JPH09104875A - 触媒存在下で炭化水素含有の油原料を接触分解する方法 - Google Patents

触媒存在下で炭化水素含有の油原料を接触分解する方法

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JPH09104875A
JPH09104875A JP8187136A JP18713696A JPH09104875A JP H09104875 A JPH09104875 A JP H09104875A JP 8187136 A JP8187136 A JP 8187136A JP 18713696 A JP18713696 A JP 18713696A JP H09104875 A JPH09104875 A JP H09104875A
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    • C10G11/00Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils
    • C10G11/02Catalytic cracking, in the absence of hydrogen, of hydrocarbon oils characterised by the catalyst used
    • C10G11/04Oxides
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 新規触媒としてのホウ酸金属塩を含む接触分
解触媒を提供し、この触媒を用いた炭化水素含有油の接
触分解方法を提供すること、および高められた量の分岐
した環状モノオレフィンを生成する接触分解方法を提供
することである。 【解決手段】 実質的に添加水素ガスの不在下で、ホウ
酸アルミニウムとホウ酸ジルコニウムを含む接触分解触
媒を用いて、炭化水素含有油を接触分解することによ
り、前記課題を解決した。好適な実施態様では、前記接
触分解触媒は、さらに少なくとも1種のゼオライトを含
んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ホウ酸金属塩を含
む新規な分解触媒組成物を用いて、炭化水素含有油を接
触分解する方法に関するものである。
【0002】
【従来技術】多くの接触分解触媒(特にゼオライト含有
触媒)がよく知られているが、新触媒に対するニーズが
常にあり、既知の接触分解触媒に対して特殊な利点をも
つ触媒が求められている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の1つの目的
は、ホウ酸金属塩を含む分解触媒を用いた接触分解方法
を提供することである。本発明のもう1つの目的は、高
められた量の分岐した環状モノオレフィンを生成する接
触分解方法を提供することである。他の目的および利点
は、本発明の詳細な説明と特許請求の範囲から明白にな
るであろう。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、実質的
に添加水素ガスの不在下、そしてホウ酸アルミニウムと
ホウ酸ジルコニウムを含む接触分解触媒の存在下で、炭
化水素含有油原料を接触分解する方法が提供される。好
適な実施態様では、前記接触分解触媒は、さらに少なく
とも1種のゼオライトを含んでいる。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明の分解方法において、触媒
組成物として用いるホウ酸金属塩触媒組成物は、ホウ酸
アルミニウムとホウ酸ジルコニウム(好適には、ホウ酸
Alとホウ酸Zrの共沈物)を含み、通常、AlとZr
の重量比は約2:1〜約20:1(好適には約4:1〜
約12:1)そして(Al+Zr)とBの重量比は約
1:1〜約6:1(好適には約1.5:1〜約3:1)
である。
【0006】通常、本発明の分解触媒は、約150〜5
00m2 /gの表面積(N2 を用いBET法で測定)と
約0.2〜1.5cc/gの孔隙容積(水を用い侵入
(intrusion )法で測定)を有する。本発明の分解触媒
組成物の粒子は、いかような適切な形状(球状、円筒
状、三裂状または不規則状)およびいかような適切な粒
子サイズ(好適には約0.4〜0.8mm)でもよい。
これらの粒子を圧縮、押出成形した時、形成された円筒
状押出成形物は、通常約1〜4mmの直径と約3〜10
mmの長さを有する。
【0007】本発明の方法で用いる接触分解触媒組成物
は、本質的にはAlのホウ酸塩とZrのホウ酸塩(以
後、AlZrホウ酸塩とも呼ぶ)から成る。しかし、ゼ
オライト含有物質(接触分解活性を発揮する)、または
結合剤或いはマトリックス物質として用いる耐火性無機
酸化物(特に、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、
クレー、燐酸アルミニウム)、または金属含有油原料の
分解に用いた時に分解触媒上に堆積する金属(特にNi
及び/又はV)の有害な影響を解消する、所謂金属不動
態化剤(例えば、アンチモニー、ビスマス、錫、ジルコ
ニウム、タングステン、ボロン、燐など)のような他の
物質が存在することも本発明の範囲に属する。
【0008】好適な実施態様では、本発明の分解触媒
は、約50〜90重量%のAlZrホウ酸塩、約3〜3
0のゼオライト、と所望により約2〜20のシリカ−ア
ルミナ(結合剤として)を含む。これらの触媒成分は、
完全に混合して実質的に均質な分解触媒粒子と成すか、
または分解触媒は、AlZrホウ酸塩粒子とシリカ−ア
ルミナマトリックスに埋め込まれたゼオライトを含む粒
子の物理的混合物と成される。
【0009】分解触媒組成物中にゼオライト成分が存在
する時、ゼオライト成分は、分解活性を示す天然または
合成の結晶性アルミノシリケートゼオライトが用いられ
る。このゼオライトを例示すれば、フォージャサイト、
カバザイト、モルデナイト、オフレタイト、エリオナイ
ト、ゼオロン、ゼオライトX、ゼオライトY、ゼオライ
トL、ゼオライトZSM−4、ゼオライトZSM−5、
ゼオライトZSM−11、ゼオライトZSM−12、ゼ
オライトZSM−23、ゼオライトZSM−35、ゼオ
ライトZSM−38、ゼオライトZSM−48やそれら
の混合物があるが、これらに限定するものではない。
【0010】その他の適切なゼオライトの例は米国特許
第4158621号に掲載される。本発明で用いる「ゼ
オライト」の用語には、結晶骨格からAlの一部を除去
したような前処理ゼオライトや、希土類金属やアンモニ
ウムでイオン交換したまたは他の慣用のイオン交換法で
イオン交換したゼオライトも含む。本発明で用いる用語
「ゼオライト」は、米国特許第4556749号に開示
される如きシリカライト、クロミアシリケート、フェロ
シリケート、ボロシリケート等のような本質的にアルミ
ニウムを含まないシリカ同質異像体(polymorph )を含
む。
【0011】通常、接触分解触媒組成物のゼオライト成
分は、適切な固体の耐火性無機マトリックス物質、例え
ば、アルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ(現在は好
適)、クレー、燐酸アルミニウム、酸化マグネシウム、
前記物質の2またはそれ以上の混合物等に埋め込まれ
る。一般的に、接触分解触媒組成物中でゼオライトとマ
トリックス物質の重量比は、約1:20〜約1:1の範
囲である。
【0012】ホウ酸アルミニウムジルコニウム触媒組成
物は、適切な方法で調整可能である。好ましくは、第1
工程で、水溶性の非加水分解性アルミニウム塩(好適に
は硝酸アルミニウム)、水溶性の非加水分解性ジルコニ
ウム塩(好適には硝酸ジルコニウム)や、水溶性の非加
水分解性の酸性ホウ素化合物(好適にはホウ酸、より好
適にはH3 BO3 )を含む第1水溶液を調整する。これ
らの化合物は水溶液中で適切な濃度で用いられ、通常、
所望のAl:Zr:Bの比率に応じてそれぞれ0.02
〜1モル/Lの濃度で用いられる。概して、この第1水
溶液の初期PHは約1〜3である。
【0013】第2水溶液はアルカリ性(好適には約25
〜28重量%のNH3 を含むアンモニア水溶液)であっ
て、一般的には約10〜14のPHを有する。この第2
水溶液を、第1水溶液のPHを7以上、好ましくは約8
〜9に上げるための有効量を第1水溶液に加え、アルミ
ニウムとジルコニウムのホウ酸共沈物を生成させる。そ
して、生成共沈物の水性分散液を、適切な固体−液体分
離操作(好ましくは濾過)を行い、水性溶液から共沈物
を実質的に分離する。好ましくは、共沈物を水洗し(付
着溶液を除去)、所望によっては引き続き、水溶性有機
溶剤、例えばメタノール、エタノール、イソプロパノー
ル(好適である)、アセトン等で洗浄する。水洗した共
沈物を通常は乾燥(好ましくは約110〜180℃の温
度で約2〜16時間、真空炉中)した後に焼成(通常、
空気中で約450〜550℃の温度で約3〜16時間)
する。
【0014】生成共沈物をゼオライト及び/又は少なく
とも1種の炭素含有結合剤物質(焼成工程で実質的に焼
滅する、例えばポリグリコール、ポリオキサゾリンまた
はカーボンブラック)及び/又は耐火性無機結合剤物質
(例えばアルミナ、シリカ、シリカ−アルミナ、クレ
ー、燐酸アルミニウム、その他の既知の無機結合剤やそ
れらの混合物)と混合することも本発明の範囲である。
また、ゼオライト及び/又は結合剤物質を第1水溶液
(前記した)中に分散させ、しかる後に第2水溶液(ア
ルカリ性、前記した)を加えてAlZrホウ酸塩とゼオ
ライト及び/又は結合剤の密な混合物を形成することも
本発明の範囲である。
【0015】本発明に従えば、AlZrホウ酸塩含有す
る接触分解触媒組成物は、ゼオライト成分及び/又は結
合剤成分を含むか否かに係わらず、いかなる接触分解工
程、例えば、全ての適切な分解反応器(一例として、F
CC反応器やサーモフォア移動床反応器)中で炭化水素
含有油原料を接触分解する工程で使用できる。ここで用
いる「接触分解」の用語は、本質的に水素添加分解が起
きていないこと、および接触分解工程が実質的に添加水
素ガスの不在下で炭化水素含有油原料で実施されること
を意味し、このような条件下では原料より高API重量
(60°Fで測定)の少なくとも1種の液体製品流を得
ることができる。AlZrホウ酸塩含有触媒組成物は、
単独または新鮮或いは使用ゼオライト含有触媒と混合し
て接触分解工程に用いることができる。
【0016】本発明の接触分解方法に用いる炭化水素含
有原料流は全ての適切な原料が使用可能である。通常、
原料は大気圧条件で測定して少なくとも約400°Fの
初期沸点(ASTM1160)をもち、且つ、好ましく
は約400°F〜約1200°Fの沸点範囲、より好ま
しくは約500°F〜約1100°Fの沸点範囲をも
つ。概して、この原料は金属不純物、特にニッケル、バ
ナジウム化合物(通常は約0.01ppmを上回るNi
と約0.01ppmを上回るV)を含有する。通常、A
PI重量(60°Fで測定)は、約5〜約40、好適に
は約10〜約35の範囲である。
【0017】通常、これらの原料はランスボトム炭素残
渣(ASTM524;普通約0.1〜20重量%)、硫
黄(通常約0.1〜5重量%のS)、窒素(通常約0.
05〜2重量%のN)、ニッケル(通常約0.05〜3
0ppmのNi、即ち原料油100万重量部に対し約
0.05〜30重量部のNi)およびバナジウム(通常
約0.1〜50ppmのV、即ち原料油100万重量部
に対し約0.1〜50重量部のV)を含む。少量の他の
金属不純物(通常約0.01〜50ppm)、例えばC
u、NaやFeも原料中に存在する。
【0018】適切な原料を例示すれば、軽質軽油、重質
軽油、真空軽油、分解再生油(軽質および重質再生
油)、残渣(蒸留残油溜分など)、水素処理(hydrotre
ated)残渣(例えば、Ni、Co、Moを助触媒とする
アルミナ触媒存在下で水素処理された)、液体石炭熱分
解物、タールサンドの抽出または熱分解液状生成物、頁
岩油、頁岩油の重質溜分などが挙げられるが、これらに
限定するものではない。現在最適の原料は、重質軽油と
水素処理残渣である。
【0019】適切な反応器は、全て本発明の接触分解方
法に使用可能である。通常、流動床接触分解(FCC)
反応器(好ましくは1またはそれ以上の上昇管を含む)
または移動床接触分解反応器(例えば、サーモフォア接
触分解器)が使われる。好適には、反応器はFCC上昇
管分解ユニットである。このようなFCC分解ユニット
の実施例は米国特許第4377470号と第44241
16号に解説がある。通常、触媒再生ユニット(堆積コ
ークスの除去のため)は、前記引用特許に記載される如
く、FCC分解ユニットと組み合わされる。
【0020】分解操作の特定操作条件は、原料のタイ
プ、分解反応器のタイプと大きさおよび油供給速度に大
いに依存する。操作条件の実施例は、前記引用特許およ
びその他の出版物に記載されている。通常、FCC操作
では、触媒組成物と油原料(即ち、炭化水素含有原料)
の重量比は約2:1〜約10:1の範囲であり、油原料
と触媒の接触時間は約0.2〜約2.0秒の範囲であ
り、分解温度は約800°F〜約1200°Fの範囲で
ある。通常、水蒸気が油原料と共にFCCに送られ、小
滴として油の分散を助勢する。一般に、水蒸気と油原料
の重量比は約0.05:1〜約0.5:1の範囲であ
る。
【0021】ガス状および液状の分解生成物(特に、炭
化水素)から使用分解触媒の分離、と分解生成物から種
々のガス状および液状製品溜分への分離は、既知の慣用
分離手段で実施できる。最も望ましい製品溜分はガソリ
ン(ASTM沸点範囲:約80〜400°F)である。
このような分離の枠組みの例は、ジェームス・エッチ・
ガリーとグレン・イー・ハンドウエルク著「石油精
製」、マーセル・デッカー社、1975年に示されてい
る。
【0022】通常、分解したガス状および液状製品から
分離(例えば遠心分離装置中で)された使用分解触媒組
成物は、好ましくは付着油除去のため水蒸気−除去(st
eam-stripping )と引き続く酸化条件下での加熱によっ
て炭素堆積物を焼却し、慣用的な手法で再生される。再
生した分解触媒組成物の少なくとも一部は、前記した本
発明の触媒処理方法で処理される。その後、再生され且
つ活性化された触媒は、通常、新鮮な(未使用の)分解
触媒と混合して接触分解反応器にリサイクルされる。
【0023】炭化水素含有油原料流が接触分解反応器に
入る前に(油原料中に存在する金属不純物、特にニッケ
ルとバナジンの有害な影響を解消するべく)、少なくと
も1種の既知不動態化剤(例えば、アンチモニー、ビス
マス、錫、ジルコニウム、タングステン、ボロン、燐化
合物など)を前記原料流に添加することも本発明の範囲
である。よく知られるように、不動態化剤を油原料に直
接注入するか、或いはスラリー状の油リサイクル流(通
常、分散した触媒微粉を含み、最高沸点溜分の分解生成
物)に注入し、これを新鮮な油原料と組み合わせるか、
または不動態化剤を酸化再生器(前記した)に注入し、
そこで加熱再生触媒と接触させることもできる。
【0024】以下の実施例は、本発明を一層詳細に説明
するために提供するものであって、本発明の範囲を不当
に限定するように解釈してはならない。
【0025】
【実施例】
実施例1 本実施例は接触分解試験に使用する種々のアルミニウム
ジルコニウムホウ酸塩含有組成物の調整を詳細に説明す
る。
【0026】触媒A(本発明)を次のように調整した。
13.8g(0.05モル)のZrO(NO3 2 ・2
2 O(硝酸ジルコニル2水和物;化学式重量:26
7)、221.7g(0.59モル)のAl(NO3
3 ・9H2 O(水和硝酸アルミニウム;化学式重量:3
75)および49.5g(0.80モル)のH3 BO3
(オルトホウ酸;化学式重量:62)を、約60℃の温
度で1.5Lの蒸留水に攪拌溶解した。この溶液に有効
な濃度のアンモニア水を加え溶液のPHを8.4に高め
た。生成したホウ酸AlZr共沈物とその分散液を濾過
した。フィルターケーキを1.5Lの温水で洗浄し、さ
らにほぼ同量のイソプロパノールで洗浄した後、空気中
で150℃で乾燥し、空気中で500℃で4時間焼成し
た。焼成した材料を粉砕、ふるい分けし、20〜40メ
ッシュの範囲の粒子サイズを有する部分を試験用として
保存した。
【0027】触媒B(本発明)を以下のように調整し
た。約70gの希土類−交換ゼオライトY(製品名ダビ
ソン「CSクレイ」、W.R.グレイス社、バルチモ
ア、MD)をZrO(NO3 2 、Al(NO3 3
3 BO3 の水溶液に分散した後に、アンモニア水を添
加した(PHを8.4に高め、AlZrホウ酸塩を沈殿
させた)以外は、実質的に触媒Aに用いた手法に従っ
て、80重量%のAlZrホウ酸塩と20重量%のゼオ
ライトを含む触媒Bを調整した。生成したAlZrホウ
酸塩とゼオライトの混合物を濾過、110℃で乾燥、5
00℃で4時間焼成した後、粉砕し、篩分けした。20
〜40メッシュの部分を保存した。触媒Bは、約440
2 /gの表面積(BET法による測定)と約0.68
3 /gの総孔隙容積(水侵入法による測定)を有して
いた。
【0028】触媒C(本発明)を次のように調整した。
添加ゼオライトとしてリンドLZ−Y82触媒(UOP
社製、デスプレインス、IL)を用いた以外は、触媒B
と本質的に同様な方法で、触媒Cを調整した。触媒Cは
80重量%のAlZrホウ酸塩と20重量%のゼオライ
トを含んでいた。
【0029】触媒D(本発明)を次のように調整した。
35gのダビソン希土類−交換ゼオライトをZrO(N
3 2 、Al(NO3 3 とH3 BO3 の水溶液に分
散したこと以外は、触媒Bと本質的に同様な方法で、触
媒Dを調整した。触媒Dは90重量%のAlZrホウ酸
塩と10重量%のゼオライトを含んでいた。350m 2
/gのBET表面積と0.58m3 /gの総孔隙容積を
有する20〜40メッシュの部分を保存した。
【0030】触媒E(対照)はホウ酸アルミニウム、A
lBO3 である。NH3 水溶液を加えることにより、A
l(NO3 3 とH3 BO3 を含む水溶液からAlBO
3 を沈殿させ、これを濾過、水洗、空気中で500℃で
15時間焼成した。
【0031】触媒F(対照)はホウ酸ジルコニウム、Z
3 (NO3 4 である。NH3 水溶液を加えることに
より、ZrO(NO3 2 とH3 BO3 を含む水溶液か
らZr3 (NO3 4 を沈殿させ、これを濾過、水洗、
空気中で500℃で15時間焼成した。
【0032】触媒G(対照)はゼオライト含有の平衡T
CC(サーモフォア)触媒(<40メシュ)であり、フィ
リップペテロリウム社ユタ精油所で使用のものであっ
た。
【0033】触媒H(対照)は新鮮な、市販のゼオライ
ト含有TCC触媒(エンジェルハード社製、イセリン、
NJ)であった。
【0034】実施例2 実施例1に記載した数種の触媒組成物を研究室規模のM
AT分解試験装置を用いて評価した。評価は、ASTM
法D3907の記載に準じ、約16のAPI重量を有
し、約5.4重量%のコンラドソン炭素、約0.5重量
%の硫黄、約0.4重量%の窒素、約1.6重量%のn
−ペンタン不溶物、1.1ppmのNiと約2.4pp
mのVを含有する水素処理粗製油を用いて実施した。M
AT試験は、約3:1の触媒:油重量比、950°Fの
反応温度、75秒の反応時間、10分の水蒸気−除去サ
イクル、と1250°Fの反応温度で30分の再生サイ
クルで実施した。適切な試験結果(少なくとも2測定の
平均値)を表1に要約した。製品収率は、時間当たりに
生成した特殊製品成分の重量を時間当たりに変換された
油原料の重量で除して算出した。
【0035】
【表1】
【0036】表1のデータは、Alホウ酸塩分解触媒
(触媒E)に対し高原料変換率の点でAlZrホウ酸塩
分解触媒(触媒A)の利点を証明している。Zrホウ酸
塩(触媒F)は分解触媒として効果がなかった。触媒A
とゼオライト触媒(触媒GとH)の比較は、本発明の触
媒Aが市販のゼオライト含有分解触媒の性能に匹敵する
接触分解性能を示したことを表している。さらに、触媒
Aは、n−C4 炭化水素に対し分岐C4 炭化水素が高比
率の分解ガスを生成した(これは、分岐C4 炭化水素、
即ちイソブタンとイソブテンがアルキル化、エーテル化
および他の炭化水素変換に対し良好な原料である理由か
ら、望ましい)。
【0037】実施例3 本実施例は、炭化水素原料が若干異なる点を除いては、
実質的に実施例2に記載した手法に従って実施した追加
のMAT分解試験について説明する。特に、本原料は、
より多くの不純物、約6ppmのNiと約8ppmのV
を含有した。試験結果を表2に要約した。製品收率は全
て実施例2で定めたように算出した。
【0038】
【表2】
【0039】表2の試験データは、ガソリン溜分中の芳
香族炭化水素の低含有量(これは、自動車燃料中の芳香
族含有量を低減するという行政が推進する環境改善の観
点で望ましい)およびイソモノオレフィンと環式モノオ
レフィンの高含有量(これは、下流の化学工程用として
有用な原料である)の点で、ゼオライト含有TCC平衡
触媒に対して本発明の触媒A、BとCの利点を表してい
る。
フロントページの続き (72)発明者 マービン エム.ジョンソン アメリカ合衆国オクラホマ州バートルスビ ル,エスイー ウッドランド ロード 4413

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 実質的に添加水素ガスの不在下、そして
    ホウ酸アルミニウムとホウ酸ジルコニウムを含む接触分
    解触媒の存在下で、炭化水素含有油原料を接触分解する
    方法。
  2. 【請求項2】 前記接触分解触媒がホウ酸アルミニウム
    とホウ酸ジルコニウムの共沈物を含む、請求項1に記載
    する方法。
  3. 【請求項3】 前記共沈物が約2:1〜約20:1のA
    lとZrの重量比を有する、請求項2に記載する方法。
  4. 【請求項4】 前記共沈物が約1:1〜約6:1の(A
    l+Zr)とBの重量比を有する、請求項3に記載する
    方法。
  5. 【請求項5】 前記共沈物が約4:1〜約12:1のA
    lとZrの重量比、および約1.5:1〜約3:1の
    (Al+Zr)とBの重量比を有する、請求項4に記載
    する方法。
  6. 【請求項6】 前記接触分解触媒が少なくとも1種のゼ
    オライトを含有する、請求項1〜5のいずれか1項に記
    載する方法。
  7. 【請求項7】 前記接触分解触媒が、約50〜95重量
    %のホウ酸アルミニウムとホウ酸ジルコニウムの共沈物
    および約3〜30重量%の前記少なくとも1種のゼオラ
    イトを含む、請求項6に記載する方法。
  8. 【請求項8】 前記接触分解触媒が、アルミナ、シリ
    カ、シリカ−アルミニウム、クレーまたは燐酸アルミニ
    ウムから成る少なくとも1種の無機結合剤物質を含有す
    る、請求項1〜7のいずれか1項に記載する方法。
  9. 【請求項9】 前記接触分解触媒が、本質的にホウ酸ア
    ルミニウムとホウ酸ジルコニウムから成る、請求項1〜
    5のいずれか1項に記載する方法。
  10. 【請求項10】 前記接触分解触媒が、約150〜50
    0m2 /gの表面積と約0.2〜1.5cc/gの孔隙
    容積を有する、請求項1〜9のいずれか1項に記載する
    方法。
  11. 【請求項11】 前記炭化水素含有油原料が、大気圧の
    条件下で測定して約400°F〜約1200°Fの沸点
    域を有する、請求項1〜10のいずれか1項に記載する
    方法。
  12. 【請求項12】 前記炭化水素含有油原料が、約0.1
    〜20重量%のランスボトム(Ramsbottom)炭素残渣、約
    0.1〜5重量%の硫黄、約0.05〜2重量%の窒
    素、約0.05〜30ppmのニッケル、および約0.
    1〜50ppmのバナジュウムを含む、請求項11に記
    載する方法。
  13. 【請求項13】 前記方法が流動床接触分解反応器中で
    行われる、請求項1〜12のいずれか1項に記載する方
    法。
  14. 【請求項14】 前記方法が、約800°F〜約120
    0°Fの温度および前記接触分解触媒と前記炭化水素含
    有油原料の重量比が約2:1〜約10:1の範囲で行わ
    れる、請求項13に記載する方法。
  15. 【請求項15】 水蒸気が、前記水蒸気と前記炭化水素
    含有油原料の重量比が約0.05:1〜約0.5:1
    で、前記反応器に添加される、請求項14に記載する方
    法。
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