合成氨装置利用液氨减压后，在等温条件蒸发来获得冷量；然后通过压缩氨蒸汽，在较高的压力下进行冷却冷凝，氨蒸汽将在等压条件下放热而冷凝成液体。这种液体又可经过节流到低压进行蒸发。从而形成热量丛低温物质向高温物质传递的循环过程。
典型的压缩蒸汽制冷循环过程，其循环过程可在温熵图即T－S图上表示，如所示。
循环过程如下：点1代表从蒸发器出来的蒸汽，进入压缩机等熵压缩至点2.压缩后蒸汽在冷凝器冷却放出热量，达到对应P2的饱和蒸汽温度Ta（点3），又在等压等温下进一步放热冷凝成液体，达到饱和液体曲线上的点4.液体经减压阀节流，温度降到低于环境温度的T1，压力降到P1，并有部分液体气化，成为湿蒸汽的状态点5，在蒸发器中吸收热量达到冷冻目的，而液体在T1、P1条件下变为蒸汽状态点1，完成一个循环。
然而实际的冷冻循环与上述情况有所不同。由于进压缩机的低温气体管线有冷量损失，进入压缩机的是过热蒸汽如的1＇点，压缩过程也不是等熵过程，实际为熵值增大过程（1＇－2＇）。实际消耗轴功多些。此外如果冷却水温度较高不能将氨气全部冷凝，这些都使冷冻系数降低。
在冷冻循环中，氨的蒸发压力、压缩比是由氨的蒸发温度和冷凝温度决定的，而氨的蒸发温度又受氨冷却器中与被冷冻物质的传热温差制约。
冷冻循环工艺对比如果要获得较低的温度，则氨蒸发压力较低，使氨气的压缩比就要增大，同时考虑到用户对冷源的不同要求，在实际生产中一般采用多级压缩。大型的氨生产装置中，各工序对冷源的要求基本上可划分为两类，因此采用二级氨冷冻循环，其简易流程图如所示。
上述冷冻循环的T－S图如所示。
低压氨蒸发器所产生的压力、温度较低的氨气（如1点所示），被低压压缩机气罐吸入，氨气被压缩到较高压力后（如2点所示），进入中间混合换热罐，被从高压氨蒸发器来的温度较低的气氨及出高压冷凝器的液氨减压蒸发冷却后，所有气氨汇合到一起（如3点所示），进入高压压缩机，被压缩到一定压力后（如4点所示）进入高压冷凝器被冷凝成液体（如5、6点所示），出高压冷凝器的液氨分两路，一路经节流后（如7点所示）进入高压氨蒸发器，蒸发的气氨进入中间混合换热罐；另一路节流后直接进入中间混合换热罐。从中间混合换热罐出来的液氨（如8点所示），经节流后（如9点所示）进入低压氨蒸发器，蒸发的气氨回到低压压缩机入口，完成一个循环。
所示的简易工艺流程属于能耗较高的流程，由于从低压压缩机出口出来的氨气温度较高，虽然可以用高压压缩机出口冷凝后的液氨减压来使其达到将温的目的，但却消耗了大量的液氨，其气氨与液氨的比率～1：1.221.造成压缩机组的总效率低下，不利于冰机系统节能降耗。应当引入公用工程循环水系统使出低压压缩机的氨气温度降到40℃左右。对于1000t／日氨厂，仅此一项就可节约能耗2745KW／h.
采用蒸汽透平驱动离心式氨压缩机，各级出口均设置循环水冷却系统。流程如图此流程中低压冷源由原来从混合换热器中抽出改为从高压蒸发器的液相中抽出。经节流阀减压后进入低压氨蒸发器，从低压蒸发器来的饱和氨蒸汽经低压压缩机压缩后，在低压冷却器中冷却后与高压蒸发器出来的饱和蒸汽混合后进入高压压缩机。从高压压缩机出来的高压氨在高压冷凝器中冷凝成液相后经节流阀后全部去高压氨蒸发器，减压后的液氨一部分吸收热量后呈气态出高压氨蒸发器，一部分由高压蒸发器的液相引出供给低压氨蒸发器用，从而完成整个循环过程。
改用蒸汽透平驱动离心式氨压缩机后，冰机系统驱动功耗可有原来的4100KWH减少到1840KWH，节省能耗2260KWh.
改造前后数据对比通过向低压冰机系统引入循环水冷却系统和将电机驱动的注油螺杆式制冷压缩机改为蒸汽透平驱动的离心式氨压缩机组。生产相同冷量的冰机系统消耗能量十分明显，改造前后能量消耗对比如下：若按电费0.50元／kwh，循环水0.15元／t，蒸汽120元／t计，改用蒸汽透平驱动的离心式氨压缩机后可节省运行费用400万元／年，经济效益十分显著。
笔者通过数据对比，若氨厂既产液氨又产气氨，产品方案发生变化则对整个冷冻系统影响十分明显。因为对既产液氨又产气氨的氨厂，它的优势在于它需要外界提供的冷量较小，总的吨氨耗冷量较小。
又因这类氨厂在冰机系统设计时，基本无法考虑当气氨或液氨产品无销路时，冰机系统的配置情况，因为两者的差别非常大，若考虑这种情况，则冰机系统就长期处在不正常工况下运行。所以一旦气氨或液氨产品无销路时，冰机系统能提供的冷冻能力就非常有限，保证不了装置的运行要求。
