低碳烯烃(乙烯、丙烯和丁烯)是重要的石油化工基础原料。随着石油资源的日益减少和Cl化学的迅速发展，合成气直接制低碳烯烃技术渐显重要，即以非石油路线为主，从煤基或天然气基合成气出发经费托(F-T)合成一步法合成低碳烯烃。但是由于CO加氢反应的多样性与复杂性，产物组成十分复杂，含氧化合物的生成不可避免。同时由于Anderson-Scholz-Flory(A-S-F)分布规律的限制，不可能生成单一或某几种组分的产物，即以低碳烯烃为目标产物而言，产物分布难以控制在轻质烃组分内，副产物如CH4、CO2的生成不可避免，大量C5+的生成也严重影响总低碳烯烃收率。此外初级产物烯烃的二次反应如加氢、歧化、聚合等反应也限制了烯烃选择性的提高。目前需要解决的核心问题是在提高烯烃选择性的同时，有效的控制产物分布。　　 本论文详细考察了碳化物的生成条件，温度、压力效应等对产物选择性的影响规律，并系统的研究了超细Fe-Mn催化剂在高温碳化和不同气氛预处理过程中的反应行为。结合催化剂系列表征，就碳化物的生成对催化剂体相结构、表面组成、表面酸碱性等的影响进行了深入探讨。并通过催化剂的原位合成，引入非金属元素碳，通过碳的分散作用，控制链增长，使得烯烃选择性和收率获得较大的提高。具体包括以下几个方面的内容：　　 1.Fe2O3的碳化过程表明，温度、碳化气氛显著的影响碳化铁物种的生成。在250℃和CO或合成气气氛下Fe2O3主要生成Fe3O4；在300-350℃和CO或合成气气氛下，主要生成Fe5C2。合成气的氢碳比对物相结构的影响不显著，但随着氢碳比的提高，积碳能力增强。在350℃以上进行碳化，无论何种气氛(CO或者H2/CO)都主要生成Fe3C。在CO加氢反应中，这些物种均具有较高的活性。在相同的反应条件下，Fe3C较Fe5C2具有更高的烯烃选择性。结果表明，低温和高压有利于含氧化合物的生成，高温和低压有利于烃的生成。　　 2.超细粒子Fe-Mn催化剂高温碳化过程表明，CO和CH4/H2气氛均提高烯烃选择性(O/P)，降低CH4的选择性，同时促进链增长。CH4/H2气氛碳化使得催化剂活性有所提高；CO气氛下碳化，由于大量石墨碳的生成，活性略有下降，但石墨碳的生成在一定程度上又抑制了链增长。Fe-Mn催化剂的预处理结果表明，不同气氛下预处理后催化剂表面均富K和Mn。H2预处理的催化剂K严重富集，而高温CO(400℃)预处理的催化剂表面严重积碳。在含CO气氛中预处理均有利于烯烃选择性(O/P)的提高，H2预处理的催化剂烯烃选择性较低，但随着反应时间的增加，烯烃选择性有所增加。H2及低温CO(250℃)处理的催化剂有利于产生轻质烃，在较高温度(>300℃)下碳化较易生成重质烃。对Mn的作用进一步研究表明，Mn的存在抑制了Fe的碳化，但表面仍严重积碳。　　 3.碳化物的种类和稳定性对催化剂表面酸碱性和CO吸附行为有重要的影响。碳化物的生成有利于表面碱性的提高，并随着碳化物的稳定性增强而增强，TPD结果表明，CO主要吸附在催化剂表面碱性位上。积碳对催化剂表面碱性的影响较大，对CO吸附的影响相对较小。CO在碳化物上的强吸附作用，促使反应过程中碳化物上较易发生积碳。　　 4.溶胶-凝胶法制备的Fe-Mn-K-C催化剂具备高选择性的合成低碳烯烃性能。同时呈现较低的CH4选择性。通过催化剂的原位合成引入碳，可以抑制链增长，产物明显的向轻质烃转移，C5+含量明显降低，C2-C4烃含量较传统的F-T催化剂增加了10-15％，但CH4的含量变化不大。当碳含量>10wt％，CH4的选择性显著增加。H2-TPR表明，随着碳含量的增加，催化剂被还原，并促进了Fe-Mn尖晶石相的生成，稳定了Fe2+。进一步的研究表明，碳含量的增加抑制了水煤气变换(WGS)反应。在碳含量为2.43wt％时，总烯烃收率>60g/[m3N(CO+H2)]，通过调节K和C的含量关系，总烯烃收率可达70g/[m3N(CO+H2)]。