Proces, ktorý využíva dusík ako pracovné médium expandéra, sa nazýva expanzia dusíka. Expanzia dusíka je rozdelená do dvoch kategórií: expanzia čistého dusíka a expanzia odpadového dusíka.
Proces expanzie čistého dusíka je znázornený na obrázku 12. Čistý dusík sa extrahuje z hornej časti spodnej kolóny az hornej časti dusíkovej strany hlavného kondenzátora. Časť sa znovu ohreje cez regeneračný kanál reverzného výmenníka tepla, potom sa spojí a privedie do turbo-expandéra. Po expanzii sa dusík odoberá ako produktový dusík cez doskový -rebrový výmenník tepla.
Proces expanzie odpadového dusíka je znázornený na obrázku 13. Odpadový dusík obsahujúci približne 1 % kyslíka sa extrahuje zo stredu spodnej kolóny. Časť sa znovu ohreje cez regeneračný kanál reverzného výmenníka tepla, potom sa spojí a privedie do turbo-expandéra. Po expanzii sa odpadový dusík znovu ohreje cez podchladič{5}}skvapalňovač a reverzný výmenník tepla, aby sa obnovila studená energia, a potom sa po absorpcii výparného tepla chladiacej vody v odparovacej chladiacej veži vypustí do atmosféry.
Pretože dusík je extrahovaný zo spodnej kolóny, kondenzácia kvapalného dusíka v hlavnom kondenzátore klesá. V dôsledku toho sa množstvo refluxného kvapalného dusíka privádzaného do hornej kolóny zníži, čo umožňuje, aby refluxný pomer destilačnej kolóny dosiahol rozumnejšiu hodnotu. Tým sa plne využíva destilačný potenciál hornej kolóny a zlepšuje sa rýchlosť extrakcie kyslíka.
Výhody a nevýhody expanzie dusíka sú nasledovné:
Plyn po expanzii dusíka nevstupuje do horného stĺpca; preto priamo neovplyvňuje destilačné podmienky v hornej kolóne. Jeho prehriatie po expanzii môže byť vyššie ako pri expanzii vzduchu a tlak po expanzii môže byť tiež o niečo nižší ako pri expanzii vzduchu. Chladiaci výkon jednotky je teda väčší ako pri expanzii vzduchu. Pri určitej strate chladu zariadenia sa môže požadované množstvo expanzie znížiť.
Pretože expandovaný plyn nevstupuje do horného stĺpca a tepelné zaťaženie hlavného kondenzátora je znížené, stúpajúce množstvo plynu v hornom stĺpci je menšie ako pri expanzii vzduchu. V dôsledku toho sa môže zmenšiť priemer kolóny a štruktúra sa môže zjednodušiť.
Zvýšenie množstva expanzie dusíka má určitý vplyv na teplotný rozdiel hlavného kondenzátora, čo zvýši obsah kyslíka v odpadovom dusíku a zníži rýchlosť extrakcie kyslíka. Jeho priamy vplyv na čistotu kyslíka však nie je významný a jeho vplyv na surový argón je ešte menší. Rozšírenie dusíka už bolo prijaté vo veľkých-jednotkách na separáciu vzduchu v zahraničí.
Pracovné médium expanzie dusíka je čistejšie ako médium expanzie vzduchu; preto môže expandér pracovať za bezpečnejších podmienok. Je to preto, že pracovné médium expanzie dusíka je extrahované z hornej časti spodnej kolóny a nemôže niesť pevný oxid uhličitý alebo iné nečistoty. Na rozdiel od toho, pracovné médium expanzie vzduchu je extrahované spod prvej misky s čiapočkou a oxid uhličitý vo vzduchu sa môže dostať do expandéra, čo spôsobí opotrebovanie expandéra. Navyše počas expanzie dusíka je tlak po expanzii 0,12 MPa a kvapky kvapaliny sa objavia až po dosiahnutí teploty 78,7 K; preto sa kvapalina v expandéri nevytvára ľahko.
Keďže minimálny refluxný pomer v spodnej kolóne je väčší ako v rektifikačnej časti hornej kolóny,{0}}to znamená, že refluxná kvapalina v spodnej kolóne je menší prebytok ako v hornej kolóne-množstvo plynného dusíka, ktoré možno extrahovať zo spodnej kolóny, je menšie ako množstvo vzduchu, ktoré možno priviesť do hornej kolóny. Množstvo expanzie dusíka zvyčajne nepresahuje 16 % množstva spracovávaného vzduchu, zatiaľ čo množstvo expanzie vzduchu nepresahuje 25 % množstva spracovávaného vzduchu.
