中小型PSA制氮机一般采用PSA碳分子筛为吸附剂在短时间内（最佳吸附时间为68秒）加压情况下，氧的吸附速度大大超过氮的吸附速度，氧分子被碳分子筛大量吸附，而氮分子吸附很少，利用该特性来完成氧氮分离。 碳分子筛对氧的吸附容量随压力的降低而减少，减低压力，被吸附的氧分子则从碳分子筛中逸出，通过塔的下部进入消音器后排出大气，即可解吸，完成碳分子筛的再生。另外，碳分子筛对二氧化碳和水分也有吸附能力，且较易减压解吸。通常PSA制氮机采用双吸附并联交替进行吸附产氮，解吸再生，实现氧、 氮分离，连续供气。
中小型PSA制氮机工艺过程简单，设备制造容易，占地少，启动时间短，设备维护简便，适应性强，自动化程度高，可随时开停车不需采用特别措施。因此，近年来变压吸附在中小规模装置的应用日益增加。
中小型PSA制氮机的工作流程：
空气经压缩机压缩，进入冷干机进行冷冻干燥，以达到变压吸附制氮系统对原料空气的露点要求。再经过过滤器除去原料空气中的油和水，进入空气缓冲罐，以减少压力波动。最后，经调压阀将压力调至额定的工作压力，送至二台吸附器（内装碳分子筛），空气在此得到分离，制得氮气。原料空气进入其中一台吸附器，产出氮气；另一台吸附器，则减压解吸再生。二台吸附器交替工作，连续供给原料空气，连续产出氮气。氮气送至氮气缓冲罐，经调压阀将压力调至额定压力；再通过流量计计量，氮气分析仪分析检测，合格的氮气备用，不合格氮气放空（刚开制氮机时）。
