Genişleticinin çalışma ortamı olarak nitrojeni kullanan bir prosese nitrojen genleşmesi adı verilir. Azot genleşmesi iki kategoriye ayrılır: saf azot genleşmesi ve atık azot genleşmesi.
Saf nitrojen genleştirme işlemi Şekil 12'de gösterilmektedir. Saf nitrojen, alt kolonun tepesinden ve ana kondansatörün nitrojen tarafının tepesinden çıkarılır. Bunun bir kısmı, ters çeviren ısı eşanjörünün rejeneratif geçişi yoluyla yeniden ısıtılır, daha sonra birleştirilir ve turbo-genleştiriciye beslenir. Genleşmeden sonra nitrojen, plakalı-kanatlı ısı eşanjöründen nitrojen ürünü olarak çekilir.
Atık nitrojen genleştirme işlemi Şekil 13'te gösterilmektedir. Yaklaşık %1 oksijen içeren atık nitrojen, alt kolonun ortasından ekstrakte edilir. Bunun bir kısmı, tersine çeviren ısı eşanjörünün rejeneratif geçişi yoluyla yeniden ısıtılır, daha sonra birleştirilir ve turbo-genleştiriciye beslenir. Genleşmeden sonra, atık nitrojen, soğuk enerjiyi geri kazanmak için aşırı soğutucu-sıvılaştırıcı ve ters ısı eşanjörü aracılığıyla yeniden ısıtılır ve ardından, buharlaştırmalı soğutma kulesinde soğutma suyunun buharlaşma ısısını emdikten sonra atmosfere verilir.
Azot alt kolondan çıkarıldığı için ana kondenserde sıvı nitrojenin yoğuşması azalır. Sonuç olarak üst kolona beslenen geri akış sıvı nitrojen miktarı azaltılarak damıtma kolonunun geri akış oranının daha makul bir değere ulaşması sağlanır. Bu, üst kolonun damıtma potansiyelini tamamen kullanır ve oksijen ekstraksiyon hızını artırır.
Azot genleşmesinin avantajları ve dezavantajları şunlardır:
Azot genleşmesi sonrasında gaz üst kolona girmez; dolayısıyla üst kolonun damıtma koşullarını doğrudan etkilemez. Genleşmeden sonraki aşırı ısınması havanın genleşmesinden daha yüksek olabilir ve genleşmeden sonraki basınç da havanın genleşmesinden biraz daha düşük olabilir. Bu nedenle ünitenin soğutma kapasitesi hava genleşmesinden daha büyüktür. Belirli bir ekipman soğuk kaybı altında gerekli genleşme miktarı azaltılabilir.
Genleşen gaz üst kolona girmediğinden ve ana kondenserin ısı yükü azaldığından üst kolonda yükselen gaz miktarı hava genleşmesinden daha az olur. Sonuç olarak kolon çapı küçültülebilir ve yapı basitleştirilebilir.
Azot genleşme miktarındaki bir artış, ana kondansatörün sıcaklık farkı üzerinde belirli bir etkiye sahiptir, bu da atık nitrojendeki oksijen içeriğini artıracak ve oksijen ekstraksiyon oranını azaltacaktır. Ancak oksijen saflığı üzerindeki doğrudan etkisi önemli değildir ve ham argon üzerindeki etkisi daha da küçüktür. Azot genişletme, yurtdışındaki büyük-ölçekli hava ayırma birimlerinde zaten benimsenmiştir.
Azot genleşmesinin çalışma ortamı, hava genleşmesinin çalışma ortamından daha temizdir; bu nedenle genişletici daha güvenli koşullar altında çalışabilir. Bunun nedeni, nitrojen genleşmesinin çalışma ortamının alt kolonun üst kısmından çıkarılması ve katı karbon dioksit veya diğer yabancı maddeleri taşıyamamasıdır. Buna karşılık, hava genleşmesinin çalışma ortamı birinci kabarcık kapaklı tepsinin altından çıkarılır ve havadaki karbondioksit genişleticinin içine taşınarak genişleticinin aşınmasına neden olabilir. Ayrıca nitrojen genleşmesi sırasında genleşmeden sonraki basınç 0,12 MPa'dır ve sıcaklık 78,7 K'ye ulaşana kadar sıvı damlacıkları görünmeyecektir; bu nedenle genişleticide sıvı kolayca üretilmez.
Alt sütunun minimum geri akış oranı, üst sütunun rektifiye bölümününkinden daha büyük olduğundan-yani, alt sütundaki geri akış sıvısı üst sütundakinden daha az fazla olduğundan-alt sütundan çıkarılabilecek gaz halindeki nitrojen miktarı, üst sütuna beslenebilecek hava miktarından daha azdır. Tipik olarak nitrojen genleşme miktarı işlenmiş hava miktarının %16'sını aşmazken, hava genleşme miktarı işlenmiş hava miktarının %25'ini aşmaz.
