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芳烃是重要的石油化工基础原料,其中苯、甲苯和二甲苯的生产规模仅次于乙烯和丙烯,是重要的一级有机化工原料,其衍生物主要用于合成纤维、橡胶以及各种精细化学品。目前,主要采用传统的石油路线生产芳烃。随着石油资源的日趋减少和石油价格的不断攀升,开发非石油基的芳烃生产技术已是大势所趋。甲醇转化制芳烃(MTA)是非石油路线合成优质芳烃的新途径,对于改善芳烃的供需关系和促进煤化工产业的发展具有重要意义。目前常以ZSM-5分子筛作为甲醇芳构化反应的催化剂。以ZSM-5分子筛作为催化剂时,其晶粒尺寸对催化性能和产物选择性有着至关重要的影响。与微米ZSM-5分子筛相比,纳米ZSM-5分子筛具有较大的比表面积、较多的表面活性中心和较短的孔道,有利于提高反应物和产物在分子筛孔道中的扩散速度和反应活性,从而表现出更好的催化稳定性和抗积炭能力。本文研究了ZSM-5分子筛的纳米化合成并考察了ZSM-5分子筛晶粒度、硅铝比和不同浓度碱液改性分子筛对甲醇芳构化反应性能的影响。以正硅酸四乙酯为硅源,硝酸铝为铝源合成ZSM-5分子筛过程中,模板剂四丙基氢氧化铵在合成体系中的添加比例对水热合成ZSM-5分子筛的晶粒尺寸有很大的影响。一定范围内模板剂添加量越多,分子筛晶体尺寸越小,但当晶粒尺寸降低到300~400 nm时,其晶粒尺寸控制作用不再明显。在保持较高的四丙基氢氧化铵添加比例时,低温老化可以促进成核,有利于合成形状规则、分布均匀的纳米ZSM-5分子筛。不同晶粒度ZSM-5分子筛的甲醇芳构化反应性能结果表明,随着催化剂晶粒度的降低,甲醇的平均转化率,芳烃选择性和BTX的选择性均不同程度的提高,晶粒度为99.1±7.0 nm的纳米分子筛具有最高芳烃选择性(平均在42%以上),其中BTX选择性达37%。对失活催化剂积碳含量分析结果表明,随着催化剂晶粒度的降低,积碳量明显降低。通过调变合成体系中硅源与铝源的比例,合成了不同硅铝比的纳米ZSM-5分子筛。不同硅铝比的纳米ZSM-5分子筛的甲醇芳构化反应结果表明,低硅铝比的纳米ZSM-5分子筛具有更高的芳烃选择性,高硅铝比的纳米ZSM-5分子筛具有更高的低碳烯烃选择性,说明最适合甲醇芳构化的催化剂是低硅铝比的纳米HZSM-5催化剂。以低硅铝比纳米ZSM-5分子筛为目标产物,对水热合成纳米ZSM-5分子筛的工艺进行了放大研究。以正硅酸四乙酯(工业级)为硅源,氢氧化铝干胶(工业级)为铝源,在600升晶化釜中成功地合成了纳米ZSM-5分子筛,为纳米分子筛产业化过程奠定了基础。采用不同浓度NaOH溶液对纳米ZSM-5分子筛的改性研究表明,纳米分子筛催化剂的甲醇芳构化反应性能存在明显差异。高浓度的NaOH溶液对分子筛的骨架破坏较大,反应性能较差;低浓度的NaOH溶液对分子筛的骨架影响较小,并使分子筛产生了大量的二次介孔结构,有利于反应物与产物在分子筛孔道内的活性中心接触和扩散,显著地提高了分子筛的催化活性。