JPS6225407B2 - - Google Patents

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JPS6225407B2
JPS6225407B2 JP55053012A JP5301280A JPS6225407B2 JP S6225407 B2 JPS6225407 B2 JP S6225407B2 JP 55053012 A JP55053012 A JP 55053012A JP 5301280 A JP5301280 A JP 5301280A JP S6225407 B2 JPS6225407 B2 JP S6225407B2
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Linde GmbH
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各作動サイクルが少なくとも1つの吸
着工程即ち吸着位相、2つの膨脹位相、1つの脱
着位相及び1つの圧力蓄積位相を含んでいる如き
周期的に切換可能の夫々同じ作動サイクルを行う
多数の吸着装置を利用してガス混合物の浄化又は
分離を行う可変圧力吸着方法に関する。
このような方法は例えば西独国公告公報
2038261により公知である。上述の公報に記載さ
れた4個の周期的に切換可能の吸着装置によつて
作動する方法は、唯1つの吸着位相に引続いて4
つの膨脹位相、1つの脱着位相並びに3つの圧力
蓄積位相を有する。脱着は第2の膨脹位相の間に
流出するガス混合物による洗浄によつて行われ
る。最終の膨脹ガスは脱着の際に脱着成分を多分
に含ませられた洗滌ガスと同様に排出される。第
1及び第3の膨脹位相は夫々第2或いは第1の圧
力蓄積位相にある他の吸着装置と圧力平衡の状態
にある。第2の膨脹位相は吸着の間に生ずる流れ
の方向と同向流にて行われ、第4及び最後の膨脹
位相は対向流にて行われる。その場合吸着前線
(Adsorptionsfront)は吸着位相の終期に於ても
尚吸着装置内部充填体(Adsorptions−
schuettung)の内部にある。吸着前線が前記内
部充填体を突破するのは早くても2つの第1の膨
脹位相の経過後である。従つて吸着装置内部充填
体が完全に負荷即ち吸着作用を終了するのは吸着
圧力に対して著しく圧力が低減された時に始めて
生ずるのである。吸着される成分に対する吸着装
置内部充填体の収容能力は、吸着される量が圧力
の低下につれて減少する為に或る程度しか活用さ
れないのである。このような特別の処理方法の意
義は、脱着される成分を実際上含んでいないで、
この場合浄化された生成ガスの組成を有する脱着
補助用の洗滌ガスを得る点にあるのである。その
結果として、収得される生成ガスの少なからざる
部分が排出によつて失われることになり、これは
主として洗滌によつて生ずる脱着位相の間に行わ
れるが、又最後の膨脹位相の間にも行われる。何
故ならば最後の膨脹ガスが同様に収得されるべき
生成ガスの1部を含んでいるからである。
本発明の目的は、吸着装置内部充填体の吸収能
力を最大限に活用し、生成ガスの損失を可能な限
り低減させたことを特徴とする冒頭に述べた種類
の方法を提供することである。
上述の目的は本発明により脱着を、供給される
ガス混合物の吸着される成分に比して吸着性の劣
る外部ガスによる洗浄により行い、前記脱着の後
に除去位相を設け、前記外部ガスの除去を前記膨
脹位相の間に流出されるガス又はガス混合物によ
つて行うことによつて解決される。
上述の工程を利用することは第1に脱着の間に
生成ガスが何等失われないようになす。更に又吸
着装置内部充填体の吸収能力に対する上述の不利
な作用の原因も排除されるのである。何故ならば
本発明による方法に於ては洗滌ガスが根本的に異
なる他の方法で準備されるからである。吸着前線
は吸着位相の間に既に殆ど全部の内部充填体にわ
たつて通過して吸着作用が全工程中に生ずる最大
圧力にて行われるようになるのである。而して吸
着前線が内部充填体を通過するのは1般に他の吸
着装置の最後から2番目の圧力蓄積位相と同時に
行かれる最初の膨脹位相の開始時に起るのであ
る。
洗滌に利用される外部ガスは吸着される成分に
比して吸着性の劣る不活性ガスとなすのがよく、
この場合この不活性ガスは排出の際に何等環境汚
染を生じないものでなければならない。吸着され
なかつた生成ガスの浄化の他に尚吸着された成分
を別に収得することを企図する場合には、脱着さ
れる成分から技術的にも経済的にも簡単に分離出
来るような外部ガスを利用するのがよい。
1般に最低の処理圧力にて行われる脱着位相の
終了後に吸着装置は外部ガスを充満される。吸着
による浄化によつて収得される生成ガスを外部ガ
スによつて不純化させない為に脱着位相に直接引
続いて除去位相(Verdraengungsphase)が行わ
れる。その際に吸着装置内部充填体の間隙容積内
にある外部ガスは吸着装置の1端に膨脹ガスを導
入することによつて他の吸着装置の端部を通つて
排出されるのである。この除去位相の終了後に吸
着装置は浄化されるガス混合物の成分のみから成
るガス混合物にて満たされる。これに圧力蓄積位
相は直接後続されることが出来る。
本発明の更に他の有利な構成は、前述の除去位
相を最後の膨脹位相の間に流出するガス又はガス
混合物によつて行うことにある。この最後の膨脹
ガスも1般に尚収得されるべき生成ガスの1部を
含んでいるから、前述の工程によつて前記生成ガ
スの1部を大巾に回収する可能性が得られる。従
つて生成ガス収率は大きい。同じ理由によつて、
除去位相に関連する膨脹位相の開始時と終了時と
の間に生ずる圧力差を大体脱着作用の終了時に生
ずる圧力と等しくするようになすのがよい。これ
により除去作用に利用される膨脹ガス容積は除去
される外部ガス容積と殆ど正確に同じになされる
のである。これによつて膨脹ガスの損失は理想状
態で零に低減出来る。生成ガスに尚含まれる外部
ガスの部分に対する純度要求条件が大である程前
述の理想状態からずれる。即ち外部ガスの部分及
び膨脹ガスの部分が著しく大である範囲として定
義される除去作用前線は或る巾を有しているか
ら、良好な外部ガスの除去が保証される為に除去
ガス容積もこれに応じて増大されなければならな
い。このような除去作用前線の巾に応じてこの附
加的な部分の吸着装置の容積に対する割合を大き
く又は小さくするのである。
本発明の方法は、処理されるガス混合物から或
る成分を分離した後に残存する生成ガスを出来る
だけ完全に回収し、又同時に外部ガス即ち吸着に
より処理されるガス混合物には含まれていないで
このガス混合物の吸着された成分に比して吸着性
の劣るガスの充分な量を自由に得られるような場
合に有利に応用出来るのである。その際に分離さ
れる成分が廃棄されるか又はそれ自体が第2の生
成ガス部分として回収されるかは重要ではない。
本発明による方法は、適当な外部ガスが容易に
入手出来るような場合に特に有利に応用出来る。
従つて多くの化学的生物学的方法に於て空気成分
分離によつて得られる酸素が必要とされる。酸素
が反応中に完全に消費されない場合には、反応生
成分を酸素から分離し、又残留酸素を反応に戻し
て空気成分分離費用を大巾に低減するようになす
問題が屡々生ずる。このような酸素消費反応によ
り生じ、尚反応へ戻す価値のある酸素部分を含ん
でいるガス流からガス状の反応生成物を分離する
際に反応に導入されるべき酸素は空気成分の分離
によつて得られ、特に脱着を助勢する外部ガスと
して空気成分分離の際に得られる窒素が利用され
得る。この場合本発明を利用することによつて著
大な戻し酸素の回収及び同時に全部の必要な酸素
の準備の為の費用を最小限度に低減すること及び
又その時に生ずる窒素を同時に目的に適して利用
することが可能となる。
このような酸素消費反応の例としてはオゾン発
生が指摘される。少なくとも放電によつて働くオ
ゾン発生装置から流出するガス混合物は殆ど分子
状の酸素より成つていて、若干の%のオゾンを含
んでいる。このオゾンは本発明による方法を利用
することによつて可変圧力吸着装置にて酸素から
分離されることが出来、その際に脱着の為に窒素
が利用出来る。この窒素はオゾン発生装置に導入
される酸素と同様に空気成分分離装置によつて準
備されるのである。このようなオゾン発生方法は
オゾンの脱着の助勢の為の洗滌ガスとして空気成
分分離装置にて得られる窒素を利用することを含
めてそれ自体は公知ではあるが(例えば米国特許
2872397参照)、併し本発明による方法を実施する
ことはこのような特別の条件にては未だ公知では
ない。即ち前述の米国特許2872397に記載されて
いる方法の吸着作用サイクルは1つの吸着位相及
び1つの脱着位相及びその間に介在される除去位
相より成つている。吸着位相に続く除去位相の間
に吸着装置の間隙容積内に残留し、酸素及びオゾ
ンより成るガス混合物は真空ポンプによつて引出
され、オゾン発生装置に戻される。これに続く窒
素による洗滌によつて行われる脱着に引続いて真
空ポンプにより除去作用が与えられて吸着装置内
に残留する窒素を吸引し、引続く吸着位相の準備
を行う。このような方法を実施する際にはオゾン
に富む酸素又は窒素を交互に排出させる為の真空
ポンプを常時作動させねばならない欠点がある。
更にオゾン発生装置は戻されるオゾンの或る割合
部分を負荷され、このことは勿論オゾン収率に不
利な影響を与える。
併し本発明による方法は水素に富んだガスから
2酸化炭素及び水蒸気を除去するのに応用可能で
ある。このことは特にこのガスが炭化水素含有物
質の部分酸化によつて収得される場合に適してい
る。この場合空気成分分離装置が部分酸化に必要
な酸素及び又吸着作用の為に洗滌ガスとして利用
される窒素の準備の為に有利に設備可能である。
本発明の方法の更に他の特別の応用可能性は酸素
を用いたポリサツカライドの生物学的酸化による
有機酸の製造の分野にて得られる。
以下に説明される実施例は前述の最後に述べた
2つの応用可能性に関するものである。
第1図に示された方法は酸素を用いた生物学的
酸化によつてポリサツカライドから有機酸を製造
するのに役立つ。必要な酸素は空気成分分離装置
1、特に低温精溜装置にて発生される。発酵は発
酵装置2にて行われる。圧縮機3は発酵装置2か
ら流出される酸素及び除去される成分としての2
酸化炭素を含む戻流ガスの圧縮に役立つ。周期的
に切換可能の吸着装置4,5,6,7はこれらの
成分の分離に役立ち、これによつて戻された酸素
は発酵反応の生成物を含まないようになされてい
る。
空気成分分離装置1からは導管11によつて98
容積%の酸素及び2容量%の窒素及びアルゴンよ
り成る3.6kmol/hの高密度の酸素が発酵装置2
に導入される。この3.6kmol/hの酸素は導管1
5及び21を経て導かれる18.7kmol/hの浄化
戻し酸素と合流される。この戻し酸素は88.5容積
%の酸素及び11.5容積%の窒素及びアルゴンより
成つている。両方の合流される酸素流は4.5バー
ルの圧力状態にある。発酵装置2には最後に90容
積%の酸素及び10容積%の窒素及びアルゴンより
成る22.3kmol/hのガス流が導入される。導入
される酸素の1部は発酵装置2内で二酸化炭素に
交換される。導管22によつて84.6容積%の酸
素、10.6容積%の窒素及びアルゴン並びに4.8容
積%の二酸化炭素より成るガス流が21.1kmol/
hの量で引出され、圧縮機3内で3.5バールから
5バールに圧縮され、導管16によつて後述の吸
着装置に導入される。これらの吸着装置は実質的
に4個の周期的に切換えられる吸着装置4,5,
6,7より成り、夫々微小多孔性のシリカゲルよ
り成る内部構造体を充填されていて、このシリカ
ゲルは戻し流に随伴される二酸化炭素を選択的に
抑留する。
吸着装置4,5,6,7の夫々工程即ち位相を
ずらされた切換サイクルはタイムチヤートとして
第2図に示されている。4個の吸着装置の夫々に
は第2図の水平の欄が該当する。時間は左から右
に経過する。第1図に於て太く書かれて又破線で
示された線によつて第2図のタイムチヤートで左
側に1つの吸着作動サイクルの互に引続く最初の
1/8の2つの部分が示されている。太い線は吸着
装置4が吸着位相ADSの最初の1/2にあり、又吸
着装置5が最初の圧力蓄積位相D1にあり、又吸
着装置6が脱着位相DESにあり、又吸着装置7
が最初の膨脹位相E1にあることを示す。破線
は、吸着装置4が吸着位相ADSの後半即ち2番
目の半分にあり、吸着装置5が2番目の圧力蓄積
位相D2、吸着装置6が除去位相V、吸着装置7
が2番目の膨脹位相E2にあることを示す。
これにより発酵装置2から流出する浄化される
べき酸素は導管22及び16を経て、又開かれた
弁41により吸着装置4に導入されて、二酸化炭
素を除去され、又開かれた弁45によつて導管1
5,21を経て発酵装置2に戻される。その間に
吸着装置7は直接に吸着位相ADSに続く最初の
膨脹位相E1にある。その際この吸着装置は出口
端から開かれた弁74、圧力平衡導管14並びに
開かれた弁54を経て吸着圧力から中間圧力に減
圧され、同時に最初の圧力蓄積位相D1にある吸
着装置5が出口端を経て殆ど前述の中間圧力に圧
縮される。この圧力平衛作用の際に吸着装置7か
ら流出するガス混合物はその組成が大体導管16
内を流れるガス混合物に相当する。吸着装置は吸
着位相ADSの間夫々二酸化炭素の流過の直前迄
負荷され、吸着作用域前縁部は或る巾を有してい
るから、流出する圧力平衡ガスは導管16内を流
れるガス混合物に比して若干酸奏に富んでいる。
圧力平衡の終了時に得られる中間圧力は約3バー
ルである。この状態で吸着装置6は脱着位相
DESにある。その際吸着装置6に対して、出口
端及び導管12、開かれた弁17、導管13並び
に開かれた弁62を経て約1バールの圧力状態に
ある乾燥せる窒素が空気成分分離装置1から導入
される。この乾燥せる窒素は吸着される二酸化炭
素を吸収し、これを随伴して開かれた弁63並び
に廃ガス導管10を経て推進される。この廃ガス
は1般に排出されることが出来る。吸着装置に弁
17を経て導入される総ての窒素の量は約
8Kmol/hである。この総ての量の導入は連続的
ではない。何故ならば脱着位相は中断されないで
次々に行われるものではないからである。過剰の
窒素は制御弁18並びに導管9を経て大気中に放
出され、又は他の目的に供与される。
吸着装置4が吸着位相の後半に入る間に吸着装
置7の第2の膨脹位相E2が始まる。これの出口
端は開かれた弁72、導管13並びに開かれた弁
62を経て吸着装置6の出口端に接続される。最
初大体導管16内を流れるガス混合物の組成を有
し、第2の膨脹位相の終りに向つて二酸化炭素の
量が増大する第2の膨脹位相の始めに約3バール
の圧力状態にある膨脹ガスは吸着装置6内にある
窒素を出口端、開かれた弁63並びに廃ガス導管
10を通して除去する。この除去位相Vは、吸着
装置7が約1バールの圧力に達すると直ちに所望
の除去程度が得られるように行われるのである。
通常の場合にはこれによつて全部の窒素が吸着装
置6から排除されて、その間隙容積部には実質的
に酸素が満たされる。これによつて吸着装置6内
の圧力は同様に約1バールとなる。これは本発明
の方法にて生ずる最低の圧力である。従つて吸着
装置6は圧力蓄積開始の準備がなされたのであ
る。吸着装置6が尚除去位相Vにある間に、吸着
装置5にて第2の圧力蓄積位相D2が行われる。
その際これの出口端は開かれた弁54、導管1
4、開かれた弁19並びに導管20を経て吸着装
置4から来る浄化酸素が流過されている導管21
に接続される。この酸素の1部はこゝで分岐され
て、吸着位相の間に行われた流れの方向に対して
反対方向の流れで吸着装置5に導入される。この
吸着装置5はこれによつて約3バールの第1の圧
力蓄積位相D1の終りに達した中間圧力から約
4.5バールの圧力になされる。第2の圧力蓄積位
相D2の間に導管20を経て分岐される酸素の部
分は弁45を経て流出する浄化酸素の約10%であ
る。発酵装置2が等じに保たれる酸素量を供給さ
れなければならない場合には、導管21に対して
下流側に導管11内に緩衝容器を設け、この緩衝
容器から排出されて発酵装置に導入される酸素量
を制御弁によつて1定に保つようになすのがよ
い。
第3図は9個の周期的に切換可能の時間的に
夫々ずらされて同じ順序作動サイクルを行う吸着
装置110乃至190を示す。これらの吸着装置
は夫夫弁111乃至191を介して未だ浄化され
ていない水素に富んだガスの導入に役立つ原料ガ
ス導管105に接続されている。吸着装置110
乃至190の入口側は更に弁113乃至193を
介して廃ガス導管107に接続されている。吸着
装置110乃至190の出口側は先ず弁112乃
至192を介して二酸化炭素及び水蒸気を除去さ
れた水素に富んだガスの生成ガス導管106に接
続されている。又これらの吸着装置の出口側は弁
114乃至194を介して圧力平衡導管102
に、又弁116乃至196を介して1部圧力平衡
導管として、1部除去ガス導管として、又1部圧
力平衡導管として役立つようになされ、弁117
を介して生成ガス導管に接続されている導管10
1に接続されていると共に、弁115乃至195
を介して洗滌ガス導管103に接続されている。
原料ガス導管105を通つて例えば約65容積%
の水素、約10容積%の1酸化炭素及び約25容積%
の二酸化炭素より成り、水蒸気で飽和されている
4500kmol/hの水素に富んだガスが導入され
る。この水素に富んだガスは25バールの圧力で
303kの温度となされている。このガスは例えば
炭化水素油の如き炭化水素に富んだ物質の部分酸
化及びこれに引続く1酸化炭素の二酸化炭素への
部分変換により作られる。この水素に富んだガス
は吸着によつて二酸化炭素及び水蒸気を出来るだ
け除去して引続いて水素−1酸化炭素分離を施す
ようにせねばならない。極めて多孔性のシリカゲ
ルを有する吸着装置には二酸化炭素及び水蒸気が
抑留されるのが望ましい。これにより生成ガス導
管106を通つて約86.88容積%の水素、約13.1
容積%の一酸化炭素及び約0.02容積%の二酸化炭
素より成る3260kmol/hの浄化ガスが流出され
る。水蒸気部分は1vppm以下に低下される。洗
滌ガス導管103を通して部分酸化に必要な酸素
と同様に空気成分分離装置から作られる1.1バー
ル及び303kの1000kmol/hのガス状の窒素が導
入される。
第4図には第3図に対するタイムチヤートが示
されている。9個の水平の列は9個の吸着装置1
10乃至190に対応する。総ての吸着装置に対
して同じ作動サイクルが夫々36個の小さい作動単
位又は工程(Takt)に分割されている。12工程
継続時間の1つの吸着位相ADSに続いて他の吸
着装置の第3の圧力蓄積位相D3と圧力平衡状態
で駆動される2工程継続時間の第1の膨脹位相E
1、更に他の吸着装置の第2の圧力蓄積位相D2
と圧力平衡状態で駆動されるようになされた同様
に2工程継続時間の第2の膨脹位相E2、他の1
つの吸着装置の脱着位相DESに引続いて膨脹ガ
スを次の除去位相Vの間に前記他の1つの吸着装
置を貫流させる1工程継続時間の第3の膨脹位相
E3、前記他の1つの吸着装置の第1の圧力蓄積
位相D1と圧力平衡状態で駆動される同様に1工
程継続時間の第4の膨脹位相E4、廃ガス導管1
07を通して膨脹ガスを排出させる1工程継続時
間の第5の膨脹位相E5及び最後に洗滌ガスとし
て窒素を対応する吸着装置を通して導いて先ず吸
着された水蒸気並びに同様に吸着された二酸化炭
素を共に随伴させるようになす脱着位相DESが
設けられている。浄化される投入ガスに対して外
部ガスであるこの洗滌ガスは引続く除去位相Vに
て吸着装置内部充填体から排除される。引続く4
つの圧力蓄積位相D1乃至D4によつて吸着装置
は再び吸着圧力になされるのである。
吸着作用は吸着装置110の場合には開かれた
弁111及び112を経て行われ、第1の膨脹位
相E1は開かれた弁114及び圧力平衡導管10
2を経て同向流にて行われ、第2の膨脹位相E2
も同様に行われる。第3の膨脹位相E3の膨脹ガ
スは開かれた弁116及び導管101を通つて排
出され、他の1つの吸着装置に対応する開かれた
弁を介して導かれて洗滌ガスを除去するようにな
す。第4の膨脹位相E4の膨脹ガスは同様に開か
れた弁116及び導管102を経て排出され、前
以て除去位相Vにある吸着装置の第1の圧力蓄積
位相D1を行わせるようになす。第5の膨脹位相
E5の最終の既に極めて低い圧力になされて脱着
された成分を含んでいる膨脹ガスは最後に開かれ
た弁113及び廃ガス導管107を経て引出され
る。洗滌ガスとして役立つ窒素は洗滌ガス導管1
03並びに開かれた弁115を経て吸着装置に導
入され、開かれた弁113及び廃ガス導管107
を経て吸着装置から出て行く。洗滌ガスの引続く
除去位相Vにて除去ガスは開かれた弁116及び
113を流過する。第1の圧力蓄積位相D1は開
かれた弁116を経て行われ、第2の圧力蓄積位
相D2は開かれた弁114を経て行われ、同様に
第3の圧力蓄積位相D3が行われる。第4の最終
の圧力蓄積位相D4は浄化された生成ガスにより
行われ、これは導管101及び開かれた弁117
及び116を経て行われる。
残余の吸着装置に於ても同様な方法で作動が行
われる。
最後に述べた方法は、空気成分分離装置による
投入ガスの準備に関係して得られた窒素が洗滌ガ
スとして有利に利用出来、これによつて浄化生成
ガスの損失が最少限に低減され得ることを特徴と
する。浄化された生成ガスは最後の圧力蓄積位相
D4に必要である。この為に必要な容積は比較的
少ない。何故ならば5つの膨脹位相E1乃至E5
が設けられていて従つて最後の圧力蓄積位相D4
の開始時に尚存在する圧力差はこれに対応して小
さいからである。
【図面の簡単な説明】
第1図は発酵装置からの酸素含有戻りガスが4
個の吸着装置より成る吸着設備内で二酸化炭素か
ら浄化される本発明による方法を示す概略的循環
回路図。第2図は第1図に示された方法のタイム
チヤート。第3図は部分酸化によつて発生された
水素に富んだガスが9個の吸着装置より成る吸着
設備にて2酸化炭素及び水蒸気から浄化される本
発明による方法を示す概略的循環回路図。第4図
は第3図に示された方法のタイムチヤート。 1……空気成分分離装置、2……発酵装置、3
……圧縮機、4乃至7,110乃至190……吸
着装置、17乃至19,41乃至45,51乃至
55,61乃至65,71乃至75,111乃至
191,112乃至192,113乃至193,
114乃至194,115乃至195,116乃
至196……弁、18……制御弁。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 各作動サイクルが少なくとも1つの吸着位
    相、2つの膨張位相、1つの脱着位相及び1つの
    圧力蓄積位相を含んでいる如き周期的に切換可能
    の夫々同じ作動サイクルを行う多数の吸着装置を
    利用してガス混合物の浄化又は分離を行う可変圧
    力吸着方法に於て、脱着を、ガス混合物の吸着さ
    れる成分に比して吸着性の劣る外部ガスによる洗
    浄により行い、前記脱着の後に除去位相を設け、
    前記外部ガスの除去を前記膨張位相の間に流出さ
    れるガス又はガス混合物によつて行うことを特徴
    とする可変圧力吸着方法。 2 前記除去を最後の膨張位相の間に流出するガ
    ス又はガス混合物によつて行うことを特徴とする
    特許請求の範囲第1項記載の方法。 3 前記除去位相に関連する膨張位相の開始及び
    終了の間に生ずる圧力差が概ね前記脱着の終期に
    於ける圧力に等しいことを特徴とする特許請求の
    範囲第1項又は第2項の何れか1項に記載の方
    法。 4 酸素成分を反応に戻すに際し、反応に用いら
    れる酸素を空気成分の分離によつて収得し、又前
    記外部ガスとして脱着によつて空気成分分離の際
    に収得される窒素を利用する如き酸素消費反応よ
    り排出され、尚酸素を含んでいるガス流からガス
    状の反応生成物を分離する為の特許請求の範囲第
    1項乃至第3項の何れか1項に記載の方法。 5 酸素によるポリサツカライドの生物学的酸化
    による有機酸を製造する為の特許請求の範囲第4
    項記載の方法。
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