哈柏法

氮氣及氫氣在250個大氣氣壓及攝氏450-500度，通過一個鐵化合物的催化劑（Fe3+），會發生化學作用，產生氨氣。在這個情況下，產量一般是10-20%。

N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

ΔHo,反應熱為-92.4仟卡/莫耳

選擇高溫的條件是為了提高反應速率，但因為此反應是放熱反應，在此條件下平衡后的產率反而較低溫時為低。

The condition used in the Haber Process

·N2 and H2 are mixes in a ratio of 1:3.

·An potimum temperature of 450°C is chosen.

·A pressure of 200 atmospheres is applied.

·A catalyst of finely divided iron is used.

·The ammonia is condensed out of the reaction mixture and the remaining N2 and H2 Recycled.

這個實驗首先在1908年由弗里茨·哈伯進行。於1910年，Carl Bosch於德國化學公司BASF工作時，成功把這個實驗商業化，使之符合成本效益。這個實驗最早期於1911年被德軍於第一次世界大戰使用。之前，德國要製作氨氣需要從智利入口硝酸鈉，但由於戰爭使其供應不穩定。

合成氨的原料氮氣來自於空氣(以液態空氣的分餾取得)，氫氣來自於水和燃料。原料氣包含雜質，因此在參與反應前需要去除雜質，即原料氣的凈化。

氫的製備

天然氣(取其甲烷成分)，液化石油氣(取其丙烷及丁烷成分)及石油(取其石腦油等碳氫化合物)可以用來製造合成氨的原料氫氣。

第一步先把原料中的硫化物清除，是為硫化物會毒害哈伯-博施法所使用的催化劑。催化加氫可以把有機硫化物變成硫化氫：H2 + RSH → RH + H2S(g)

產生的硫化氫會被氧化鋅吸收，變成水和硫化鋅：

H2S + ZnO → ZnS + H2O

在鎳的催化下與水反應，經脫硫的碳氫化合物（如甲烷）轉變成氫氣和一氧化碳的混合物：

CH4 + H2O → CO + 3 H2

一氧化碳與水反應，轉化成二氧化碳及製造更多的氫氣：

CO + H2O → CO2 + H2 （可逆反應）

接下來二氧化碳可經2-氨基乙醇溶液吸收或使用變壓吸附(Pressure Swing Adsorption,PSA,在此使用具有專利的固態吸附媒介)清除。製備氫的最後步驟是以使用催化劑的甲烷化(methanation)移除在氫氣中殘留的少量一氧化碳及二氧化碳:

CO + 3 H2 → CH4 + H2OCO2 + 4

H2 → CH4 + 2 H2O

水蒸氣充足, 一氧化碳變換，清除二氧化碳及甲烷化的步驟在25 至 35 Pa的壓強進行。

由於化石燃料短缺，制氨用的氫理論上可以用水的電解 (現今4%的氫由電解製備)或熱化裂解(thermal chemical cracking)製得，但現在來說，這些方法都是不實際的。熱裂解所需的熱能可以從核能反應中取得，而風力發電、太陽能發電及水力發電產的的過剩電能可以用來電解水制氫。現在為止，從空氣及燃料制氨以外的替代方案是不經濟的，而且這些方法對環保的作用仍未被確定。

合成氨的反應是在高壓環境的合成塔中完成的，氮氣和氫氣混合后經過壓縮從塔的上部進入合成塔。經過合成塔下部的熱交換器，混合氣體的溫度升高，並進入放有觸媒（催化劑）的接觸室。在接觸室，一部分氮氣和氫氣發生反應，合成了氨，混有氮氣，氫氣和氨氣的混合氣體經過熱交換器離開合成塔。混合氣體要經由冷凝器，將氨液化，因而將氨分離出來，而氮氣和氫氣的混合氣體經壓縮再次送入合成塔，形成循環。這樣做節省原料，循環利用。硫酸合成工業中也有類似應用。