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。

我國(guó)碳分子篩的研發(fā)是在上個(gè)世紀(jì)八十年代開(kāi)始的，比美國(guó)晚大約二十年。當(dāng)時(shí)國(guó)際市場(chǎng)有供應(yīng)的主要是德國(guó)BF和日本武田產(chǎn)的碳分子篩，價(jià)格約在20萬(wàn)元/噸，但其產(chǎn)氮量為100NM3/h.t左右，到九十年代升級(jí)為產(chǎn)氮量185NM3/h.t。當(dāng)時(shí)國(guó)產(chǎn)碳分子篩（長(zhǎng)興中泰的前身長(zhǎng)興化工廠產(chǎn)）的產(chǎn)氮量只有140NM3/h.t，指標(biāo)雖然落后有近30%的差距，但也改寫(xiě)了中國(guó)只能依賴(lài)進(jìn)口碳分子篩的歷史，實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有的一次飛躍！又由于國(guó)產(chǎn)碳分子篩的價(jià)格低廉，從而迫使進(jìn)口碳分子篩的價(jià)格有了大幅度的下降，為國(guó)家節(jié)約了外匯的同時(shí)也推動(dòng)了國(guó)內(nèi)PSA制氮裝置的蓬勃發(fā)展。

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)獾模虼?，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。

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。

根據(jù)碳分子篩對(duì)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(mén)的動(dòng)作頻率，因此伐門(mén)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(zhǎng)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(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。