甲醇制丙烯(Methanol to propylene, MTP)是一项能够保障我国能源安全的独立的丙烯生产技术。现有的固定床和流化床MTP工艺在操作复杂性及催化剂磨损等方面所存在的固有弊病难以克服。开发高丙烯收率、低能耗的先进MTP工艺能够在促进产业更新换代的同时提高经济效益,发展潜力巨大。本论文围绕ZSM-5分子筛催化剂上MTP反应-失活路径展开,通过研究催化剂粒径及反应条件对MTP反应-失活路径的调控机制提出了循环烃不与含氧化合物共炼的高苛刻反应路线。再借助催化剂能够连续再生的移动床工艺化解高苛刻反应条件下高丙烯收率与催化剂积炭失活快的矛盾。与此同时,利用分子筛催化剂上MTP反应选择性积炭的特性将MTP反应失活催化剂用于实现副产烯烃的高效循环利用。基于此,开发了全新的三步法移动床甲醇制丙烯(Three-step moving bed methanol to propylene, TMMTP)工艺,并建立了该工艺中失活催化剂的再生动力学。主要研究内容如下：1.对甲醇制丙烯反应体系进行了热力学计算。结果表明,甲基化反应不可逆放热,烯烃裂化反应可逆吸热。在典型产物分布条件下,MTP反应热达32.5kJ/molMe,绝热温升411℃,其中甲醇醚化脱水反应放热量约为MTP总放热量的三分之一。C2～C7烯烃间的平衡转化中丙烯平衡浓度最高,且存在最佳平衡温度与分压,芳烃和烷烃的生成是降低总丙烯收率的根本原因。2.通过MTP反应机理的研究指导最优反应路线的选择。首先,考察了分子筛催化剂粒径对MTP和烯烃转化反应转化率和产物分布的影响,总结并提出了由催化剂孔道结构和空时共同控制的MTP反应路径调控机制。其次,在泡沫SiC结构化催化剂上对比考察了甲醇单独进料、烯烃单独进料以及烯烃甲醇共进料的反应速率及产物分布,得到了该催化剂上烯烃甲基化裂化反应路径。最后,在结构化催化剂上系统考察了反应条件对MTP反应的作用机制,并通过正交实验求取了以P/E为优化目标的MTP反应条件。3.为了了解催化剂的失活规律,研究了MTP过程中分子筛催化剂的积炭及脱铝行为。首先,考察了多周期反应-再生过程中催化剂的反应和失活规律。不可逆的分子筛脱铝降低了催化剂酸强度和酸量,造成了多周期过程中催化剂单程寿命波动和各个周期中产物选择性变化规律的差异；其次,在结构化催化剂上分别考察了甲醇、丁烯以及二者共进料反应时的床层积炭分布,系统研究了甲醇单独进料时不同反应条件下催化剂的失活规律。结合MTP反应中不同程度失活催化剂孔道结构和积炭性质的分析表征结果可知,烃池反应引发的非均匀积炭分布于微孔内,烯烃二次反应引发的均匀积炭分布在微孔外。非均匀积炭速率大于均匀积炭,当微孔因非均匀积炭堵塞而失活时,微孔外表面酸性位点仍具有一定的活性,且能够催化烯烃的平衡转化。4.根据MTP热力学计算以及反应-失活路径的研究结果总结并提出了甲醇高空速下单独进料、副产烯烃单独转化的TMMTP工艺,通过实验验证了该工艺可行性和先进性,并给出了工艺参数设计方法。据此对180万吨甲醇/年的TMMTP工艺进行了设计与核算,计算结果表明：TMMTP工艺中丙烯总收率达89.71c%,吨丙烯甲醇耗量为2.55吨。该工艺节省催化剂的同时提高了装置产能,节水降耗。5.通过热重分析考察了“二步法”和“三步法”积炭失活催化剂样品上积炭的燃烧特性,并分别求取了相应的幂指数型积炭燃烧动力学。“二步法”积炭失活催化剂上存在两类积炭,分别分布于微孔内外。“三步法”失活催化剂上只有一类积炭。“二步法”失活催化剂上两类积炭的氧分压级数均高于“三步法”失活催化剂,炭含量级数则相反。“三步法”失活催化剂上积炭的燃烧的速率常数远大于“二步法”失活催化剂上的两类积炭,但其燃烧活化能却与“高温炭”相近。分子筛催化剂上积炭的燃烧行为受内扩散控制,内扩散速率越低,积炭燃烧反应的氧分压级数越高,相应的炭含量级数越低,积炭表面积越大其反应速率越快。