Proces koji koristi dušik kao radni medij ekspandera naziva se ekspanzija dušika. Ekspanzija dušika podijeljena je u dvije kategorije: ekspanzija čistog dušika i ekspanzija otpadnog dušika.
Proces ekspanzije čistog dušika prikazan je na slici 12. Čisti dušik ekstrahira se s vrha donje kolone i s vrha strane dušika glavnog kondenzatora. Dio se ponovno zagrijava kroz regenerativni prolaz okretnog izmjenjivača topline, zatim se kombinira i dovodi u turbo-ekspander. Nakon ekspanzije, dušik se izvlači kao produkt dušika kroz pločasti-izmjenjivač topline.
Proces ekspanzije otpadnog dušika prikazan je na slici 13. Otpadni dušik koji sadrži približno 1% kisika ekstrahira se iz sredine donjeg stupca. Dio se ponovno zagrijava kroz regenerativni prolaz okretnog izmjenjivača topline, zatim se kombinira i dovodi u turbo-ekspander. Nakon ekspanzije, otpadni dušik se ponovno zagrijava kroz pothladnjak-ukapljivač i obrnuti izmjenjivač topline kako bi se povratila hladna energija, a zatim se ispušta u atmosferu nakon apsorpcije topline isparavanja rashladne vode u evaporativnom rashladnom tornju.
Budući da se dušik izdvaja iz donje kolone, kondenzacija tekućeg dušika u glavnom kondenzatoru se smanjuje. Posljedično, količina refluksnog tekućeg dušika koji se dovodi u gornju kolonu je smanjena, dopuštajući da omjer refluksa destilacijske kolone dosegne razumniju vrijednost. Time se u potpunosti iskorištava destilacijski potencijal gornjeg stupca i poboljšava brzina ekstrakcije kisika.
Prednosti i nedostaci ekspanzije dušika su sljedeći:
Plin nakon ekspanzije dušika ne ulazi u gornji stupac; stoga ne utječe izravno na uvjete destilacije gornje kolone. Njegovo pregrijavanje nakon ekspanzije može biti veće od tlaka zračne ekspanzije, a tlak nakon ekspanzije također može biti nešto niži od tlaka zračne ekspanzije. Stoga je kapacitet hlađenja jedinice veći od kapaciteta zračne ekspanzije. Pod određenim gubitkom hladnoće opreme, potrebna količina ekspanzije može se smanjiti.
Budući da ekspandirani plin ne ulazi u gornji stupac i toplinsko opterećenje glavnog kondenzatora je smanjeno, uzlazna količina plina u gornjem stupcu manja je od one u ekspanziji zraka. Posljedično, promjer stupca se može smanjiti, a struktura može biti pojednostavljena.
Povećanje ekspanzijske količine dušika ima određeni učinak na temperaturnu razliku glavnog kondenzatora, što će povećati sadržaj kisika u otpadnom dušiku i smanjiti brzinu ekstrakcije kisika. Međutim, njegov izravan utjecaj na čistoću kisika nije značajan, a njegov učinak na sirovi argon još je manji. Ekspanzija dušika već je usvojena u-velikim jedinicama za odvajanje zraka u inozemstvu.
Radni medij ekspanzije dušika čišći je od one ekspanzije zraka; stoga ekspander može raditi u sigurnijim uvjetima. To je zato što se radni medij ekspanzije dušika izdvaja iz gornjeg dijela donjeg stupca i ne može nositi čvrsti ugljični dioksid ili druge nečistoće. Nasuprot tome, radni medij ekspanzije zraka izvlači se ispod prve ladice s poklopcem s mjehurićima, a ugljični dioksid u zraku može se unijeti u ekspander, uzrokujući trošenje ekspandera. Štoviše, tijekom ekspanzije dušika, tlak nakon ekspanzije je 0,12 MPa, a kapljice tekućine neće se pojaviti sve dok temperatura ne dosegne 78,7 K; stoga se tekućina ne stvara lako u ekspanderu.
Budući da je minimalni omjer refluksa donjeg stupca veći od onog dijela za ispravljanje gornjeg stupca-to jest, refluksna tekućina u donjem stupcu je manji višak nego onaj u gornjem stupcu-količina plinovitog dušika koji se može ekstrahirati iz donjeg stupca manja je od količine zraka koji se može unijeti u gornji stupac. Tipično, količina ekspanzije dušika ne prelazi 16% količine obrađenog zraka, dok količina ekspanzije zraka ne prelazi 25% količine obrađenog zraka.
