תהליך המשתמש בחנקן כמדיום העבודה של המרחיב נקרא התרחבות חנקן. הרחבת חנקן מחולקת לשתי קטגוריות: הרחבת חנקן טהורה והרחבת חנקן פסולת.
תהליך התפשטות החנקן הטהור מוצג באיור 12. חנקן טהור מופק מהחלק העליון של העמודה התחתונה ומהחלק העליון של צד החנקן של המעבה הראשי. חלק ממנו מחומם מחדש דרך המעבר הרגנרטיבי של מחליף החום ההפוכה, ולאחר מכן משולב ומוזן למרחיב הטורבו-. לאחר ההתפשטות, החנקן נשאב כחנקן תוצר דרך מחליף החום של-הצלחות.
תהליך הרחבת פסולת החנקן מוצג באיור 13. פסולת חנקן המכילה כ-1% חמצן מופקת מאמצע העמודה התחתונה. חלק ממנו מחומם מחדש דרך המעבר הרגנרטיבי של מחליף החום ההפוכה, ולאחר מכן משולב ומוזן למרחיב הטורבו-. לאחר ההתפשטות, פסולת החנקן מחוממת מחדש דרך התת-מצנן- ומחליף החום ההפוכה כדי לשחזר אנרגיה קרה, ולאחר מכן מופרשת לאטמוספירה לאחר ספיגת חום האידוי של מי הקירור במגדל הקירור האידוי.
מכיוון שמופק חנקן מהעמוד התחתון, יורדת עיבוי החנקן הנוזלי במעבה הראשי. כתוצאה מכך, כמות החנקן הנוזלי הרפלוקס המוזן לעמוד העליון מצטמצם, מה שמאפשר ליחס הריפלוקס של עמודת הזיקוק להגיע לערך סביר יותר. זה מנצל במלואו את פוטנציאל הזיקוק של העמודה העליונה ומשפר את קצב מיצוי החמצן.
היתרונות והחסרונות של הרחבת חנקן הם כדלקמן:
הגז לאחר התפשטות החנקן אינו נכנס לעמוד העליון; לכן, הוא אינו משפיע ישירות על תנאי הזיקוק של העמודה העליונה. חום-העל שלו לאחר ההתפשטות יכול להיות גבוה מזה של התפשטות האוויר, והלחץ לאחר ההתפשטות יכול להיות גם מעט נמוך מזה של התפשטות האוויר. לפיכך, קיבולת הקירור של היחידה גדולה מזו של התפשטות האוויר. תחת אובדן קור מסוים של ציוד, ניתן להפחית את כמות ההרחבה הנדרשת.
מכיוון שהגז המורחב אינו נכנס לעמוד העליון ועומס החום של המעבה הראשי מצטמצם, כמות הגז העולה בעמודה העליון קטנה מזו שבהתפשטות האוויר. כתוצאה מכך, ניתן להקטין את קוטר העמוד, ולפשט את המבנה.
לעלייה בכמות התפשטות החנקן יש השפעה מסוימת על הפרש הטמפרטורות של המעבה הראשי, מה שיגדיל את תכולת החמצן בחנקן הפסולת ותפחית את קצב מיצוי החמצן. עם זאת, השפעתו הישירה על טוהר החמצן אינה משמעותית, והשפעתו על ארגון גולמי קטנה עוד יותר. הרחבת חנקן כבר אומצה ביחידות הפרדת אוויר גדולות- בחו"ל.
מדיום העבודה של התפשטות החנקן נקי יותר מזה של התפשטות האוויר; לכן, המרחיב יכול לפעול בתנאים בטוחים יותר. הסיבה לכך היא שאמצעי העבודה של התפשטות החנקן מופק מהחלק העליון של העמוד התחתון, והוא אינו יכול לשאת פחמן דו חמצני מוצק או זיהומים אחרים. לעומת זאת, מדיום העבודה של התפשטות האוויר נשלף מתחת למגש מכסה הבועות הראשון, ופחמן דו-חמצני באוויר עלול להיסחף לתוך המרחיב, ולגרום לבלאי למרחיב. יתרה מכך, במהלך התפשטות החנקן, הלחץ לאחר ההתפשטות הוא 0.12 MPa, וטיפות נוזל לא יופיעו עד שהטמפרטורה תגיע ל-78.7 K; לכן, נוזל לא נוצר בקלות במרחיב.
מכיוון שיחס הריפלוקס המינימלי של העמודה התחתונה גדול מזה של החלק המיישר של העמודה העליונה-כלומר, נוזל הריפלוקס בעמודה התחתונה פחות עודף מזה שבעמודה העליונה-כמות החנקן הגזי שניתן להפיק מהעמודה התחתונה קטנה מכמות האוויר שניתן להזין לעמוד העליון. בדרך כלל, כמות התפשטות החנקן אינה עולה על 16% מכמות האוויר המעובד, בעוד שכמות התפשטות האוויר אינה עולה על 25% מכמות האוויר המעובד.
