JP7224481B2 - 近接沸騰生成物を回収するためのプロセス - Google Patents
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Description
本出願は、2019年2月8日に出願された米国仮特許出願第62/803,120号の利益を主張し、その内容は参照により本明細書に組み込まれる。
「抽出蒸留槽」という用語は、エタノールおよびイソプロパノールなどの相対揮発性の低い成分を、第3の成分である抽出蒸留剤の添加を使用して蒸留し、成分の相対揮発性を変更するための装置を包含することを意図している。抽出蒸留剤を回収するために、抽出蒸留槽の下流に分離槽を利用する。一実施形態では、分離槽は、抽出蒸留槽から蒸留底物を受容する。一実施形態では、抽出蒸留槽は、蒸留槽から生成物に富む流れを受容する。特定の例では、この蒸留槽は、真空蒸留槽である。
抽出蒸留は、C1含有ガス状基質の発酵から生成された、78.4℃で沸騰するエタノールおよび82.4℃で沸騰するイソプロパノールなどの近接沸騰生成物を効果的に分離することがわかっている。抽出蒸留は、抽出蒸留剤の存在下で、エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れを処理することによって達成される。一実施形態では、抽出蒸留槽は、蒸留槽および分離槽と組み合わせて使用される。一実施形態では、蒸留槽は、発酵ブロスに含まれる微生物の生存率を確保するための条件下で操作される真空蒸留槽である。抽出蒸留と減圧蒸留を組み合わせることにより、発酵ブロスに含まれる微生物の生存率を確保しながら、近接沸騰生成物を分離することができる。
a.微生物バイオマス、エタノール、およびイソプロパノールを含む発酵ブロスを、バイオリアクタから真空蒸留槽に渡すことと、
b.発酵ブロスを部分的に蒸発させて、生成物に富む流れであって、エタノールおよびイソプロパノールを含む、生成物に富む流れと、生成物が枯渇した流れであって、微生物バイオマスを含む、生成物が枯渇した流れと、を生成することと、
c.生成物が枯渇した流れの少なくとも一部分を、バイオリアクタに戻すことと、
d.生成物に富む流れの少なくとも一部分を、抽出蒸留槽に渡すことと、
e.抽出蒸留剤の存在下で抽出蒸留槽内で生成物に富む流れを蒸留して、オーバーヘッド生成物および蒸留底物を得ることであって、
i.エタノールの少なくとも一部分が、オーバーヘッド生成物に回収され、イソプロパノールの少なくとも一部分が、蒸留底物に回収されるか、または
ii.イソプロパノールの少なくとも一部分が、オーバーヘッド生成物に回収され、エタノールの少なくとも一部分が、蒸留底物に回収される、得ることと、を含む、方法である。
a.エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れを、脱水反応器に渡すことと、
b.生成物に富む流れを脱水して、エチレンおよびプロピレンを含む脱水された生成物の流れ、および水に富む流れを生成することと、
c.水に富む流れをバイオリアクタに渡すことと、を含む、方法である。
a.エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れを、抽出蒸留槽に渡すことと、
b.抽出蒸留剤の存在下で生成物に富む流れを蒸留して、オーバーヘッド生成物および蒸留底物を得ることであって、
i.イソプロパノールの少なくとも一部分が、オーバーヘッド生成物に回収され、エタノールの少なくとも一部分が、蒸留底物に回収されるか、または
ii.エタノールの少なくとも一部分が、オーバーヘッド生成物に回収され、イソプロパノールの少なくとも一部分が、蒸留底物に回収される、得ることと、を含む、方法である。
本発明の様々な実施形態を以下に示す。
1.発酵ブロスから生成物を回収するための方法であって、
a.微生物バイオマス、エタノール、およびイソプロパノールを含む発酵ブロスを、バイオリアクタから真空蒸留槽に渡すことと、
b.前記発酵ブロスを部分的に蒸発させて、生成物に富む流れであって、エタノールおよびイソプロパノールを含む、生成物に富む流れと、生成物が枯渇した流れであって、微生物バイオマスを含む、生成物が枯渇した流れと、を生成することと、
c.前記生成物が枯渇した流れの少なくとも一部分を、前記バイオリアクタに戻すことと、
d.生成物に富む流れの少なくとも一部分を、抽出蒸留槽に渡すことと、
e.抽出蒸留剤の存在下で前記抽出蒸留槽内で前記生成物に富む流れを蒸留して、オーバーヘッド生成物および蒸留底物を得ることであって、
i.前記エタノールの少なくとも一部分が、前記オーバーヘッド生成物に回収され、前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収されるか、または
ii.前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記オーバーヘッド生成物に回収され、前記エタノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収される、得ることと、を含む、方法。
2.前記エタノールの少なくとも一部分が、前記オーバーヘッド生成物に回収され、前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収され、
前記抽出蒸留剤が、アルファ-ピネン、ベータ-ピネン、メチルイソブチルケトン、リモネン、アルファ-フェランドレン、アルファ-テルピネン、ミルセン、カラン、p-メンタ-1,5-ジエン、ブチルエーテル、1-メトキシ-2-プロパノール、n-ブチル酢酸、酢酸n-アミル、酢酸ベンジル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、アセト酢酸メチル、二酢酸エチレングリコール、酢酸2-ブトキシエチル、酪酸メチル、プロピオン酸エチル、n-吉草酸エチル、安息香酸ブチル、安息香酸エチル、ピリジン、N,N-ジメチルアニリン、o-sec.ブチルフェノール、3-イソプロピルフェノール、2,6-ジメチルフェノール、o-tert.ブチルフェノール、4-エチルフェノール、フタル酸ジエチル、フタル酸ジイソオクチル、アジピン酸ジメチル、三酢酸グリセリン、マロン酸ジエチル、グルタル酸ジメチル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、プロポキシプロパノール、ブトキシプロパノール、p-キシレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールt-ブチルエーテルメチルエーテル、トリエチレングリコールジアセテート、アニソール、フェネトール、フェニルエーテル、1,2-メチレンジオキシベンゼン、イソホロン、エチル-3-エトキシプロピオネート、テトラエチルオルトシリケート、2-ヒドロキシアセトフェノン、1,1,1-トリクロロエタン、テトラクロロエチレン、2,2,2-トリクロロエタノール、m-ジクロルベンゼン、クロロベンゼン、2,6-ジクロロトルエン、1-クロロヘキサン、ジエチレングリコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、スルホラン、イソホロン、2-ピロリジオン、1-メチル-2ピロリンジノン、イソデシルアルコール、シクロドデカノール、ベンジルアルコール、1-ドデカノール、トリデシルアルコール、フェネチルアルコール、シクロヘキサノール、シクロペンタノール、2-ニトロプロパン、1-ニトロプロパン、ニトロエタン、ニトロメタン、3-ニトロトルエン、2-ニトロトルエン、トリアセチン、3-ニトロ-o-キシレン、1,4-ジオキサン、酢酸イソブチル、酪酸エチル、ギ酸イソアミル、カプロン酸メチル、カプロン酸エチル、カプロン酸プロピル、1-メトキシ-2-プロパノールアセテート、イソブチルイソブチレート、ヘキシルアセテート、エチルイソブチレート、酪酸プロピル、酪酸イソブチル、酢酸イソボルニル、1,3-ジオキソラン、ニトロベンゼン、酪酸ブチル、4-メチル-2-ペンタノン、およびポリエチレングリコール400からなる群から選択される少なくとも1つの材料を含む、上記1に記載の方法。
3.前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記オーバーヘッド生成物に回収され、前記エタノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収され、
前記抽出蒸留剤が、エチルベンゼン、トルエン、p-キシレン、ヘプタン、フェノール、および2-tert-ブチルフェノールからなる群から選択される少なくとも1つの材料を含む、上記1に記載の方法。
4.前記生成物に富む流れが、前記抽出蒸留槽に渡される前に精留塔に渡される、上記1に記載の方法。
5.前記抽出蒸留剤が、少なくとも5:1の抽出蒸留剤対イソプロパノール比または少なくとも5:1の抽出蒸留剤対エタノール比で、前記抽出蒸留槽に添加される、上記1に記載の方法。
6.前記発酵ブロスが、酢酸、アセトン、3-ヒドロキシブチレート、イソブタノール、n-プロパノール、n-ブタノール、および/または2,3-ブタンジオールからなる群から選択される1つ以上の副生成物をさらに含む、上記1に記載の方法。
7.少なくとも1つの副生成物の少なくとも一部分が、サイドドローによって除去される、上記6に記載の方法。
8.前記3-ヒドロキシブテレート、イソブタノール、n-プロパノール、および/またはn-ブタノールの少なくとも一部分が、サイドドローによって除去される、上記6に記載の方法。
9.前記発酵ブロスが、アセトンをさらに含み、前記アセトンの少なくとも一部分が、前記バイオリアクタに再循環される、上記1に記載の方法。
10.前記抽出蒸留槽が、熱統合されている、上記1に記載の方法。
11.前記蒸留底物を分離槽に渡して、イソプロパノールに富む流れまたはエタノールに富む流れ、および抽出蒸留剤に富む流れを生成することと、
前記抽出蒸留剤に富む流れの少なくとも一部分を、前記抽出蒸留槽に渡すことと、をさらに含む、上記1に記載の方法。
12.前記バイオリアクタが、発酵ブロスの体積を定義し、前記発酵ブロスが、ある供給速度で前記真空蒸留槽に渡され、前記供給速度が、1時間当たりのバイオリアクタの体積に関して定義され、前記供給速度が、0.05~0.5である、上記1に記載の方法。
13.前記発酵ブロスが、滞留時間を定義し、前記滞留時間が、前記発酵ブロスが前記真空蒸留槽内にある時間として定義され、前記滞留時間が、0.5~15分である、上記1に記載の方法。
14.前記真空蒸留槽が、一連の蒸留トレイから構成される分離セクションを定義する、上記1に記載の方法。
15.前記真空蒸留槽が、3つを超える蒸留段から構成される分離セクションを定義する、上記1に記載の方法。
16.前記真空蒸留槽が、充填材料から構成される分離セクションを定義する、上記1に記載の方法。
17.前記生成物が枯渇した流れが、少なくとも20パーセント生存可能である微生物バイオマスを含む、上記1に記載の方法。
18.前記生成物が枯渇した流れが、前記発酵ブロス中に10%未満のエタノールおよびイソプロパノールを含む、上記1に記載の方法。
19.前記真空蒸留槽が、前記真空蒸留槽の高さにわたる圧力降下を定義し、前記圧力降下が、3.2kPa(絶対)未満である、上記1に記載の方法。
20.前記真空蒸留槽が、4kPa(絶対)~10kPa(絶対)の圧力で操作される、上記1に記載の方法。
21.前記真空蒸留槽が、30℃~50℃の温度で操作される、上記1に記載の方法。
22.前記生成物が枯渇した流れが、前記生成物が枯渇した流れが前記バイオリアクタに渡される前に、前記生成物が枯渇した流れの温度を低下させるために冷却手段に渡される、上記1に記載の方法。
23.前記生成物が枯渇した流れの前記温度が、30℃~40℃である、上記22に記載の方法。
24.前記発酵ブロスを前記真空蒸留槽に渡す前に、前記発酵ブロスの少なくとも一部分を脱気することをさらに含む、上記1に記載の方法。
25.前記バイオリアクタが、産業プロセスからのC1含有ガスの発酵のための条件下で操作される、上記1に記載の方法。
26.前記産業プロセスが、炭水化物発酵、ガス発酵、セメント製造、パルプおよび製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製品、コークス製造、嫌気性または好気性消化、ガス化、熱分解、焙焼、天然ガス抽出、石油抽出、冶金プロセス、ならびに触媒プロセスを含む群から選択される、上記25に記載の方法。
27.生成物に富む流れから生成物を回収するための方法であって、
エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れを、脱水反応器に渡すことと、
前記生成物に富む流れを脱水して、エチレンおよびプロピレンを含む脱水された生成物の流れ、および水に富む流れを生成することと、
前記水に富む流れを前記バイオリアクタに渡すことと、を含む、方法。
28.前記生成物に富む流れの少なくとも一部分が、微生物バイオマス、エタノール、およびイソプロパノールを含む発酵ブロスを部分的に気化させて、前記生成物に富む流れおよび微生物バイオマスを含む生成物が枯渇した流れを生成する条件で操作される真空蒸留槽から受容される、上記27に記載の方法。
29.前記生成物に富む流れの少なくとも一部分が、エタノール、イソプロパノール、および水を含む発酵ブロスを蒸留して、エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れならびに水を含む生成物が枯渇した流れを生成する条件で操作される蒸留槽から受容される、上記27に記載の方法。
30.前記バイオリアクタが、産業プロセスからのC1含有ガスの発酵のための条件下で操作される、上記27に記載の方法。
31.前記脱水反応器が、200℃~500℃の温度で操作される、上記27に記載の方法。
32.前記脱水反応器が、0MPA(ゲージ)~8.3MPA(ゲージ)までの圧力で操作される、上記27に記載の方法。
33.前記生成物に富む流れが、0.1時間-1~30時間-1の毎時重量空間速度で前記脱水反応器に渡される、上記27に記載の方法。
34.前記生成物に富む流れが、20~100重量%のエタノールを含む、上記27に記載の方法。
35.前記脱水反応器が、アルミナ、修飾アルミナ、結晶性またはアモルファスシリコアルミネート、および修飾シリコアルミネートからなる群から選択される少なくとも1つの触媒を含む、上記27に記載の方法。
36.前記脱水された生成物の流れの少なくとも一部分が、炭化水素燃料の少なくとも一部分にさらに変換される、上記27に記載の方法。
37.前記脱水された生成物の流れの少なくとも一部分が重合される、上記27に記載の方法。
38.前記脱水された生成物の流れの少なくとも一部分が、重合される前に、エチレンに富む流れおよびプロピレンに富む流れに分離される、上記37に記載の方法。
39.生成物に富む流れから生成物を回収するための方法であって、
a.エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れを、抽出蒸留槽に渡すことと、
b.抽出蒸留剤の存在下で前記生成物に富む流れを蒸留して、オーバーヘッド生成物および蒸留底物を得ることであって、
i.前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記オーバーヘッド生成物に回収され、前記エタノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収されるか、または
ii.前記エタノールの少なくとも一部分が、前記オーバーヘッド生成物に回収され、前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収される、得ることと、を含む、方法。
40.前記生成物に富む流れの少なくとも一部分が、エタノール、イソプロパノール、および水を含む発酵ブロスを蒸留して、エタノールおよびイソプロパノールを含む生成物に富む流れならびに水を含む生成物が枯渇した流れを生成する条件で操作される蒸留槽から受容される、上記39に記載の方法。
Claims (25)
- 発酵ブロスから生成物を回収するための方法であって、
a.微生物バイオマス、エタノール、アセトン、およびイソプロパノールを含む発酵ブロスを、バイオリアクタから真空蒸留槽に渡すことと、
b.前記発酵ブロスを部分的に蒸発させて、生成物に富む流れであって、エタノール、アセトン、およびイソプロパノールを含む、生成物に富む流れと、生成物が枯渇した流れであって、微生物バイオマスを含む、生成物が枯渇した流れと、を生成することと、
c.前記生成物に富む流れを精留塔に渡し、第1のオーバーヘッド生成物流および蒸留底物流を得ることと、
d.前記第1のオーバーヘッド生成物流を熱交換器に渡し、アセトンを含む流れ、ならびにエタノールおよびイソプロパノールを含む処理された生成物に富む流れを生成することと、
e.前記生成物が枯渇した流れの少なくとも一部分を、前記バイオリアクタに戻すことと、
f.前記処理された生成物に富む流れの少なくとも一部分を、抽出蒸留槽に渡すことと、
g.抽出蒸留剤の存在下で前記抽出蒸留槽内で前記処理された生成物に富む流れを蒸留して、第2のオーバーヘッド生成物および蒸留底物を得ることであって、
i.前記エタノールの少なくとも一部分が、前記第2のオーバーヘッド生成物に回収され、前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収されるか、または
ii.前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記第2のオーバーヘッド生成物に回収され、前記エタノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収される、得ることと、を含む、方法。 - 前記エタノールの少なくとも一部分が、前記第2のオーバーヘッド生成物に回収され、前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収され、
前記抽出蒸留剤が、アルファ-ピネン、ベータ-ピネン、メチルイソブチルケトン、リモネン、アルファ-フェランドレン、アルファ-テルピネン、ミルセン、カラン、p-メンタ-1,5-ジエン、ブチルエーテル、1-メトキシ-2-プロパノール、n-ブチル酢酸、酢酸n-アミル、酢酸ベンジル、エチレングリコールエチルエーテルアセテート、アセト酢酸メチル、二酢酸エチレングリコール、酢酸2-ブトキシエチル、酪酸メチル、プロピオン酸エチル、n-吉草酸エチル、安息香酸ブチル、安息香酸エチル、ピリジン、N,N-ジメチルアニリン、o-sec.ブチルフェノール、3-イソプロピルフェノール、2,6-ジメチルフェノール、o-tert.ブチルフェノール、4-エチルフェノール、フタル酸ジエチル、フタル酸ジイソオクチル、アジピン酸ジメチル、三酢酸グリセリン、マロン酸ジエチル、グルタル酸ジメチル、テトラヒドロフラン、エチレングリコールフェニルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールヘキシルエーテル、プロポキシプロパノール、ブトキシプロパノール、p-キシレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールt-ブチルエーテルメチルエーテル、トリエチレングリコールジアセテート、アニソール、フェネトール、フェニルエーテル、1,2-メチレンジオキシベンゼン、イソホロン、エチル-3-エトキシプロピオネート、テトラエチルオルトシリケート、2-ヒドロキシアセトフェノン、1,1,1-トリクロロエタン、テトラクロロエチレン、2,2,2-トリクロロエタノール、m-ジクロルベンゼン、クロロベンゼン、2,6-ジクロロトルエン、1-クロロヘキサン、ジエチレングリコール、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、スルホラン、イソホロン、2-ピロリジオン、1-メチル-2ピロリンジノン、イソデシルアルコール、シクロドデカノール、ベンジルアルコール、1-ドデカノール、トリデシルアルコール、フェネチルアルコール、シクロヘキサノール、シクロペンタノール、2-ニトロプロパン、1-ニトロプロパン、ニトロエタン、ニトロメタン、3-ニトロトルエン、2-ニトロトルエン、トリアセチン、3-ニトロ-o-キシレン、1,4-ジオキサン、酢酸イソブチル、酪酸エチル、ギ酸イソアミル、カプロン酸メチル、カプロン酸エチル、カプロン酸プロピル、1-メトキシ-2-プロパノールアセテート、イソブチルイソブチレート、ヘキシルアセテート、エチルイソブチレート、酪酸プロピル、酪酸イソブチル、酢酸イソボルニル、1,3-ジオキソラン、ニトロベンゼン、酪酸ブチル、4-メチル-2-ペンタノン、およびポリエチレングリコール400からなる群から選択される少なくとも1つの材料を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記イソプロパノールの少なくとも一部分が、前記第2のオーバーヘッド生成物に回収され、前記エタノールの少なくとも一部分が、前記蒸留底物に回収され、
前記抽出蒸留剤が、エチルベンゼン、トルエン、p-キシレン、ヘプタン、フェノール、および2-tert-ブチルフェノールからなる群から選択される少なくとも1つの材料を含む、請求項1に記載の方法。 - 前記抽出蒸留剤が、少なくとも5:1の抽出蒸留剤対イソプロパノール比または少なくとも5:1の抽出蒸留剤対エタノール比で、前記抽出蒸留槽に添加される、請求項1に記載の方法。
- 前記発酵ブロスが、酢酸、アセトン、3-ヒドロキシブチレート、イソブタノール、n-プロパノール、n-ブタノール、および/または2,3-ブタンジオールからなる群から選択される1つ以上の副生成物をさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つの副生成物の少なくとも一部分が、サイドドローによって精留塔から除去される、請求項5に記載の方法。
- 前記3-ヒドロキシブテレート、イソブタノール、n-プロパノール、および/またはn-ブタノールの少なくとも一部分が、サイドドローによって除去される、請求項5に記載の方法。
- 前記アセトンの少なくとも一部分が、前記バイオリアクタに再循環される、請求項1に記載の方法。
- 前記抽出蒸留槽が、熱統合されている、請求項1に記載の方法。
- 前記蒸留底物を分離槽に渡して、イソプロパノールに富む流れまたはエタノールに富む流れ、および抽出蒸留剤に富む流れを生成することと、
前記抽出蒸留剤に富む流れの少なくとも一部分を、前記抽出蒸留槽に渡すことと、をさらに含む、請求項1に記載の方法。 - 前記バイオリアクタが、発酵ブロスの体積を定義し、前記発酵ブロスが、ある供給速度で前記真空蒸留槽に渡され、前記供給速度が、1時間当たりのバイオリアクタの体積に関して定義され、前記供給速度が、0.05~0.5である、請求項1に記載の方法。
- 前記発酵ブロスが、滞留時間を定義し、前記滞留時間が、前記発酵ブロスが前記真空蒸留槽内にある時間として定義され、前記滞留時間が、0.5~15分である、請求項1に記載の方法。
- 前記真空蒸留槽が、一連の蒸留トレイから構成される分離セクションを定義する、請求項1に記載の方法。
- 前記真空蒸留槽が、3つを超える蒸留段から構成される分離セクションを定義する、請求項1に記載の方法。
- 前記真空蒸留槽が、充填材料から構成される分離セクションを定義する、請求項1に記載の方法。
- 前記生成物が枯渇した流れが、少なくとも20パーセント生存可能である微生物バイオマスを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記生成物が枯渇した流れが、前記発酵ブロス中に10%未満のエタノールおよびイソプロパノールを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記真空蒸留槽が、前記真空蒸留槽の高さにわたる圧力降下を定義し、前記圧力降下が、3.2kPa(絶対)未満である、請求項1に記載の方法。
- 前記真空蒸留槽が、4kPa(絶対)~10kPa(絶対)の圧力で操作される、請求項1に記載の方法。
- 前記真空蒸留槽が、30℃~50℃の温度で操作される、請求項1に記載の方法。
- 前記生成物が枯渇した流れが、前記生成物が枯渇した流れが前記バイオリアクタに渡される前に、前記生成物が枯渇した流れの温度を低下させるために冷却手段に渡される、請求項1に記載の方法。
- 前記生成物が枯渇した流れの前記温度が、30℃~40℃である、請求項21に記載の方法。
- 前記発酵ブロスを前記真空蒸留槽に渡す前に、前記発酵ブロスの少なくとも一部分を脱気することをさらに含む、請求項1に記載の方法。
- 前記バイオリアクタが、産業プロセスからのC1含有ガスの発酵のための条件下で操作される、請求項1に記載の方法。
- 前記産業プロセスが、炭水化物発酵、ガス発酵、セメント製造、パルプおよび製紙、製鋼、石油精製および関連プロセス、石油化学製品、コークス製造、嫌気性または好気性消化、ガス化、熱分解、焙焼、天然ガス抽出、石油抽出、冶金プロセス、ならびに触媒プロセスを含む群から選択される、請求項24に記載の方法。
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