碳分子篩是利用篩分的特性來達(dá)到分離氧氣、氮?dú)獾哪康?。在分子篩吸附雜質(zhì)氣體時(shí)，大孔和中孔只起到通道的作用，將被吸附的分子運(yùn)送到微孔和亞微孔中，微孔和亞微孔才是真正起吸附作用的容積。如前圖所示，碳分子篩內(nèi)部包含有大量的微孔，這些微孔允許動力學(xué)尺寸小的分子快速擴(kuò)散到孔內(nèi)，同時(shí)限制大直徑分子的進(jìn)入。由于不同尺寸的氣體分子相對擴(kuò)散速率存在差異，氣體混合物的組分可以被有效的分離。

2012年，主要采用中低檔碳分子篩，年總需求量在6000噸以上，隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)尤其是化工業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對碳分子篩的需求水平會逐年增長，尤其是近幾年，國家對煤礦、油田、油輪的安全高度重視，強(qiáng)制油田、油輪配備制氮機(jī)，電子工業(yè)和材料工業(yè)的需求，進(jìn)一步擴(kuò)大了國內(nèi)碳分子篩的需求量。據(jù)調(diào)查，自2000年以來，年平均增長率都在80%以上，前景十分廣闊。

隨著變壓吸附技術(shù)的不斷成熟，制氮機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越寬闊，國際上對碳分子篩的需求也越來越大，歐美等發(fā)達(dá)國家的需求量每年都穩(wěn)步增長，近幾年發(fā)展中國家的需求量更是突飛猛進(jìn)，每年以成倍的速度增長，保守估計(jì)，2013年國際上碳分子篩總需求量在數(shù)十萬噸以上。

根據(jù)國際國內(nèi)的分析，碳分子篩行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：，隨著變壓吸附制氮機(jī)的使用范圍不斷擴(kuò)大，對碳分子篩的需求不斷增加，這將進(jìn)一步促進(jìn)行業(yè)發(fā)展，未來幾年，這一行業(yè)將從一個(gè)生僻的行業(yè)變得眾所周知。其次，隨著應(yīng)用深度的提高，對碳分子篩的產(chǎn)氮量、氮回收率、堆密度、抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)的要求越來越高，進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能指標(biāo)將是這一行業(yè)今后發(fā)展的大趨勢。第三，由于碳分子篩是變壓吸附制氮機(jī)的主要構(gòu)成要素，成本占整個(gè)設(shè)備的70%以上，因此，降低成本將是促進(jìn)本行業(yè)發(fā)展的重要條件。今后一個(gè)時(shí)期，各企業(yè)將會在采用新材料新工藝方面不斷探索，爭取用低成本達(dá)到高水平。

碳分子篩（英文名carbon molecular sieves）是新型的非極性吸附劑，具有在常溫變壓下吸附空氣中氧分子的性能，因而可獲得富氮?dú)怏w。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，碳分子篩PSA空分制氮就是基于這一性能。

大多數(shù)廠家生產(chǎn)的碳分子篩在外型上并無多大差別，因此用戶只靠觀察分子篩外型是很難區(qū)分到底是進(jìn)口分子篩還是國產(chǎn)分子篩的。但有一點(diǎn)，如果在購買設(shè)備時(shí)，廠家宣稱使用的是進(jìn)口分子篩，但價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)格的話，那就要小心了。買的沒有賣的精，設(shè)備制造廠家是不可能虧本賣設(shè)備的。買內(nèi)裝國產(chǎn)分子篩的設(shè)備并不可怕，但花了進(jìn)口分子篩的價(jià)錢卻買了國產(chǎn)分子篩，那損失可就大了。

碳分子篩制氮過程，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，此一過程稱為吸附塔的均壓，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)到延長碳分子篩的使用壽命。參考伐門的切換速度一般選擇均壓時(shí)間為1～3秒。

根據(jù)碳分子篩對氧和氮的吸擴(kuò)散速率不同，其吸附O2在短時(shí)間內(nèi)就達(dá)到平衡，此時(shí)，N2的吸附量很少，較短的產(chǎn)氣時(shí)間，可有效的提高碳分子篩的產(chǎn)氣率，但同時(shí)也增加了伐門的動作頻率，因此伐門的性能也很重要。一般選擇吸附時(shí)間為30～120秒。小型高純制氮機(jī)推薦使用短的產(chǎn)氣時(shí)間，大型低濃度推薦使用長的產(chǎn)氣時(shí)間。

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。流程簡圖。根據(jù)持續(xù)監(jiān)測出的實(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)?；旌蠚馊缓筮M(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，并經(jīng)過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)品氣純度通過氧分儀連續(xù)進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)產(chǎn)品氣純度低于客戶要求時(shí)放空。整套系統(tǒng)全部通過自控操作，無需操作人員。