，反应速率也不同。对于一定的氨含量，氨合成反应速率最大时的温度称为最佳温度，此最佳温度随着氨含量增大而降低。由于氨合成为放热反应，催化剂床层的温度将随着反应进行而不断升高。为使氨合成反应能在接近最佳温度下进行，需要采取措施移走多余的热量。工业上根据传热方式分为内部换热式和间接换热式。

又称连续换热式氨合成塔。特点是在催化剂床层中设置冷却管，通过冷却管进行床层内冷热气流的间接换热，以达到调节床层温度的目的。冷却管形式分为单管、双套管和三套管。根据催化剂床层和冷却管内气体流动方向的异同，又分为逆流式和并流式冷却管。以并流双套管式氨合成塔为例（图1），气体从塔顶部进入，在环隙中沿塔壁而下，经换热器壳程后到分气盒，分散到各双套管的内冷却管，到管顶折至外冷却管，气体被预热到铁催化剂的活性温度（通常为 400℃左右），再流经设有电加热器的中心管。从上而下通过催化剂床层，氮气和氢气在此反应后，出催化剂筐，通过换热器管程降低温度，出合成塔。为控制催化剂床层温度不致过高，有少量气体从冷气旁路管进入塔内，不经换热器壳程，而直接与已经预热的气体混合。

图1 并流双套管式氨合成塔

主要特征是反应和换热间断进行。催化剂床层分为若干段，在段间通入的未预热的氮氢混合气用以直接冷却，称为多层直接冷激式氨合成塔。根据床层内气体流动方向不同，分为沿中心轴方向流动的轴向氨合成塔（图2a）和沿半径方向流动的径向氨合成塔（图2b）。它们结构简单，易损部件少，内件比较稳妥，多被大型氨厂采用。

图2 间歇换热式氨合成塔