碳分子篩是利用篩分的特性來達到分離氧氣、氮氣的目的。在分子篩吸附雜質氣體時，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，這些微孔允許動力學尺寸小的分子快速擴散到孔內，同時限制大直徑分子的進入。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，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，氧氣可以快速通過微孔孔口擴散到孔內，而氮氣卻很難通過微孔孔口，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，如果孔徑過大，氧氣、氮氣分子篩都很容易進入微孔中，也起不到分離的作用；而孔徑過小，氧氣、氮氣都不能進入微孔中，也起不到分離的作用。

國產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、樹脂等，步先經加工后粉化，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定型碳原子進行熱化學反應，以擴大比表面積逐步形成孔洞活化造孔時間從10～60min不等；第三步為孔結構調節(jié)，利用化學物質的蒸氣：如苯在碳分子篩微孔壁進行沉積來調節(jié)孔的大小，使之滿足要求。

我國碳分子篩的研發(fā)是在上個世紀八十年代開始的，比美國晚大約二十年。當時國際市場有供應的主要是德國BF和日本武田產的碳分子篩，價格約在20萬元/噸，但其產氮量為100NM3/h.t左右，到九十年代升級為產氮量185NM3/h.t。當時國產碳分子篩（長興中泰的前身長興化工廠產）的產氮量只有140NM3/h.t，指標雖然落后有近30%的差距，但也改寫了中國只能依賴進口碳分子篩的歷史，實現(xiàn)了從無到有的一次飛躍！又由于國產碳分子篩的價格低廉，從而迫使進口碳分子篩的價格有了大幅度的下降，為國家節(jié)約了外匯的同時也推動了國內PSA制氮裝置的蓬勃發(fā)展。

在國產碳分子篩以質優(yōu)全球的同時，碳分子篩及制氮裝置還有很多工作要做。一是積極研制環(huán)保型碳分子篩生產工藝，以為碳分子篩企業(yè)向大中型規(guī)模化企業(yè)發(fā)展創(chuàng)造基礎；二是碳分子篩品牌針對不同的用氮場所的工藝要求，可再細分為以節(jié)能型、普氮型及長周期型等；再者，在行業(yè)方面，積極探索同行間友好競爭發(fā)展模式，如強強聯(lián)合和資本聯(lián)合等，以創(chuàng)造國際品牌企業(yè)。

該產品屬于碳素吸附劑，是由碳組成的多孔物質，孔結構模型為無序堆積碳素結構。碳分子篩是非計量化合物，其重要性質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，但氧分子通過碳分子篩微孔系統(tǒng)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間之前，通過PSA工藝流程使氮氣從空氣中分離出來。

該裝置一般稱為制氮機。其工藝流程是采用在常溫下變壓吸附法（簡稱P.S.A法），變壓吸附為無熱源的吸附分離過程，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、產氣時吸附，在降壓排氣時解吸，使碳分子篩再生。同時，床層氣相富集的氮氣穿過床層成為產品氣，各步驟連為循環(huán)操作。
變壓吸附過程循環(huán)操作包括：充壓、產氣；均壓；降壓、排氣；然后再充壓、產氣；……幾個工作階段，形成循環(huán)操作過程。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），及氮氣供應系統(tǒng)。