長(zhǎng)期以來(lái)，碳分子篩成為日本和德國(guó)壟斷的產(chǎn)品，2000年以前國(guó)內(nèi)80%的份額被其占有，國(guó)際市場(chǎng)上更是如此。碳分子篩技術(shù)通過(guò)長(zhǎng)興化工廠引進(jìn)國(guó)內(nèi)，國(guó)內(nèi)碳分子篩廠家主要分布在長(zhǎng)興、山東、宣城、等地。國(guó)產(chǎn)分子篩逐步搶占了大部分市場(chǎng)份額，但要想在這個(gè)行業(yè)做大做強(qiáng)，自主創(chuàng)新，提高產(chǎn)品性能指標(biāo)，打破技術(shù)貿(mào)易壁壘。

我們知道，利用碳分子篩變壓吸附制氮是靠范德華力來(lái)分離氧氣和氮?dú)獾?，因此，分子篩的比表面積越大，孔徑分布越均勻，并且微孔或亞微孔數(shù)量越多，吸附量就越大；同時(shí)，如果孔徑能盡量小，范德華力場(chǎng)重疊，對(duì)低濃度物質(zhì)也有更好的分離作用。因此，在PSA制氮設(shè)備中，分子篩的性能直接關(guān)系到整套設(shè)備的產(chǎn)氣量及能耗，所以，選擇合適的吸附劑是重中之重。

該產(chǎn)品屬于碳素吸附劑，是由碳組成的多孔物質(zhì)，孔結(jié)構(gòu)模型為無(wú)序堆積碳素結(jié)構(gòu)。碳分子篩是非計(jì)量化合物，其重要性質(zhì)是基于它的微孔結(jié)構(gòu)。它分離空氣的能力，取決于空氣中各種氣體在碳分子篩微孔中的不同擴(kuò)散速度，或不同的吸附力，或兩種效應(yīng)同時(shí)起作用。在平衡條件下，碳分子篩對(duì)氧和氮的吸附量相當(dāng)接近，但氧分子通過(guò)碳分子篩微孔系統(tǒng)的狹窄空隙的擴(kuò)散速度要比氮分子快得多，碳分子篩空分制氮就是基于這一性能，在遠(yuǎn)未達(dá)到平衡條件的時(shí)間之前，通過(guò)PSA工藝流程使氮?dú)鈴目諝庵蟹蛛x出來(lái)。

該裝置一般稱(chēng)為制氮機(jī)。其工藝流程是采用在常溫下變壓吸附法（簡(jiǎn)稱(chēng)P.S.A法），變壓吸附為無(wú)熱源的吸附分離過(guò)程，碳分子篩對(duì)被吸附組份（主要是氧分子）的吸附容量因上述原理在充壓、產(chǎn)氣時(shí)吸附，在降壓排氣時(shí)解吸，使碳分子篩再生。同時(shí)，床層氣相富集的氮?dú)獯┻^(guò)床層成為產(chǎn)品氣，各步驟連為循環(huán)操作。

變壓吸附過(guò)程循環(huán)操作包括：充壓、產(chǎn)氣；均壓；降壓、排氣；然后再充壓、產(chǎn)氣；……幾個(gè)工作階段，形成循環(huán)操作過(guò)程。其根據(jù)流程的再生方法不同，可分為真空再生流程和常壓再生流程。

純?cè)峡諝膺M(jìn)入碳分子篩吸附塔，是非常必要的，因?yàn)轭w粒及有機(jī)氣氛進(jìn)入吸附塔會(huì)堵塞碳分子篩的微孔，并逐漸使碳分子篩的分離性能降低。
純化原料空氣的方法有：1使空壓機(jī)的進(jìn)氣口遠(yuǎn)離有灰塵、油霧、有機(jī)氣氛的場(chǎng)所；2通過(guò)冷干機(jī)、吸附劑凈化系統(tǒng)等，后經(jīng)處理后的原料空氣進(jìn)入碳分子篩吸附塔。

碳分子篩制取氮?dú)?，其N(xiāo)2濃度和產(chǎn)氣量可根據(jù)用戶(hù)的需要進(jìn)行任意調(diào)節(jié)，在產(chǎn)氣時(shí)間及操作壓力確定時(shí)，調(diào)低產(chǎn)氣量，N2濃度將提高，反之，N2濃度則下降。用戶(hù)可根據(jù)實(shí)際需要調(diào)節(jié)。

碳分子篩制氮過(guò)程，當(dāng)一個(gè)吸附塔吸附結(jié)束時(shí)，可將此吸附塔內(nèi)的有壓氣體從上下兩個(gè)方向注入另一個(gè)已再生好的吸附塔中，并使兩塔氣體壓力相同，此一過(guò)程稱(chēng)為吸附塔的均壓，選擇適當(dāng)?shù)木鶋簳r(shí)間，即可回收能量，也可以減緩吸附塔內(nèi)的分子篩受到的沖擊，從而達(dá)到延長(zhǎng)碳分子篩的使用壽命。參考伐門(mén)的切換速度一般選擇均壓時(shí)間為1～3秒。

PSA—N2精制裝置有混合器、催化反應(yīng)器、后冷卻器、旋風(fēng)分離器、過(guò)濾器、吸附式干燥器、氧分析儀、 流量計(jì)以及產(chǎn)品氮?dú)饩彌_罐組成。流程簡(jiǎn)圖。根據(jù)持續(xù)監(jiān)測(cè)出的實(shí)際氧含量，調(diào)節(jié)進(jìn)入原料氣中的配氫量。為了使過(guò)量氫達(dá)到小值，采用經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的混合裝置和具有的氫氣控制系統(tǒng)。混合氣然后進(jìn)入一催化反應(yīng)器，在反應(yīng)器內(nèi)氫氣與氧氣發(fā)生放熱反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為水蒸氣。經(jīng)一后冷卻器可使大部分水蒸氣冷凝下來(lái)，并經(jīng)過(guò)水分離器除去冷凝水。隨后根據(jù)所需產(chǎn)品氣露點(diǎn)，由一冷干機(jī)或吸附式干燥器進(jìn)行干燥。冷干機(jī)可獲得常壓露點(diǎn)為-25℃的產(chǎn)品氣，露點(diǎn)低于-40℃時(shí)需使用吸附式干燥器。產(chǎn)品氣純度通過(guò)氧分儀連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。當(dāng)產(chǎn)品氣純度低于客戶(hù)要求時(shí)放空。整套系統(tǒng)全部通過(guò)自控操作，無(wú)需操作人員。