L'usine ASU produit du gaz liquéfié en suivant les sept étapes suivantes :

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

2. L'air est comprimé jusqu'à ce que la pression de refoulement finale soit déterminée par les taux de récupération et l'état (gazeux ou liquide) des produits. Les pressions typiques se situent entre 5 et 10 bars (pression relative). Le flux d'air peut également être comprimé à différentes pressions afin d'améliorer l'efficacité de l'unité de séparation d'air (ASU). Lors de la compression, l'eau est condensée dans des refroidisseurs intermédiaires.

3. L'air de procédé est généralement filtré à travers un lit de tamis moléculaire, qui élimine toute trace de vapeur d'eau résiduelle, ainsi que le dioxyde de carbone, lequel risquerait de geler et d'obstruer l'équipement cryogénique. Les tamis moléculaires sont souvent conçus pour éliminer les hydrocarbures gazeux présents dans l'air, car ceux-ci peuvent poser problème lors de la distillation ultérieure et provoquer des explosions. Le lit de tamis moléculaire doit être régénéré. Cette régénération s'effectue grâce à l'installation de plusieurs unités fonctionnant en alternance et utilisant le gaz résiduaire sec coproduit 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 des flux cryogéniques de produit (et de déchets). Une partie de l'air se liquéfie pour former un liquide enrichi en oxygène. Le gaz restant, plus riche en azote, est distillé pour obtenir de l'azote quasi pur (typiquement < 1 ppm) dans une colonne de distillation haute pression (HP). Le condenseur de cette colonne nécessite un refroidissement obtenu par détente du flux le plus riche en oxygène à travers une vanne ou un détendeur (compresseur inversé).

5. Alternativement, le condenseur peut être refroidi par échange thermique avec un rebouilleur dans une colonne de distillation basse pression (BP) (fonctionnant à 1,2-1,3 bar abs.) lorsque l'unité de séparation d'air (ASU) produit de l'oxygène pur. Afin de minimiser les coûts de compression, le condenseur/rebouilleur combiné des colonnes HP/BP doit fonctionner avec un écart de température de seulement 1 à 2 degrés Kelvin, ce qui nécessite des échangeurs de chaleur en aluminium brasé à ailettes. La pureté typique de l'oxygène se situe entre 97,5 % et 99,5 % et influe sur le rendement maximal. Le refroidissement nécessaire à la production de produits liquides est obtenu grâce à l'effet Joule-Thomson dans un détendeur qui alimente directement la colonne basse pression en air comprimé. Par conséquent, une partie de l'air ne doit pas être séparée et doit quitter la colonne basse pression sous forme de flux de déchets 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 de vapeur est effectué du côté vapeur de la colonne basse pression.

Dans la colonne où la concentration en argon est la plus élevée, l'argon est acheminé vers une autre colonne de rectification afin d'atteindre la pureté souhaitée. Le liquide ainsi rectifié est ensuite renvoyé au même point de la colonne basse pression. L'utilisation de garnissages structurés modernes, caractérisés par de très faibles pertes de charge, permet d'obtenir des puretés d'argon inférieures à 1 ppm. Bien que l'argon ne représente que moins de 1 % de l'argon entrant, la colonne d'air-argon nécessite une quantité d'énergie importante en raison du taux de reflux élevé (environ 30) requis. Le refroidissement de la colonne d'argon peut être assuré par de l'argon riche en liquide dilaté à froid ou par de l'azote liquide.

7 Enfin, les produits gazeux sont réchauffés à température ambiante au contact de l'air ambiant. Cette opération exige une intégration thermique soigneusement conçue, capable de résister aux perturbations (dues à la commutation des lits de tamis moléculaires). Un système de réfrigération externe supplémentaire peut également être nécessaire au démarrage.