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。


2012年，主要采用中低檔碳分子篩，年總需求量在6000噸以上，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)尤其是化工業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，對(duì)碳分子篩的需求水平會(huì)逐年增長(zhǎng)，尤其是近幾年，國(guó)家對(duì)煤礦、油田、油輪的安全高度重視，強(qiáng)制油田、油輪配備制氮機(jī)，電子工業(yè)和材料工業(yè)的需求，進(jìn)一步擴(kuò)大了國(guó)內(nèi)碳分子篩的需求量。據(jù)調(diào)查，自2000年以來(lái)，年平均增長(zhǎng)率都在80%以上，前景十分廣闊。

國(guó)際市場(chǎng)
隨著變壓吸附技術(shù)的不斷成熟，制氮機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越寬闊，國(guó)際上對(duì)碳分子篩的需求也越來(lái)越大，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的需求量每年都穩(wěn)步增長(zhǎng)，近幾年發(fā)展中國(guó)家的需求量更是突飛猛進(jìn)，每年以成倍的速度增長(zhǎng)，保守估計(jì)，2013年國(guó)際上碳分子篩總需求量在數(shù)十萬(wàn)噸以上。

行業(yè)發(fā)展
根據(jù)國(guó)際國(guó)內(nèi)的分析，碳分子篩行業(yè)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：，隨著變壓吸附制氮機(jī)的使用范圍不斷擴(kuò)大，對(duì)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，隨著應(yīng)用深度的提高，對(duì)碳分子篩的產(chǎn)氮量、氮回收率、堆密度、抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)的要求越來(lái)越高，進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能指標(biāo)將是這一行業(yè)今后發(fā)展的大趨勢(shì)。第三，由于碳分子篩是變壓吸附制氮機(jī)的主要構(gòu)成要素，成本占整個(gè)設(shè)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(zhēng)取用低成本達(dá)到高水平。

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)。