本实用新型公开了一种合成氨分离系统，包括原料气供应装置、依次连通的氨气合成塔、第一换热器、第二换热器、氨冷凝器组和第一气液分离器，第一气液分离器的排气口与第二换热器的连通，原料气供应装置依次与第一换热器和氨气合成塔连通；系统中还设有串接的吸收塔和解吸塔，第二换热器的冷气出口与吸收塔的进气口连通，解吸塔上方的排气口与第一换热器的热气进口连通；吸收塔上方的排气口与第一换热器冷气进口通过管道连通，解吸塔的下端出口与吸收塔上部的进口通过管道连通。本实用新型采用二级冷凝氨分离耦合吸收剂吸收—解吸氨分离的工艺，来深度分离氨合成气中的氨气，大幅降低了循环气中的残余氨气浓度，从而提高了氨净值，减小了循环机的循环量，降低了整个合成氨工序的能耗。