丙烯是一种重要的工业原料,多用于生产聚丙烯、丙烯腈和环氧丙烷。目前,世界上90%以上的丙烯来自石油路线,主要通过石脑油蒸汽裂解(SteamCracking)、丙烷脱氢和催化裂化(Fluid Catalyst Cracking,FCC)来生产。由于石油资源的短缺,通过煤、天然气和生物质气经甲醇制丙烯(MTP)受到越来越多的关注。本文研究了在工业ZSM-5分子筛催化剂上MTP反应体系的热力学、反应网络和反应动力学,并基于得到的反应动力学模型模拟了工业六段固定床反应器。本文主要研究内容包括以下几点:1.甲醇制丙烯热力学分析:结果表明,甲基化反应为不可逆放热反应,烯烃裂化反应为可逆的吸热反应,叠合-裂化反应为既有吸热反应又有放热反应的可逆反应,烯烃加氢和甲醇裂解反应均为不可逆放热反应。烯烃的平衡组成受热力学平衡的限制,温度和压力均会影响平衡的组成。2.采用微型固定床反应器全面研究了甲醇制丙烯(MTP)反应过程,考察了甲醇单独进料、不同烯烃单独进料、甲醇和烯烃混合进料三种条件下的反应规律。结果表明,在工业H-ZSM-5催化剂上甲醇主要发生甲基化和裂化反应,C2～C5烯烃主要发生叠合-裂化反应,C6和C7烯烃主要发生裂解反应,甲醇通过一系列甲基化和烯烃裂化路径转化为丙烯,生成丙烯的反应步骤都是快反应,而甲醇裂化、乙烯转化和生成烷烃及芳烃的副反应都是慢反应。据此,提出了 MTP的复杂反应网络与动力学模型,通过实验数据的拟合获得了各步反应的动力学参数。3.基于得到的反应动力学模型,模拟了工业六段固定床反应器计算结果和工业出口组成相符合,各组分误差在7.5%以内,并给出了各段床层内的浓度分布和温度分布。考察了催化剂颗粒半径和接触时间对产物选择性的影响,结果表明:生成丙烯的反应为快反应,烯烃的氢转移反应为慢反应,通过减小催化剂粒径可以消除内扩散的限制,提高丙烯选择性;由于副反应是不可逆,通过减少接触时间可以有效降低副反应的选择性,从而提高丙烯的选择性。