碳分子篩是利用篩分的特性來(lái)達到分離氧氣、氮氣的目的。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，碳分子篩內部包含有大量的微孔，這些微孔允許動(dòng)力學(xué)尺寸小的分子快速擴散到孔內，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散速率存在差異，氣體混合物的組分可以被有效的分離。因此，在制造碳分子篩時(shí)，根據分子尺寸的大小，碳分子篩內部微孔分布應在0.28～0.38nm。在該微孔尺寸范圍內，氧氣可以快速通過(guò)微孔孔口擴散到孔內，而氮氣卻很難通過(guò)微孔孔口，從而達到氧、氮分離。微孔孔徑大小是碳分子篩分離氧、氮的基礎，如果孔徑過(guò)大，氧氣、氮氣分子篩都很容易進(jìn)入微孔中，也起不到分離的作用；而孔徑過(guò)小，氧氣、氮氣都不能進(jìn)入微孔中，也起不到分離的作用。

國產(chǎn)分子篩由于受條件限制，對孔徑大小控制的不是很好。市面上銷(xiāo)售的碳分子篩微孔孔徑分布在0.3～1nm，只有巖谷分子篩做到了0.28～0.36nm。碳分子篩的原料為椰子殼、煤炭、樹(shù)脂等，步先經(jīng)加工后粉化，然后與基料揉合，基料主要是增加強度，防止破碎粉化的材料；第二步是活化造孔，在600～1000℃溫度下通入活化劑，常用的活化劑有水蒸氣、二氧化碳、氧氣以及它們的混合氣。它們與較為活潑的無(wú)定型碳原子進(jìn)行熱化學(xué)反應，以擴大比表面積逐步形成孔洞活化造孔時(shí)間從10～60min不等；第三步為孔結構調節，利用化學(xué)物質(zhì)的蒸氣：如苯在碳分子篩微孔壁進(jìn)行沉積來(lái)調節孔的大小，使之滿(mǎn)足要求。


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(zhù)我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，工業(yè)尤其是化工業(yè)規模不斷擴大，對碳分子篩的需求水平會(huì )逐年增長(cháng)，尤其是近幾年，國家對煤礦、油田、油輪的安全高度重視，強制油田、油輪配備制氮機，電子工業(yè)和材料工業(yè)的需求，進(jìn)一步擴大了國內碳分子篩的需求量。據調查，自2000年以來(lái)，年平均增長(cháng)率都在80%以上，前景十分廣闊。

國際市場(chǎng)
隨著(zhù)變壓吸附技術(shù)的不斷成熟，制氮機的應用領(lǐng)域越來(lái)越寬闊，國際上對碳分子篩的需求也越來(lái)越大，歐美等發(fā)達國家的需求量每年都穩步增長(cháng)，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(cháng)，保守估計，2013年國際上碳分子篩總需求量在數十萬(wàn)噸以上。

該產(chǎn)品屬于碳素吸附劑，是由碳組成的多孔物質(zhì)，孔結構模型為無(wú)序堆積碳素結構。碳分子篩是非計量化合物，其重要性質(zhì)是基于它的微孔結構。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散速度，或不同的吸附力，或兩種效應同時(shí)起作用。在平衡條件下，碳分子篩對氧和氮的吸附量相當接近，但氧分子通過(guò)碳分子篩微孔系統的狹窄空隙的擴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，在遠未達到平衡條件的時(shí)間之前，通過(guò)PSA工藝流程使氮氣從空氣中分離出來(lái)。

該裝置一般稱(chēng)為制氮機。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)，床層氣相富集的氮氣穿過(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。
P.S.A制氮機設備根據用戶(hù)的需要可包括空氣壓縮純化系統、變壓吸附系統、閥門(mén)程序控制系統（真空再生的還需帶有真空泵），及氮氣供應系統。