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合成氨的原理，是用氢气和氮气起反应，生成氨气。但在正常条件下，氢气和氮气起反应的速度是很慢的，达不到工业生产的要求。要加快氨的合成，必须使用催化剂。
最常用的氨合成催化剂，就是铁。在工业上，一般使用三氧化二铁和氧化铁的混合物作为催化剂，填充在氨合成塔中。在企业里，催化剂有时候也俗称为触媒。
化肥企业开始生产之前，要向合成塔中吹入氢氮混合气，并逐渐升温。三氧化二铁和氧化铁与氢气反应，还原成纯铁和水。把水排出后，催化剂便成为带有许多微小孔洞的纯铁颗粒。这些微小孔洞增加了纯铁与氢氮混合气的接触面积，能够最大限度地提高氢氮的反应速度。
这个过程，在企业中称为合成工段的原始开车。如何投料，如何通入混合气，温度如何控制，都有一套特定流程，是化肥厂的核心技术之一。
原始开车之后，催化剂就能够持续地发挥作用。但是，如果混合气中除了氢气和氮气之外，还混有水蒸汽、一氧化碳、二氧化碳、氧、硫、砷、磷等物质，作为催化剂的纯铁就会与这些物质发生化学反应，生成铁的化合物，从而失去催化作用，这种情况被称为催化剂中毒或者触媒中毒。
这其中，水蒸汽、一氧化碳、二氧化碳等造成的中毒，性质不太严重，只要再通入纯净的氢氮混合气，又可以把铁的化合物还原成纯铁。但如果是硫、磷、砷等物质造成的中毒，其形成的铁化合物就无法还原，这就叫永久中毒，只能更换催化剂。
更换催化剂需要停车，装填催化剂需要时间，装填完毕后要进行原始开车，又需要时间。原始开车的时间一般需要150小时以上，相当于耽误了一星期的生产。
此外，原始开车需要消耗大量的原料气，还要用电加热合成塔，以加快催化剂还原。这些消耗高达两三万元，这无疑也会加重化肥厂的亏损。
