乙烯、丙烯等低碳烯烃是现代化学工业的基础。随着市场需求的快速增长和石油资源的日益枯竭,开发低碳烯烃生产新技术、拓宽低碳烯烃生产原料来源势在必行。另一方面,随着石油炼制、蒸汽裂解规模的不断扩张和“西气东输”工程的建成投用,C4烃类的资源化利用成为石油化工行业的热点之一,C4烃类制取低碳烯烃的重要性日益凸显。丁烯裂解是C4烃类裂解制取低碳烯烃的关键,反应遵循“叠合裂化”机理,丁烯先叠合生成C8二聚体再裂解生成低碳烯烃。为提高低碳烯烃选择性,丁烯裂解通常采用酸性较弱的催化剂,导致C4烃类裂解技术普遍存在丁烯转化活性不足与催化剂易失活等问题。丁烯与甲醇共进料的“醇烃共炼”反应不仅中和了丁烯裂解与甲醇制烯烃反应的反应热,并且丁烯可先与甲醇发生甲基化反应生成C5+中间体再裂解生成低碳烯烃,是从机理层面优化丁烯裂解生成低碳烯烃过程的潜在手段。本文的研究围绕甲醇共进料对ZSM-5分子筛催化剂上的丁烯裂解生成低碳烯烃过程的反应和失活行为的影响展开,旨在改善丁烯转化活性、延长催化剂寿命,主要内容如下:1、甲酵共进料对丁烯裂解反应行为的影响:研究了甲醇共进料对丁烯转化以及产物选择性的影响,分别对丁烯裂解和共进料反应中丁烯的转化过程进行了动力学研究,对甲醇共进料促进丁烯裂解生成低碳烯烃的机理过程进行了探讨。研究结果表明甲醇共进料对丁烯的转化和低碳烯烃的生成具有明显的促进作用,共进料反应沿催化剂床层分为两个阶段,甲醇参与反应的第一阶段中丁烯与甲醇的甲基化反应是导致甲醇共进料促进作用的根本原因。2、共进料促进作用与催化剂结构特性的关联:研究了甲醇共进料对不同硅铝比和不同元素改性的ZSM-5分子筛上丁烯裂解生成低碳烯烃过程的促进作用,对甲醇共进料促进作用与催化剂酸性和孔结构特性的关联进行了探讨。研究结果表明,甲醇共进料的促进作用与催化剂的结构特性密切相关,在酸性较弱或微孔表面积与孔体积较低的催化剂上甲醇共进料的促进作用更为明显。3、甲醇共进料对结焦失活行为的影响:研究了甲醇共进料对催化剂的结焦失活过程以及结焦催化剂结构特性的影响,对甲醇共进料延缓催化剂结焦失活的机理进行了探讨。研究结果表明,甲醇共进料减缓了催化剂结焦失活过程中强酸中心的损失,延长了催化剂的结焦失活寿命,共进料反应的分区结焦特性是结焦失活减缓的主要原因。4、催化剂水热失活对共进料反应性能的影响:研究了水蒸气处理对分子筛结构特性及其催化丁烯裂解和甲醇与丁烯共进料反应性能的影响,对水蒸气处理剂上甲醇共进料的促进作用进行了探讨。研究结果表明,甲醇共进料提高了水热脱铝催化剂的丁烯转化活性和低碳烯烃收率,水蒸气处理剂上共进料反应的反应性能明显优于丁烯裂解。