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芳烃是重要的化工基本原料,尤其是轻质芳烃包括苯、甲苯、二甲苯,简称BTX。芳烃衍生物除了在合成树脂、合成橡胶、合成洗涤剂行业应用广泛,在农药、医药、炸药等方面也多有涉及。基于中国多煤少气贫油的能源格局,面对甲醇产能及产量的过剩和我国芳烃供应量不足的问题,作为非石油线路合成芳烃,甲醇制芳烃(MTA)技术具有重要研究意义和应用价值。为了研发芳烃选择性高和寿命高的MTA催化剂,本论文制备了以金属/非金属元素改性HZSM-5分子筛催化剂,研究了催化剂晶型、孔结构、酸性质与甲醇芳构化反应活性、BTX选择性之间的关系,主要研究内容和成果如下:1、采用等体积超声浸渍法制备了Zn、Ga、La改性的HZSM-5分子筛催化剂,通过XRD、N2吸附-脱附、NH3-TPD及Py-IR等表征手段,对改性HZSM-5分子筛催化剂的晶型、孔结构、酸量、酸类型进行了分析,并进一步考察了其MTA反应性能,重点研究了金属改性对MTA反应转化率、芳烃选择性及芳烃碳数分布的影响规律。研究结果表明:(1)金属物种(Zn、Ga、La)的引入不会破坏HZSM-5沸石的骨架结构;(2)金属(Zn、Ga、La)改性使HZSM-5催化剂表面生成强脱氢芳构化物种,从而使MTA反应产物中总芳烃含量明显增加;(3)La改性的La/HZSM-5分子筛具有最高的C9、C10芳烃选择性;(4)Zn改性的Zn/HZSM-5分子筛,具有最高的C6-C8芳烃(即BTX)选择性,是最优的芳构化活性金属物种。2、采用Zn Si F6溶液及H3PO4溶液对HZSM-5分子筛进行改性,分别制备了Zn/HZSM-5,P/HZSM-5及Zn-P/HZSM-5催化剂,为了了解改性HZSM-5分子筛催化剂的晶型、孔结构、酸量、酸类型、Al配位状态、表面磷物种及积碳等情况,进行了XRD、N2吸附-脱附、NH3-TPD、Py-IR、FT-IR、SEM、27Al MAS NMR、31P MAS NMR及TG等多种表征手段,还观察了在MTA反应中HZSM-5分子筛的催化性能。研究结果表明:(1)磷酸浸渍改性使HZSM-5分子筛部分骨架脱铝,从而造成沸石的结晶度相应降低;(2)磷酸浸渍改性使HZSM-5沸石催化剂总Lewis酸量明显降低,其中强Lewis酸量急剧减小,而弱Lewis酸量有所增加;同时,磷酸改性破坏了HZSM-5分子筛骨架部分Si(OH)Al键从而使HZSM-5分子筛强Bronsted酸量减少,该过程还伴随着Si-OH的生成从而使分子筛弱Bronsted酸量略有增加;(3)磷酸浸渍改性使HZSM-5沸石催化剂的积碳量明显减少;(4)磷酸浸渍改性HZSM-5催化剂中,催化裂化反应活性受到抑制,而齐聚、环化和氢转移反应活性得到促进;(5)在MTA反应中,Zn-2P/HZSM-5催化剂具有BTX选择性高、催化剂稳定性良好的优点。当反应条件为T=400℃,P=0.1 MPa,WHSV=0.7 h-1时,Zn-2P/HZSM-5催化剂在反应6h时,BTX选择性高达46.76%,且反应330 h后,其BTX选择性仍高于20%。