A nitrogént használó folyamatot az expander munkaközegeként nitrogénexpanziónak nevezzük. A nitrogén expanzió két kategóriába sorolható: tiszta nitrogén expanzió és hulladék nitrogén expanzió.
A tiszta nitrogén expanziós folyamatát a 12. ábra mutatja. A tiszta nitrogént a fő kondenzátor alsó oszlopának tetejéről és a nitrogén oldal tetejéről vonják ki. Ennek egy részét az irányváltó hőcserélő regeneratív járatán keresztül újra felmelegítik, majd egyesítik és a turbó-tágítóba táplálják. Az expanzió után a nitrogén termék nitrogénként a lemezes -bordás hőcserélőn keresztül távozik.
A hulladék nitrogén expanziós folyamata a 13. ábrán látható. Az alsó oszlop közepéből vonják ki a körülbelül 1% oxigént tartalmazó hulladéknitrogént. Ennek egy részét az irányváltó hőcserélő regeneratív járatán keresztül újra felmelegítik, majd egyesítik és a turbó-tágítóba táplálják. Az expanzió után a hulladék nitrogént az utóhűtő-folyósítón és az ellentétes hőcserélőn keresztül újra felmelegítik, hogy visszanyerjék a hideg energiát, majd a légkörbe engedik, miután elnyelték a párolgási hűtőtoronyban lévő hűtővíz párolgási hőjét.
Mivel a nitrogént az alsó oszlopból vonják ki, a folyékony nitrogén kondenzációja a fő kondenzátorban csökken. Következésképpen a felső oszlopba betáplált reflux folyékony nitrogén mennyisége lecsökken, lehetővé téve, hogy a desztillálóoszlop visszafolyási aránya ésszerűbb értéket érjen el. Ez teljes mértékben kihasználja a felső oszlop desztillációs potenciálját, és javítja az oxigénkivonási sebességet.
A nitrogén expanzió előnyei és hátrányai a következők:
A nitrogéntágulás után a gáz nem lép be a felső oszlopba; ezért közvetlenül nem befolyásolja a felső oszlop desztillációs körülményeit. A tágulás utáni túlhevítése nagyobb lehet, mint a légtágulásé, és az expanzió utáni nyomás is valamivel alacsonyabb lehet, mint a légtágulásé. Így az egység hűtési kapacitása nagyobb, mint a levegőtágulásé. Egy bizonyos berendezés hidegvesztesége mellett a szükséges tágulási mennyiség csökkenthető.
Mivel az expandált gáz nem jut be a felső oszlopba, és a fő kondenzátor hőterhelése csökken, a felszálló gáz mennyisége a felső oszlopban kisebb, mint a levegő expanziójában. Ezzel csökkenthető az oszlop átmérője, egyszerűsíthető a szerkezet.
A nitrogén tágulási mennyiségének növekedése bizonyos hatással van a fő kondenzátor hőmérséklet-különbségére, ami növeli a hulladék nitrogén oxigéntartalmát és csökkenti az oxigén kivonási sebességét. Közvetlen hatása az oxigén tisztaságára azonban nem jelentős, a nyers argonra gyakorolt hatása még kisebb. A nitrogén expanzióját külföldön már alkalmazták a nagy-levegőleválasztó egységekben.
A nitrogéntágulás munkaközege tisztább, mint a levegős expanzióé; ezért a bővítő biztonságosabb körülmények között működhet. Ennek az az oka, hogy a nitrogéntágító munkaközeget az alsó oszlop felső részéből vonják ki, és nem tud szilárd szén-dioxidot vagy egyéb szennyeződéseket szállítani. Ezzel szemben a levegő expanziós munkaközegét az első buboréksapka tálca alól vonják ki, és a levegőben lévő szén-dioxid az expanderbe kerülhet, ami az expander kopását okozza. Ezenkívül a nitrogéntágulás során a nyomás az expanzió után 0,12 MPa, és folyadékcseppek csak akkor jelennek meg, amíg a hőmérséklet el nem éri a 78,7 K-t; ezért az expanderben nem könnyen keletkezik folyadék.
Mivel az alsó oszlop minimális refluxaránya nagyobb, mint a felső oszlop rektifikáló szakaszának -vagyis az alsó oszlopban lévő visszafolyófolyadék kevésbé feleslegben van, mint a felső oszlopban-az alsó oszlopból kivonható gáznemű nitrogén mennyisége kisebb, mint a felső oszlopba betáplálható levegő mennyisége. A nitrogén tágulási mennyisége jellemzően nem haladja meg a feldolgozott levegő mennyiségének 16%-át, míg a levegő expanziós mennyisége nem haladja meg a feldolgozott levegő mennyiségének 25%-át.
