空氣中的主要成分是氮和氧，利用環境溫度下，空氣中氮氣和氧氣在沸石分子篩（ZMS）上的吸附性能不同（氧氣能通過而氮氣被吸附），設計適當的工藝過程，而使氮和氧分離制得氧氣。氮氣在沸石子篩上的吸附能力比氧氣強（氮與分子篩表面離子的作用力強），當空氣在加壓狀態下通過裝有沸石分子篩吸附劑的吸附床時，氮氣被分子篩吸附，氧氣因吸附較少，在氣相中得到富集并流出吸附床，使氧氣和氮氣分離獲得氧氣。當分子篩吸附氮氣至接近飽和后，停止通空氣并降低吸附床的壓力，分子篩吸附的氮氣便可以解吸出來，分子篩得到再生并可重復利用。兩個以上的吸附床輪流切換工作，便可連續生產出氧氣。

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氧氣和氮氣的沸點接近，兩者很難分離，一起在氣相得到富集。因此變壓吸附制氧裝置通常只能獲得濃度為90-95%的氧氣（氧的極限濃度為95.6%，其余為氬氣）又稱富氧。與深冷空分裝置相比，后者能制成99.5%以上濃度的氧氣。

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