JPH06500135A - パラフィンの異性化 - Google Patents
パラフィンの異性化Info
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- JPH06500135A JPH06500135A JP51415691A JP51415691A JPH06500135A JP H06500135 A JPH06500135 A JP H06500135A JP 51415691 A JP51415691 A JP 51415691A JP 51415691 A JP51415691 A JP 51415691A JP H06500135 A JPH06500135 A JP H06500135A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
パラフィンの異性化
本発明はパラフィンの異性化に関する。
パラフィン異性化は石油精製においてしばしば遭遇し、線状(直M)パラフィン
を枝分かれ鎖パラフィンに転化するのに使用される。
このような方法において、通常操作されるように、低分子量C4−C,パラフィ
ンか塩化アルミニウムのような酸性触媒の存在下でイソ−パラフィンに転化され
る。近時、C,+好ましくはC1゜”n−パラフィンが大孔径ゼオライトの存在
下で骨格再配列によって技分かれ鎖パラフィンを生ずるように異性化された。後
者の方法は脱ロウに用途を見出しうる。
異性化はナフサのリホーミングにおいて起こるいくつかの反応のうちの1つであ
る。ナフサのリホーミングは低オクタンナフサを高オクタン流出物に品質向上さ
せるために行われる。リホーミングに起こるオクタン増大反応の1つはn−パラ
フィンからイソ−パラフィンへの異性化である。リホーミングの操作条件におい
て、起こりうる他の反応は若干のクラッキングを伴う芳香族化(または脱水素環
化)あるいは脱水素化である。
パラフィン異性化触媒はまた、リホーマ−原料から環状芳香族前駆体を除去する
ための開環触媒としても使用される。たとえば、ベンゼン前駆体であるシクロヘ
キサンは商業的パラフィン異性化触媒上で技分かれパラフィンの混合物に再配列
される。枝分かれしたパラフィンはリホーミング中に部分的にのみ芳香族化され
るか、これに対してシクロヘキサンは完全に芳香族、はとんどベンゼン、に転化
される。芳香族前駆体を開環するためのパラフィン異性化触媒の利用は疑いもな
くもつと重要になるであろう。ガソリン中の芳香族を限定する環境上の規制はも
つときびしくなるからである。
本発明によれば、4〜10個の炭素原子をもつパラフィンを異性化する方法であ
って、該パラフィンを脱水素化/水素化金属およびこの明細書の表AOX線回折
図を示すゼオライトから成る触媒組成物と接触させることを特徴とする方法が提
供される。
本発明の接触異性化法は通常のリホーミング条件下では品質向上するのが最も困
難な成分であるC、−C,。n−パラフィンおよび/またはモノメチル枝分かれ
鎖パラフィンを含む低オクタンナフサのオクタンを増大させるのに前動である。
本発明の方法の有力な利点は、C,−C,。n−パラフィンを含むC6+炭化水
素のクラッキングを最小にすることによって液体収率を増大させることである。
本発明の異性化方法の更に別な応用はC4−Cs n−パラフィンに富むリファ
イナリーの流れを品質向上させることである。本発明の方法の育力な意義はP、
H,Emme t t+11. リドン・ノ1ブリッジング・カンパニー19
58年刊行のrcatalysisJ Vol■の純炭化水素のオクタン価の次
の表を検討することから容易に明らかであろう。
2.2−ジメチルペンタン 89
2.3−ジメチルペンタン 87
2、 2. 34リメチルブタン 113供給原料
この方法の供給原料は好ましくは顕著な量のC3′ノルマルおよび/またはやや
枝分かれしたパラフィン、特にC6〜C1゜範囲のノルマルおよび/またはやや
枝分かれしたパラフィン、を含む原料である。従って、ノルマルへ牛サンおよび
ノルマルヘプタンならびに種々のモノメチル枝分かれ異性体を単独で又は混合物
として本発明の方法の供給原料として使用することができる。また、供給原料は
単環芳香族化合物および/または環状パラフィンたとえばシクロヘキサンを含む
こともできる。
異性化方法の原料は直接操業の、熱的の、または接触分解したナフサでありうる
。好ましくは、供給物のオクタン価の高い増加のために、この方法の充填物はC
6〜C1゜パラフィンに富むナフサである。C6およびC7パラフィンに富むナ
フサは通常の触媒(たとえば塩素化Pt−アルミナ)を使用して選択的にリホー
ムするのが一般に困難である。ナフサは充填物を2つのフラクションすなわち軽
質ナフサと重質ナフサに分離することによってえられる。好都合にはこのような
分離は蒸留によって行われる。軽質ナフサの沸点範囲は27〜204°C(80
〜400°F)であり、重質ナフサの沸点範囲は343°C(650°F)まで
である。軽質ナフサはC,〜C1゜パラフィン特にC8およびC,パラフィンに
富む。軽質ナフサか本発明により品質向上されるときの1つの態様によれば、重
質ナフサは通常のリホーミングによって処理される。
一般に、本発明の方法の供給物は2環および多環の芳香族を含まない。2環およ
び多環の芳香族は本発明の方法において供給物として使用されるものよりも高沸
点のフラクション(340°Cより上の初期沸点)に通常見出される。単環(l
環)の芳香族(触媒の金属成分上で容易に水素化される)は許容することができ
、そして本発明の方法の温度条件の範囲の高温端において開環を受けて枝分かれ
した鎖状パラフィン化合物を形成することができる。芳香族は10重量以下に保
つのが好ましいが、約20重量%までのやや多い量も、単環芳香族の割合が十分
に高ければ、そして十分に強い水素化要素たとえばプラチナが触媒上に存在する
ならば、許容することができる。
低分子量の炭化水素を異性化する別の特定の態様において、供給原料は十分な量
のC4〜C,n−パラフィンを含むリファイナリイの流れである。
触媒
本発明の方法で使用する触媒組成物はか焼した形体において下記の表Aに示す線
を含むX線回折図をもつゼオライトを含む。
12.36fO,4M−VS
ll、03±0. 2 M−S
8.83fO,14M−VS
6.18+0.12 M−VS
6.00±0.10 W−M
4.06±0.07 W−S
3.91+0.07 M−VS
3.42±0.06 VS
更に詳しくは下記の表81更に尚詳しくは下記の表C1そして最も詳しくは下記
の表りに示す線を含むX線回折図をもつゼオライトを含む。
表 B
30、0 +2.2 W−M
22、l+1.3 W
12、36+0.4 M−YS
ll、03±0.2 M−S
8、83±0゜14 M−VS
6、18+0.12 M−VS
6.00±0.10 W−M
4.06±0.07 W−3
3,91+0.07 M−VS
3、42+0.06 VS
12、36+0.4 M−YS
ll、 03±0.2 M−3
8、83+0.14 M−VS
6、86+0.14 W−M
6、18+0.12 M−VS
6、0OfO,10W−M
5、54+0.10 W−M
4.92±0.09 W
4.64±o、oa w
4.41±0.08 W−M
4、25±o、os w
4、10±0.07 W−S
4、06±0.07 W−8
3、91±0. 07 M−VS
3、75±0.06 W−M
3、56±0.06 W−M
3、 42+0. 06 VS
3、30±0.05 W−M
3、20±0.05 W−M
3、14±0.05 W−M
3、07±0.05 W
2、99±0.05 W
2、82±0.05 W
2、78±0.05 W
2、68±0.05 W
2、59±0.05 W
2O、0±2. 2 W−M
22、1 ±1.3 W
12、 36+0. 4 M−YS
ll、03±0. 2 M−S
8、 83+0、14 M−VS
6、86±0.14 W−M
6、 18+0. 12 M−VS
6.00±0.10 W−M
5.54±0.10 W−M
4.92±0.09 W
4.64±0.08 W
4.41±0.08 W−M
4.25±o、os w
4.10±0.07 W−S
4.06±0.07 W−3
3,91±0.07 M−VS
3.75±0.06 W−M
3.56±0.06 W−M
3.42±0.06 VS
3.30±0.05 W−M
3.20±0.05 W−M
3.14±0.05 W−M
3.07±0.05 W
2.99±0.05 W
2.82±o、os w
2.78±o、os w
2.68±0.05 W
2.59±o、os w
これらの値は標準技術によって決定した。放射線は銅のに一アルファ2重子であ
り、回折計にはシンチレーション・カウンターを供え、付属のコンピュータを使
用した。ピークの高さ!、および2シータの関数としての位置(シータはBra
gg角度である)は回折計に付属するコンピュータのアルゴリズムを使用して決
定した。これらから記録されたラインに対応する相対強度100I/io(10
は最強のラインまたはピークの強度である)、およびオングストローム単位(入
)の面間d間隔を決定した。表A〜Dにおいて、相対強度はW=弱、M=中程度
、82強、VS=非常に強の符号で示した。強度の点で、これらは一般に次のよ
うに定義される。
W= 0−20
M = 2O−40
S = 4O−60
VS= 60−100
好適なゼオライトの実例は米国特許第4.439.409号に記載のPSH−3
および国際特許公開W0 90106283(1990年6月14日)に記載の
MCM−22である。
ゼオライトMCM−22は次のモル関係を包含する組成をもつ。
L Ox : (n)YOま
ただしXは3価の元素たとえばアルミニウム、ホウ素、鉄、および/またはガリ
ウム、好ましくはアルミニウムであり:Yは4価の元素たとえばケイ素および/
またはゲルマニウム、好ましくはケイ素であり:そしてnは少なくともlOlふ
つうはlO〜150、更に普通には10〜60、更になおふつうには20〜40
である。合成したままの状態において、ゼオライトMCM−22は、無水基準で
且つnモルのYO,当りの酸化物のモル数で表示して次のような式をもつ。
(0,005−0,1) N a 20 : (1−4) R: X20s :
n YOまただしRは育種成分、好ましくはへキサメチレンイミンである。
結晶化期間中のそれらの存在の結果としてNaおよびR成分はゼオライトに同伴
しており、通常の技術によって容易に除かれる。
ゼオライトMCM−12は熱的に安定であり、BET(プルコニニウエル、エメ
ットおよびテラー)試験によって測定して約400m2/gより大きい高い表面
積を示す。上記の式から明らかなように、MCM−22はNaカチオンのほとん
どない状態で合成され、従って合成時に酸触媒活性を有する。それ故、MCM−
22は始めに交換工程を受けることなしに触媒組成物の一要素として使用するこ
とができる。然しなから、所望の程度に、合成したままの物質のもとのナトリウ
ム・カチオンは当業技術に周知の技術により、少なくとも部分的に、他のカチオ
ンによるイオン交換によって置換することができる。好ましい置換カチオンとし
て金属イオン、水素イオン、水素前駆体イオンたとえばアンモニウムイオンおよ
びそれらの混合物があげられる。特に好ましいカチオンは異性化用触媒の活性を
調達するカチオンである。これらの例として水素、希土類元素、および元素の周
期律表の第1IA、IIIA、IVA、IBS IIB、IIIB、IVBおよ
びVIII族の金属があげられる。
そのか焼形体において、ゼオライトMCM−22は検出しつる不純物結晶相を殆
どまたは全くもたない単一結晶から作られたものであるようにみえ、上記の表A
−Dに示す線を包含するX線回折図をもつ。
ゼオライトMCM−22はアルカリまたはアルカリ土類金属(M)たとえばナト
リウムまたはカリウム、カチオン、3価元素Xたとえばアルミニウムの酸化物、
4価元素Yたとえばケイ素の酸化物、有機(R)指向剤好ましくはへキサメチレ
ンイミン、および水の各原料を含む反応混合物から製造することができる。この
反応混合物は酸化物のモル比で表現して次の範囲内の組成をもつ。
反応試剤 有 用 好ましい
YOx/X2CL 10 60 10 40H20/YO25−1001O−5
0
oH−/YOt o、01−1.0 0.1−0.5M/YO,0,01−2,
00,1−1,OR/YO20,05−1,00,1−0,5ゼオライトMCM
−22を合成する好ましい方法において、YO2試剤は実質量の固体Y02、た
とえば少なくとも約30wt%の固体YO2、を含む。YO2がシリカである場
合、少なくとも30wt%の固体シリカを含むシリカ源たとえばUltrasi
l(約90wt%のシリカを含む沈澱、噴霧乾燥シリカ)またはHiSil (
約87wt%のシリカ、約awt%の遊離水、および約4.5wt%の水和結合
水を含み、約0.02ミクロンの粒径をもつ沈澱水和5iO2)の使用は、上記
混合物からの結晶生成を有利にする。
酸化ケイ素の別の原料、たとえばQ−Brand(約28.8wt%のSin、
、8.9wt%のNa2Oおよび62.3wt%のH2Cから成るナトリウムシ
リケート)、を使用する場合、結晶化はほとんど起こらず、MCM−22結晶物
質があったとしてもごく僅かであり、他の結晶構造の不純物相たとえばZSM−
12が生成することがある。それ故、好ましくはYO,、たとえばシリカ、の原
料は少なくとも約30wt%の固体YO3たとえばシリカ、更に好ましくは少な
くとも約40wt%の固体Y0またとえばシリカを含む。
MCM−22結晶物質の結晶化は好適な反応槽たとえばポリプロピレン・ジャー
、またはテフロン内張りまたはステンレス鋼オートクレーブ中で静的または攪拌
条件下で、80〜225°Cの温度において25時時間的60日間行うことかで
きる。その後に、結晶を液から分離して回収する。
MCM−22結晶の合成は少なくとも0.01%、好ましくは0゜10%、更に
好ましくは1%の結晶生成物の種結晶(全重量基準)の存在によって促進される
。
本発明の方法に使用する触媒はまた脱水素/水素化の成分たとえばタングステン
、バナジウム、モリブデン、レニウム、ニッケル、コバルト、クロム、マンガン
、または貴金属たとえばプラチナまたはパラジウムを含む。このような成分は共
結晶化によって触媒組成物中に導入することができ、第1IIA族元素たとえば
アルミニウムがゼオライト構造中に存在する程度に組成物中に交換され、含浸さ
れ、または物理的に緊密に混合される。このような成分はゼオライト中に含浸さ
せることができる。たとえばプラチナの場合、ゼオライトをプラチナ金属含有イ
オンを含む溶液で処理する。かくして、この目的に好適なプラチナ化合物として
、クロロブラチン酸、塩化第一白金、および白金アミン錯体含有の種々の化合物
があげられる。
触媒組成物中の脱水素/水素化の成分は好ましくは組成物の0.01〜20重量
%の範囲にある。
また、本発明の方法において使用する温度およびその他の条件に対して耐性のあ
る別の物質をゼオライト触媒に配合することか望ましいこともある。このような
物質として活性および不活性材料、および合成または天然産のゼオライト、なら
びに無機材料たとえば粘度、シリカおよび/または金属酸化物たとえばアルミナ
があげられる。後者はシリカと金属酸化物との混合物を含む天然産またはゼラチ
ン質沈澱もしくはゲルの形体でありうる。それ自身触媒的に活性である物質をゼ
オライトと組み合わせて使用すること、すなわちゼオライトと組合せた又は合成
中に存在させて使用することは、触媒の転化率および/または選択率を変化させ
つる。不活性物質は好適には希釈剤として働いて転化の量を調節し、それによっ
て生成物は反応速度を調節する他の手段を使用することなしに経済的に且つ手順
よくえられる。これらの物質は天然産粘土たとえばベントナイトおよびカオリン
に配合して商業的操作条件下での触媒の破砕強度を改良する。これらの物質すな
わち粘土、酸化物などは触媒のバインダーとしての機能も果たす。良好な破砕強
度をもつ触媒を提供することが望ましい。商業的用途においては触媒が破砕され
て粘土状物質になるのを防ぐのが望ましいからである。これらの粘土バインダ−
は触媒の破砕強度を改良するという目的のためにのみ通常は使用される。
ゼオライト触媒に配合しつる天然産粘土としてモントモリロナイトおよびカオリ
ン科があげられるが、これらの科はサブベントナイト:およびディキシ−、マク
ナミー、ジョーシアおよびフロリダ粘土として知られるカオリン:または主要鉱
物成分がハロイサイト、カオリナイト、ディツカイト、またはアンオーキサイド
であるその他の粘土を包含する。これらの粘土は始めに採鉱された粗状態で使用
することができ、または始めにか焼、酸処理または化学変性を受けてから使用す
ることもできる。ゼオライトに配合するのに有用なバインダーとして無機酸化物
特にアルミナをあげることもできる。
上記の材料の他に、結晶は多孔質のマトリックス材料たとえばシリカ−アルミナ
、シリカ−マグネシア、シリカ−ジルコニア、シリカ−トリア、シリカーベクリ
ア、シリカチタニア、ならびに3元組成物たとえばシリカ−アルミナ−トリア、
シリカ−アルミナ−ジルコニア、シリカ−アルミナ−マグネシア、およびシリカ
−マグネシア−ジルコニアと混合することもできる。上記マトリックス材料の少
なくとも1部をコロイド形体で提供して結合触媒成分の押し出した容易にするこ
とも有利である。
微粉砕結晶物質と無機酸化物マトリックスとの相対割合は広範囲に変化し、結晶
含量は複合物の1〜90重量%、好ましくは2〜80重量%である。
本発明の触媒の安定性はスチーミングによって増大させることかできる。好適な
スチーム安定化条件は触媒を5〜100%のスチームと少なくとも300°C(
たとえば300〜650°C)の温度において100〜2,500KPaの圧力
で少なくとも1時間(たとえば1〜200時間)接触させることを含む。更に特
定の態様において、触媒は315〜500°C1大気圧で2〜25時間75〜l
o。
%スチームによるスチーミングを受けさせることができる。
プロセス条件
供給原料を添加水素の存在または不在下に本発明の触媒組成物と120〜370
℃(250〜700°F)好ましくは200〜315℃(400〜600°F)
の温度において接触させる。分解反応は温度の増大につれて増大する傾向がある
ので、異性化反応を分解反応よりも有利にするために低い温度が通常は好ましい
。圧力は100〜7000KPa (大気圧〜101000psi、好ましくは
450〜3550KPa (50〜500psig)の範囲にある。
重量毎時空間速度は一般に0. 1〜50hr−’、更に普通には0゜2〜10
hr−’である。水素を供給原料と一緒に供給する場合には、水素:供給原料の
モル比は一般に1=1〜lO:lである。
この方法は、触媒の老化を防ぎ且つ異性化反応(不飽和中間体を介して進行する
と考えられる)を促進するために、水素の存在下で行うのが好ましい。
転化は供給原料を触媒の静止固定床、固定流動床または流動床と接触させること
によって行われる。単一の形態はトリックル床操作であり、そこでは供給原料が
静止固定床を介してトリックルせしめられる。このような形態を用いる場合、触
媒活性を維持するために反応を新鮮な触媒を用いて中程度の温度で開始するのが
望ましい(触媒が老化すると温度は上昇させなければならない)。触媒は水素ガ
スとの高温での接触、または空気もしくは他の酸素含有ガス中での燃焼によって
再生されつる。
本発明を下記の実施例および添付図面を参照して更に具体的に説明する。添付図
面は実施例2の方法についてのインパラフィン生産と温度との関係を示すグラフ
である。
これらの実施例において、水、シクロヘキサンおよび/またはn−ヘキサンの吸
着性能の比較のために吸着データが示しであるときはいりも、それらは次のよう
にして測定した平衡吸着値である。
か焼吸着剤の秤量試料を吸着室中で所望の純吸着剤蒸気と接触させた。吸着室は
lmmHg未満に真空にされ、1.6KPa (12トール)の水蒸気または5
.3KPa (40トール)のn−へキサン、または5. 3KPa (40ト
ール)のシクロヘキサン蒸気と接触させた。これらの圧力は90℃でのそれぞれ
の吸着剤の気−液平衡圧力よりも小さかった。吸着期間中、マノスタットにより
制御された吸着剤蒸気の添加によって圧力を一定(約±0.5mmHg以内)に
保った。吸着時間は8時間を超えなかった。吸着剤は結晶物質によって吸着され
た。圧力の低下はマノスタットをバルブ開放させた。これにより多くの吸着剤蒸
気か吸着室に入り、上記の制御圧力を回復した。吸着は、圧力変化がマノスタッ
トを活性化するに十分でなかったときに完了した。重量増加をか焼吸着剤100
g当りの試料1gの吸着性能として計算した。
実施例1
1部の50%NaOH溶液および103.13部の820を含む溶液に、1部の
ナトリウムアルミネート(43,5% A1.O,,32,2% Naz○、2
5.6% H2C)をとかすことによってMCM−22を製造した。これに4.
50部のへキサメチレンイミンを加えた。生成溶液を8.55部のUltras
il (沈澱、噴霧乾燥シリカ)(90%5iO2)に加えた。
反応混合物はモル比で次の組成をもっていた。
S 10x /A 1 z Ox 〜30. 00 H/ S i、Ot’ =
’0 、 18H20/ S i02 = 44 、 9Na/5iCL =
Q、18
R/ S 102 = 0. 35
Rはへキサメチレンイミンである。
混合物をステンレス鋼反応器中で150°Cにおいて7日間攪拌しながら結晶化
させた。結晶生成物を濾過し、水で洗い、120°Cで乾燥し、そして538°
Cで20時間か焼した。か焼物質の吸着性能は次のとおりであると測定された。
HtO15,2wt%
14.6wt%
16.7wt%
このゼオライトの表面積は494m2/gであると測定された。
必要な異性化触媒を製造するために、えられたMCM−22をアルミナバインダ
ーと混合し、その混合物を粉砕し、押出し、そして120℃(200°F)で乾
燥した。次いでこれを窒素中540°C(1000°F)で3時間か焼した。混
合物を再び湿潤化し、Pt(NH,) 4CI溶液で8時間交換し、洗い、乾燥
して空気中350°C(600°F)でか焼した。触媒の性質を表1に示す。
表 1
PT/MCM−22触媒の性質
組成 wt%
ゼオライト MCM−2265
充 填 0.45
ボア容積 cc/g O,99
表面積 m’ /g 372
平均孔径 人 106
実施例2
実施例1で製造したP t/MCM−22触媒の活性を、Pt/シリカ・アルミ
ナ触媒(0,6wt% Pt)およびUOP l−7(商業的に入手しうる貴金
属含有モルデナイト基材異性化触媒)と比較した。0.13cm (1/2イン
チ)下流ステンレス鋼反応器を備えたミクロユニットを使用して比較試験を行っ
た。代表的な実験において、10ccの触媒(14/24メツシユ)を反応器に
入れ、水素中427°C(800°F)において2時間還元した。反応器を23
2°C(450°F)に冷却し、水素で790KPa (100psig)に加
圧した。次いでn−ヘキサン供給物を1グラム/グラム触媒/hrで、2/1
モル1モル水素の供給物と一緒に導入した。反応器からの生成物をオン・ライン
のガスクロマトグラフ(30メートルのメガ・ボア DB−tカラムを装備)で
分析した。
イソパラフィン生成物の収率を温度の関数として図1にプロットした。Pt/シ
リカ−22およびI−7触媒は匹敵しつる活性を示し、246〜260°C(4
75〜500″F)で平衡に近いi−ヘキサンの転化率を与えたが、Pt/シリ
カ・アルミナ触媒は、平衡に近いn−へキサンの転化率のために遥に高い温度3
30’C(625°F)を必要とした。
一、、泣蔦N窒へp畿喘→N
国際調査報告
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(72)発明者 キルカー、ゲリー ウニインアメリカ合衆国ニューシャーシー
州
08080 スェル オールド ミル ロード
Claims (10)
- 1.4〜10個の炭素原子をもつパラフィンを異性化する方法であって、該パラ フィンを脱水素化/水素化金属および明細書の表AのX線回折図で示すゼオライ トを含む触媒組成物と接触させることを特徴とする方法。
- 2.ゼオライトが明細書の表BのX線回折図を示す請求項1の方法。
- 3.ゼオライトが明細書の表CのX線回折図を示す請求項1の方法。
- 4.ゼオライトが明細書の表DのX線回折図を示す請求項1の方法。
- 5.120〜370℃(250〜700°F)の温度、100〜7000KPa (大気圧〜1000psig)の圧力、0.1〜50hr−1の重量毎時空間速 度、および0:1〜10:1の水素:供給原料のモル比からなる条件下で接触を 行う請求項1の方法。
- 6.温度が230〜315℃(400〜600°F)である請求項5の方法。
- 7.圧力が450〜3550KPa(50〜500psig)である請求項5の 方法。
- 8.重量毎時空間速度が0.2〜10hr−1である請求項5の方法。
- 9.水素:供給原料のモル比が0.5:1〜10:1である請求項5の方法。
- 10.触媒組成物が0.01〜20重量%の脱水素化/水素化金属を含む請求項 1の方法。
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