ZSM-5分子筛以其独特的孔道结构和强酸中心、良好的水热稳定性和离子交换性,在工业过程中得到了广泛的应用。普遍认为,在碳氢化合物的催化转化过程中,ZSM-5分子筛上的积炭是导致其活性降低并最终完全失活的主要原因。事实上,由积炭引起的催化剂的失活一直是催化剂研制、开发以及使用中关注的重要问题,但目前所报道的相关研究结果大多是基于单一模型化合物或其简单组合体系,对催化裂化(FCC)汽油加氢改质这一复杂反应体系在ZSM-5分子筛催化剂上积炭行为的研究,目前还未见文献报道。由于FCC汽油组成的复杂性,且其重要的目标产物芳烃又是积炭前驱物,这可能导致ZSM-5分子筛催化剂在FCC汽油加氢改质过程中的失活行为与以单一模型化合物作为反应物时的失活行为有所不同。因此,本文首先考察了笔者所在研究集体开发的HZSM-5分子筛基催化剂在FCC汽油加氢改质过程中的积炭与失活行为,然后通过酸性和孔结构的优化、粘结剂含量的优化和反应条件的优化探索了提高催化剂稳定性的方法,取得以下结果:　　1.积炭的生成是导致HZSM-5分子筛催化剂在FCC汽油加氢改质过程中活性降低的主要原因。催化剂上的积炭量、积炭性质以及积炭的落位与反应时间密切相关。与以单一模型化合物为反应物时不同,以FCC汽油为反应物时,积炭同时沉积在催化剂的孔道内及其外表面。积炭首先在催化剂的强酸中心、尤其是强的Lewis(L)酸中心上生成。随着反应时间的延长,积炭量增加,积炭覆盖面积增大,积炭层厚度增加,催化剂的比表面积、孔体积和平均孔径减小,并最终发生孔道堵塞,而积炭性质趋于贫氢。对平行竞争的加氢异构化和芳构化反应,当催化剂上具有较多的强酸中心时,以芳构化反应为主;随着积炭量的增加,强酸量减少,异构化反应逐渐占据主要地位。积炭的生成还提高了催化剂对C8、C9和C9+等大分子芳烃的选择性,而减小了对苯和甲苯等小分子芳烃的选择性。　　2.HZSM-5分子筛催化剂的酸性和孔道开放性对FCC汽油的加氢改质具有重要作用。柠檬酸洗涤可以清除水热处理过程中形成的非骨架铝物种,使堵塞的分子筛孔道变得更为开放,水热脱铝-柠檬酸补铝过程使HZSM-5分子筛的酸性分布更为均匀,而MgO的添加可以优化催化剂的L酸与Brònsted(B)酸之比。当催化剂的中强和强的L酸与中强和强的B酸之比略高于1、总L酸与总B酸之比介于2～3之间、且有适量的强酸中心维持芳构化反应进行时,催化剂具有适中的FCC汽油加氢改质活性和优异的稳定性。另外,催化剂上的积炭量与其稳定性之间并不存在顺比关系,低H/C比性质积炭的形成是导致催化剂活性降低的主要原因。　　3.HZSM-5分子筛的酸性和孔结构在FCC汽油加氢改质反应中具有重要的作用。HZSM-5分子筛具有较强的酸性和较高的酸密度,相应催化剂在具有较高初始活性的同时也因积炭的快速生成而迅速失活;水热处理使HZSM-5分子筛的骨架脱铝,酸性降低,相应催化剂的稳定性得到提高;碱处理使HZSM-5分子筛骨架脱硅产生介孔,酸性基本不变,相应催化剂也很快失活,但其容炭能力得到显著提高。水热脱铝和碱处理脱硅的联合应用实现了HZSM-5分子筛酸性和孔结构的综合优化。HZSM-5分子筛水热后的碱处理具有骨架脱硅、骨架补铝和清除非骨架铝物种三重作用,而碱处理后的水热处理具有骨架脱铝和稳定部分骨架结构双重作用。由于碱处理后的水热处理更能有效地优化分子筛的酸性并产生介孔,因此所制备的催化剂对FCC汽油加氢改质反应具有适中的异构化活性、较高的芳构化活性和最佳的稳定性。反应400 h后,烯烃含量由FCC汽油原料的36.66 v%降至17.98 v%,异构烷烃和芳烃含量分别增加了6.30 v%和7.29 v%,液体收率达98.2 wt%,研究法辛烷值(RON)不损失。尽管调变催化剂载体中粘结剂γ-Al2O3的含量也可以调整催化剂的酸性和孔结构,但并不能改变HZSM-5分子筛固有的具有较高积炭活性的强酸中心,也不能将在HZSM-5分子筛孔道内强酸中心上生成的积炭转移到具有较高容炭能力的γ-Al2O3的介孔中,因而催化剂的反应性能未能得到显著改善。　　上述研究结果表明,以单一模型化合物或其简单组合为反应物时所建立的HZSM-5分子筛催化剂的失活机理并不能直接应用于FCC汽油加氢改质这一复杂反应体系,以具有适宜的酸性和孔结构的HZSM-5分子筛为载体制备的催化剂在FCC汽油加氢改质反应中具有优异的抗积炭稳定性,展现出良好的工业应用前景。本文的研究结果为抑制分子筛基催化剂的积炭失活提供了新的技术途径。