制氧机分子筛双层床是指在纯化器的空气进口处，先装一定量的活性氧化铝，其上再加装一层分子筛。进入分子筛纯化器的加工空气含水量是达到饱和的。中压小型制氧机的中压分子筛纯化器空气入纯化器的温度为30℃时，加工空气的含水量为30.3g/m3；对大型全低压分子筛纯化流程，空气入纯化器的温度一般设计为8～15℃，假若空气的温度为10℃，则其中的饱和含水量为9.35g/m3。纯化器首先吸附空气中的水分，吸附水分后，势必影响对二氧化碳分子的吸附。

对比活性氧化铝与分子筛吸附水的特性可知：活性氧化铝对于含水量较高的空气，吸附容量比较大，但是随着空气含水量的减少，吸附容量下降很快。而分子筛即使在含水量很低的情况下，同样具有较强的吸水性。并且，铝胶解吸水分容易，可降低再生温度；它对水分的吸附热也比分子筛小，使空气温升小，有利于后部分子筛对CO2的吸附；铝胶还具有抗酸性，对分子筛能起到保护作用。

基于这些特点，有的纯化器采用了双层床结构，在空气入纯化器进I=I侧，装一层活性氧化铝。它先将空气所含的大部分水分清除掉，而分子筛则主要用于清除二氧化碳、乙炔及其他碳氢化合物。采用双层吸附床，可以延长纯化器的使用时间。在进行活性氧化铝--分子筛双层床试验得出：纯化器的有效工作时间延长了25%～30%。

此外，制氧机分子筛单床层对于水分解吸较为困难，其再生温度要求控制在300～320℃，加热终了温度控制在100～120℃。而活性氧化铝的再生温度只需要控制在200～220℃，加热终了温度控制在30～50℃即可。因此，双层床在再生时，加热时间可以缩短，约为单层床加热时间的1/2～1/3。这样不但可以节电能或蒸汽，(据统计，每年电耗可减少50%～60%)而且加热和冷吹的时间也很充裕，还为低压废蒸汽的利用提供了条件，能够有效地保证纯化器彻底再生。

活性氧化铝颗粒较大，且坚硬，机械强度较高，吸水不龟裂、粉化，所以双层床的活性氧化铝层可以减少分子筛粉化，延长分子筛的寿命。活性氧化铝层处于加工空气入口处，还可以起到均匀分配空气的作用。

从制氧机中压双层床纯化器使用实践证明，纯化空气的程度比单层床更高。空气的干燥程度由原来露点为-60℃降到-66～-70℃，净化后空气中二氧化碳含量也降低。因此，空分设备的运转周期也就可以延长。

但是，制氧机双层床要求设计计算精确，而且在使用时不能偏离设计工况。否则要靠增大两种吸附剂的装载量来保证其性能。此外，两种不同的吸附剂装在同一吸附器中，界面必须隔离，使双床层的压降较大，还需解决隔离层的热膨胀问题。因此，有的场合仍倾向于采用简单的单床层结构。