乙烯和丙烯是重要的化工原料，目前乙烯主要产自蒸汽裂解过程，而丙烯来源主要是乙烯生产中的副产物和催化裂化液化气。传统的管式蒸汽裂解制乙烯投资大，反应温度高，设备要求苛刻，并且对原料有严格的限制。我国在炼油化工过程中，产生了大量的C4烃。有效地利用廉价的C4烃，特别是开发C4烷烃为主的催化裂解技术以多产乙烯及丙烯，具有重要的意义。 催化裂解制烯烃技术的关键之一是催化剂的研制。本论文首先采用不同类型的分子筛如大孔的Hβ(SiO2/Al2O3摩尔比为25，简称25)、Hβ(50)、Hβ(80)及ReHY和DASY；中孔HZSM-5、复合孔W1和W2等体系进行了催化裂解正丁烷制低碳烯烃的研究。结果表明：HZSM-5分子筛具有催化裂解活性适中、烯烃收率高、稳定性相对高且不易失活的特点；是C4烃裂解的有效催化剂。 通过在不同的焙烧温度下处理HZSM-5(64)，达到了对分子筛酸性的调变。对HZSM-5分子筛酸性研究结果表明：HZSM-5分子筛的总酸量、单位面积酸量及质子酸均随热处理温度的升高而降低；路易斯酸基本不变，但路易斯酸与质子酸的比值增加(除800℃以外)。调变后的HZSM-5对正丁烷、异丁烷及混合丁烷的催化裂解表明：随着酸密度的减小，原料丁烷的转化率及乙烯收率降低；而丙烯、丁烯和总烯烃的产率都增加。而且，700℃为HZSM-5分子筛的最佳热处理温度；不同原料的催化裂解总烯烃收率遵循：异丁烷＞混合丁烷＞正丁烷。正丁烷在反应温度650℃、混合丁烷在反应温度625℃、异丁烷在反应温度600℃时，总烯烃收率分别为52.8％、54.7％及58.7％。 采用等体积浸渍法在HZSM-5分子筛上负载过渡金属，来调变HZSM-5分子筛的酸性，结果表明：正丁烷催化裂解的活性随过渡金属的负载量的增加先增加而后降低，这主要是由于随着过渡金属负载量的增加，金属元素覆盖了HZSM-5分子筛表面或与HZSM-5分子筛活性中心的结合的程度增加而导致HZSM-5分子筛活性中心的降低。另外，负载微量的Cr、Fe的HZSM-5可提高催化裂解正丁烷、混合丁烷及异丁烷的活性，同时可明显提高异丁烷催化裂解的乙烯及丙烯收率。在625℃反应条件下，HZSM-5分子筛负载0.010mmol/g的Fe(Ⅲ)及0.004mmol/g的Cr(Ⅲ)后，乙烯加丙烯收率分别可达57.0％及56.1％，均高于HZSM-5分子筛未改性时的46.4％。其主要原因是引入的微量Fe(Ⅲ)、Cr(Ⅲ)结合在HZSM-5分子筛的孔道表面和分子筛骨架上，调变了催化剂的酸性，有利于提高原料丁烷或中间产物丁烯的催化裂解深度。此外，Fe和Cr具有一定的脱氢作用。 HZSM-5分子筛的硅铝比影响分子筛的孔径、总酸量、B酸量、结构稳定性及其催化裂解丁烷的反应活性。研究结果表明：HZSM-5分子筛经过700℃热处理后，其丁烷催化裂解的活性随着硅铝比的增加而降低，而烯烃选择性却明显增加，在硅铝比为38～50范围内可获得较高的烯烃收率。同时在HZSM-5分子筛硅铝比为25～150范围内分别负载0.010mmol/g的Fe(Ⅲ)及0.004mmol/g的Cr(Ⅲ)进行了研究，结果表明：负载0.010mmol/g的Fe(Ⅲ)及0.004mmol/g的Cr(Ⅲ)后，HZSM-5分子筛的催化裂解活性增加，在硅铝比为50～150的范围内采用FeHZSM-5和CrHZSM-5分子筛催化裂解异丁烷均可获得高的烯烃收率。在575℃，总烯烃收率为约58％和57％～59％。 采用混合丁烷为原料时，宜采用硅铝比较高的FeHZSM-5分子筛。在575℃，硅铝比从50到150，总烯烃收率从47.8％上升到49.1％。采用正丁烷为原料时，宜采用低硅铝比(硅铝比50以下)纯HZSM-5(经过高温焙烧处理)进行催化裂解。在575℃，在采用硅铝比38的HZSM-5分子筛(经过热处理)时，可得50.8％的总烯烃收率。 此外，对HZSM-5及其改性分子筛催化裂解正丁烷及异丁烷的机理进行了研究，提出了针对正丁烷及异丁烷催化裂解机理的新解释；对HZSM-5分子筛负载微量Cr、Fe作用也进行了探讨。结果表明：HZSM-5及其改性分子筛催化裂解丁烷为正碳离子机理。