在石油资源日益紧缺的形势下,甲醇制低碳烯烃(Methanol-to-Olefins,简称MTO)技术得到广泛关注。其中催化剂的开发是该技术关键所在。本文采用水热合成法,分别在单模板剂、双模板剂和三模板剂体系下对SAPO分子筛的制备、表征及其改性进行了详细研究,并在固定床反应器中对催化剂进行MTO催化性能测试和积碳研究,筛选较优的MTO分子筛催化剂。在单模板剂体系下,研究了不同模板剂、模板剂用量、晶化混合物pH值、晶化时间、金属离子改性等合成因素对分子筛合成及其催化性能的影响。结果表明,四乙基氢氧化铵(TEAOH)为合成SAPO-34的最佳模板剂。与二乙胺(DEA)相比较,TEAOH合成的SAPO-34,比表面积大、晶粒尺寸小且分布均匀,具有适宜比例的强、弱酸中心。在TEAOH:Al2O3=2.02～1.35范围内,可合成得到SAPO-34,但结晶度改变；随着TEAOH用量的减少,SAPO-5与SAPO-34共生。添加的金属离子不同,合成分子筛的相对结晶度、比表面积、微观形貌和酸性有所差异：Mn2+和Ni2+的添加导致相对结晶度下降、酸性增强、酸量减少；Cr3+的添加可提高分子筛的结晶度,调节强、弱酸比例,合成得到的分子筛CrAPSO-34具有良好的水热稳定性,在MTO反应中,甲醇的转化率100%,对(乙烯+丙烯)的选择性为85.02%,乙烯／丙烯摩尔比为1.39,活性时间275min,最大结碳量为17.0wt%。在双模板剂体系中,首先比较了不同组成双模板剂DEA/TPABr、DEA/TEA、DEA/Mor和TEAOH/DEA对分子筛合成的影响,表明DEA/Mor和TEAOH/DEA可合成得到具有较高结晶度的纯相SAPO-34,而DEA/TPABr和DEA/TEA合成产物为SAPO-5。经比较,TEAOH/DEA合成的分子筛MTO催化性能更优,为适宜双模板剂。采用TEAOH/DEA双模板剂,研究了TEAOH/DEA摩尔比对分子筛合成及其催化性能的影响。结果表明,分子筛的晶型不受TEAOH/DEA摩尔比影响,在n(TEAOH):n(DEA)=(1.0～0):(0～1.0)的范围内均可以合成得到纯相SAPO-34,以纯DEA合成的分子筛结晶度最高,其它摩尔比合成的分子筛结晶度相当；晶粒均为立方晶形,无团聚现象,但晶粒尺寸随着模板剂中DEA含量的增大而增大,受TEAOH/DEA摩尔比影响显著；以纯DEA合成的分子筛晶粒最大,为3.1-9.1gm,并且酸性较强,酸量较小,这是由骨架中的大尺寸硅岛的形成所致；而双模板剂有利于更多的硅进入骨架并较好地分散,形成小尺寸硅岛,保持了较好的酸性能。在MTO反应中,随着TEAOH/DEA摩尔比的不同,活性时间不同,以n(TEAOH):n(DEA)=0.5:0.5合成的分子筛具有最长反应活性时间540min。采用n(TEAOH):n(DEA)=0.5:0.5双模板剂配比,从模板剂含量、硅含量、磷含量、晶化温度和晶化时间等合成因素对分子筛的合成条件进行优化。得到,在低模板剂含量下,SAPO-34和SAPO-5为竞争相；SiO2/Al2O3=0.1～1.0范围内改变硅含量,不影响产物晶型,但结晶度和酸性能不同；程序升温晶化方式有利于分子筛在90～150℃左右生成过渡相态,并很大程度上影响后续合成分子筛的性质,从而制得具有较高结晶度的SAPO-34催化剂；Cr3+的添加受硅含量影响,较高硅含量(0.60SiO2:Al2O3)不利于Cr3+进入分子筛骨架。以凝胶组成为Al2O3:P2O5:0.6SiO2:1.0TEAOH:1.0DEA:53H2O,程序升温方式晶化：100℃24h,200℃72h合成得到具有较高结晶度、重复性好的纯相SAPO-34分子筛,在MTO反应中,甲醇的转化率100%,对(乙烯+丙烯)的选择性为86.41%,乙烯／丙烯摩尔比为1.85,活性时间540min。在三模板剂TEAOH/DEA/TEA体系中,研究了TEAOH/DEA/TEA配比对合成分子筛的影响。结果表明,当模板剂中TEA含量较低时(<40%),可以合成得到纯相SAPO-34,晶粒尺寸较小(0.8～1.4μm)；较高的TEA含量(>40%)下,SAPO-5与微量SAPO-34共生,并且随着TEA含量的增大,晶粒形貌由小尺寸的薄片变为较大尺寸的薄片团聚体；酸性受TEAOH/DEA/TEA配比影响显著,以TEAOH:DEA:TEA=0.67:0.67:0.67为模板剂合成的SAPO-34酸量最大,酸强度适宜,在MTO反应中甲醇的转化率100%,对(乙烯+丙烯)的选择性高,为89.39%,乙烯／丙烯摩尔比为2.27,活性时间最长560min,最大积碳量为24.2wt%。不同结构分子筛ZSM-5、SAPO-44与其相比较,ZSM-5催化剂上,甲醇的转化率低,产物含有较多的C5-C8及以上烃类；SAPO-44催化剂上,失活较快。采用三模板剂TEAOH/DEA/TEA合成的SAPO-34催化剂,在TGA固定床等温积分反应器中研究了MTO反应本征动力学,在温度375～475℃、WHSV=8～32h-1的条件下,建立了五个产物集总(甲烷、乙烯、丙烯、丁烯、丙烷)的生成速率动力学方程。采用Runge-Kutta法和Levenberg-Marquardt最优化方法进行参数拟合,模型统计检验和残差分析表明,动力学模型是适宜的。