3단계는 석탄가스화 공정과 질소 생산설비 능력 복구, 메탄올 등의 생산설비 개축을 위한 투자 과정이다. 이 공사는 북한 정권에 의해“인민생활에서 매우 중요한 공사”로 규정되었고 1·2계열로 나뉘어 추진됐다.
3단계는 암모니아 생산을 위한 선공정의 다른 한 부분인 석탄가스화 공정과 질소 생산설비 능력복구, 그리고 메탄올 등의 생산설비 개축을 위한 투자과정이다. 이것은 이 기업소의 생산능력 회복을 위한 투자의 마지막 단계로 기존 무연탄가스화 공정을 갈탄가스화 공정으로 대체하고 핵심원료인 질소 생산능력을 복원하는 과정이다. 2006년 이후 남흥청년화학련합기업소의 나프타에 의한 비료생산공정을 무연탄가스화 방식으로 대체하는 사업을 국가적으로 추진했던 북한은 김정일 지시로 2009년부터 이 기업소에서도 기존 무연탄가스화에 의한 암모니아 생산공정을 갈탄가스화 방식으로 대체하는 사업을 추진하였다. 이 배경에는 이 기업소에 무연탄을 공급해주던 고원지구 탄광들의 석탄 생산이 감소하고 질이 떨어졌으며 인근에서도 마땅한 무연탄 탄광을 찾을 수 없어 갈탄을 대체 원료로 사용할 수밖에 없었던 취약한 원료여건에 기인한 것이다. 이 공사는 북한 정권에 의해 남흥청년련합기업소 무연탄가스화 공사와 함께 “인민생활에서 매우 중요한 공사”로 규정되었으며 1·2계열로 나누어 추진되었다.