碳分子篩是20世紀七十年代發(fā)展起來(lái)的一種新型吸附劑，是一種優(yōu)良的非極性碳素材料，制氮碳分子篩(Carbon Molecular Sieves，CMS)用于分離空氣富集氮氣，采用常溫低壓制氮工藝，比傳統的深冷高壓制氮工藝具有投資費用少，產(chǎn)氮速度快、氮氣成本低等優(yōu)點(diǎn)。因此，它是工程界的變壓吸附(簡(jiǎn)稱(chēng)P.S.A)空分富氮吸附劑，這種氮氣在化學(xué)工業(yè)、石油天然氣工業(yè)、電子工業(yè)、食品工業(yè)、煤炭工業(yè)、醫藥工業(yè)、電纜行業(yè)、金屬熱處理、運輸及儲存等方面廣泛應用。

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。

長(cháng)期以來(lái)，碳分子篩成為日本和德國壟斷的產(chǎn)品，2000年以前國內80%的份額被其占有，國際市場(chǎng)上更是如此。碳分子篩技術(shù)通過(guò)長(cháng)興化工廠(chǎng)引進(jìn)國內，國內碳分子篩廠(chǎng)家主要分布在長(cháng)興、山東、宣城、等地。國產(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，自主創(chuàng )新，提高產(chǎn)品性能指標，打破技術(shù)貿易壁壘。


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。

行業(yè)發(fā)展
根據國際國內的分析，碳分子篩行業(yè)呈現以下發(fā)展趨勢：，隨著(zhù)變壓吸附制氮機的使用范圍不斷擴大，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(lái)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(zhù)應用深度的提高，對碳分子篩的產(chǎn)氮量、氮回收率、堆密度、抗壓強度等指標的要求越來(lái)越高，進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能指標將是這一行業(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的主要構成要素，成本占整個(gè)設備的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(huì )在采用新材料新工藝方面不斷探索，爭取用低成本達到高水平。

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。