Uma planta de separação de ar é uma instalação industrial que separa o ar natural ou o ar atmosférico em seus gases componentes. Os gases coletados no processo incluem oxigênio, nitrogênio e argônio, bem como alguns gases inertes, como neon, xenônio e criptônio. Como o nitrogênio e o oxigênio são os dois gases mais comuns na atmosfera da Terra, esses dois elementos constituem a maioria dos gases coletados nesse processo.
O processo usado em uma planta de separação de ar é chamado de destilação criogênica. Ao resfriar o ar atmosférico a temperaturas extremamente baixas, os gases componentes podem ser separados e coletados. Formas líquidas de nitrogênio ou oxigênio também podem ser coletadas em algumas plantas.
O processo de destilação criogênica é um procedimento de quatro etapas. Na primeira etapa, o ar atmosférico é limpo e comprimido a uma faixa de pressão de 5 a 10 bar (4-9 atmosferas). O processo de limpeza remove poeira e contaminantes que podem interferir no processo de resfriamento. O processo de compressão aquece o ar para remover vestígios de umidade antes de passar o ar comprimido para um trocador de calor para resfriamento.
Quando o ar comprimido esfria, o próximo passo é a purificação. Esse processo envolve a passagem do ar por uma peneira molecular, que filtra o ar por meio de um processo chamado adsorção. Nesse processo, gases ou moléculas são atraídos para uma superfície adsorvente e formam uma camada sobre o material adsorvente. As peneiras moleculares são projetadas para remover dióxido de carbono, água e gases de hidrocarbonetos.
Uma vez que o ar tenha sido purificado, ele pode ser passado com segurança para a câmara de resfriamento e destilação. A câmara de resfriamento consiste em um trocador de calor e correntes criogênicas. Ao passar por essa câmara, o ar atinge temperaturas suficientemente baixas para permitir a destilação dos gases componentes.
A destilação do ar ocorre na coluna de destilação. Dependendo dos gases a serem coletados, o ar pode passar por mais de uma coluna de destilação. Este componente usa refrigerante e um expansor ou válvula para gerar um efeito Joule-Thomson, que faz com que os gases componentes no ar esfriem e atinjam um estado líquido. Os gases liquefeitos são então coletados e aquecidos à temperatura ambiente para armazenamento ou uso.
Os gases produzidos por uma planta de separação de ar são usados em muitos processos industriais. Em alguns casos, essas formas gasosas desses elementos são transportadas para usuários industriais por meio de dutos diretos. Em outros casos, os itens coletados podem ser armazenados na forma líquida ou gasosa para posterior transporte e uso. Normalmente, grandes quantidades de gases destilados são transportadas na forma líquida em caminhões-tanque. Quantidades menores podem ser transportadas em cilindros pressurizados como gás.