碳分子篩是20世紀(jì)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?dú)?，采用常溫低壓制氮工藝，比傳統(tǒng)的深冷高壓制氮工藝具有投資費(fèi)用少，產(chǎn)氮速度快、氮?dú)獬杀镜偷葍?yōu)點(diǎn)。因此，它是工程界的變壓吸附(簡(jiǎn)稱P.S.A)空分富氮吸附劑，這種氮?dú)庠诨瘜W(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(yī)藥工業(yè)、電纜行業(yè)、金屬熱處理、運(yùn)輸及儲(chǔ)存等方面廣泛應(yīng)用。

碳分子篩是利用篩分的特性來(lái)達(dá)到分離氧氣、氮?dú)獾哪康摹Ｔ诜肿雍Y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(dòng)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(duì)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。因此，在制造碳分子篩時(shí)，根據(jù)分子尺寸的大小，碳分子篩內(nèi)部微孔分布應(yīng)在0.28～0.38nm。在該微孔尺寸范圍內(nèi)，氧氣可以快速通過(guò)微孔孔口擴(kuò)散到孔內(nèi)，而氮?dú)鈪s很難通過(guò)微孔孔口，從而達(dá)到氧、氮分離。微孔孔徑大小是碳分子篩分離氧、氮的基礎(chǔ)，如果孔徑過(guò)大，氧氣、氮?dú)夥肿雍Y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?dú)舛疾荒苓M(jìn)入微孔中，也起不到分離的作用。

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。

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，但也改寫了中國(guó)只能依賴進(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。

該裝置一般稱為制氮機(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。
P.S.A制氮機(jī)設(shè)備根據(jù)用戶的需要可包括空氣壓縮純化系統(tǒng)、變壓吸附系統(tǒng)、閥門程序控制系統(tǒng)（真空再生的還需帶有真空泵），及氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)。