L'usine ASU produit du gaz liquide selon les sept étapes suivantes :

1.Avant la compression, l'air est préfiltré de la poussière.

2. L'air est comprimé, la pression finale étant déterminée par les taux de récupération et l'état fluide (gazeux ou liquide) des produits. Les pressions typiques varient entre 5 et 10 bars. Le flux d'air peut également être comprimé à différentes pressions pour améliorer l'efficacité de l'ASU. Pendant la compression, l'eau est condensée dans des refroidisseurs intermédiaires.

3. L'air de procédé passe généralement à travers un lit de tamis moléculaires, qui élimine la vapeur d'eau résiduelle ainsi que le dioxyde de carbone, qui gèleraient et obstrueraient les équipements cryogéniques. Les tamis moléculaires sont souvent conçus pour éliminer les hydrocarbures gazeux de l'air, car ceux-ci peuvent poser problème lors de la distillation ultérieure de l'air et provoquer des explosions. Le lit de tamis moléculaires doit être régénéré. Pour ce faire, plusieurs unités fonctionnant en alternance sont installées et les gaz résiduaires secs coproduits sont utilisés pour désorber l'eau.

4. L'air de procédé traverse un échangeur de chaleur intégré (généralement un échangeur à plaques et ailettes) et est refroidi par les flux cryogéniques du produit (et des déchets). Une partie de l'air se liquéfie pour former un liquide enrichi en oxygène. Le gaz restant, plus riche en azote, est distillé en azote presque pur (généralement < 1 ppm) dans une colonne de distillation haute pression (HP). Le condenseur de cette colonne nécessite une réfrigération obtenue par détente du flux plus riche en oxygène à travers une vanne ou un détendeur (compresseur inverse).

5 Alternativement, le condenseur peut être refroidi par échange de chaleur avec un rebouilleur dans une colonne de distillation basse pression (BP) (fonctionnant à 1,21,3 bar abs.) lorsque l'ASU produit de l'oxygène pur. Pour minimiser le coût de compression, le condenseur/rebouilleur combiné des colonnes HP/BP doit fonctionner avec une différence de température de seulement 1 à 2 degrés Kelvin, ce qui nécessite des échangeurs de chaleur à plaques et ailettes en aluminium brasé. Les puretés typiques de l'oxygène varient de 97,5 % à 99,5 % et influencent la récupération maximale d'oxygène. La réfrigération nécessaire à la production de produits liquides est obtenue par l'effet JT dans un détendeur qui alimente directement la colonne basse pression en air comprimé. Par conséquent, une certaine partie de l'air ne doit pas être séparée et doit quitter la colonne basse pression sous forme de flux résiduel par sa partie supérieure.

6. Le point d'ébullition de l'argon (87,3 K dans les conditions normales) se situant entre celui de l'oxygène (90,2 K) et celui de l'azote (77,4 K), l'argon s'accumule dans la partie inférieure de la colonne basse pression. Lors de la production d'argon, un soutirage latéral de vapeur est effectué depuis la colonne basse pression.

Colonne où la concentration en argon est la plus élevée. L'argon est ensuite rectifié vers une autre colonne, à la pureté souhaitée, puis le liquide est renvoyé au même endroit dans la colonne BP. L'utilisation de garnissages structurés modernes à très faibles pertes de charge permet d'obtenir des puretés d'argon inférieures à 1 ppm. Bien que l'argon soit présent dans moins de 1 % du volume entrant, la colonne air-argon nécessite une quantité importante d'énergie en raison du taux de reflux élevé requis (environ 30). Le refroidissement de la colonne d'argon peut être assuré par un liquide riche détendu froid ou par de l'azote liquide.

Enfin, les produits fabriqués sous forme gazeuse sont réchauffés à température ambiante par l'air entrant. Cela nécessite une intégration thermique minutieusement conçue, garantissant une résistance aux perturbations (dues à la commutation des tamis moléculaires). Une réfrigération externe supplémentaire peut également être nécessaire lors du démarrage.