甲醇制丙烯(Methanol to Propylene,MTP)工艺是非石油路线增产丙烯的重要方法,是将我国多煤少油的资源状况与基础化工原料需求相结合的关键步骤,对奠定我国未来化工产业格局具有重要意义。工业MTP装置中采用ZSM-5催化剂,由于其不可避免地会发生失活,需要经历多个反应-再生周期确保长时间稳定的产出。如何有效管控催化剂的状态,延长催化剂的使用寿命是一个重要的科学命题。本文围绕MTP工业装置中催化剂在多周期反应-再生操作中结构性质与反应特性的关联展开。首先通过分析实际工业多周期催化剂的结构和反应性能在多周期中的变化规律,研究催化剂具体结构参数变化与多周期MTP反应行为差异的关系。再借助高温水蒸气处理手段,制备不同脱铝程度的ZSM-5催化剂样品,探究脱铝失活对ZSM-5催化剂结构性质及其MTP反应规律的影响,提出通过催化剂关键性质的匹配利用水蒸气处理来模拟多反—再周期样品的方法。最后研究了多反-再周期中ZSM-5催化剂积炭的性质,建立了不同反-再周期失活催化剂的再生动力学,并将动力学中的关键参数与催化剂结构性质进行了的关联。主要研究内容如下:1.借助XRD、NH3-TPD等系列表征手段,对工业多周期催化剂性质,尤其是孔道结构与酸性质的变化进行了考察,并进一步探究催化剂样品的反应特性的变化规律。结果表明,伴随多周期的进行,催化剂的骨架结构逐渐被破坏,部分骨架铝流失,相对结晶度下降明显,酸性出现明显下降,产生较多8-12nm的介孔。催化剂伴随多周期的进行其活性有一定的下降,且整体的丙烯选择性也呈现逐渐降低的趋势。2.考察了水蒸气处理前后催化剂性质的改变,建立了以水热处理为手段的快速失活评价方法,借助表征手段阐明了水蒸气处理对于催化剂性质的调控作用。结果表明,600℃的高温水蒸气处理确实能够快速破坏催化剂的骨架结构,导致结晶度下降,整体酸性下降;与此同时,催化剂的孔结构“破坏”程度较小,最明显的变化是介孔孔径的分布,3.5nm-4nm的“小介孔”的分布增加。从脱铝角度出发,通过对比水蒸气处理样品与工业多周期催化剂的各项性质,建立了以水蒸气处理为手段对实际多周期的样品进行模拟匹配的方法。3.考察了单周期中MTP反应过程中催化剂的积炭失活行为过程及规律。合理地设计并制备了 一个完整失活周期中不同反应时长的催化剂样品,通过分析各个样品的积炭性质,包括积炭量、积炭物种、积炭位置以及催化剂酸性中心和骨架结构的变化,揭示了单周期内MTP反应过程中催化剂上积炭的生长衍变规律,并进一步探究和分析了多周期样品的积炭行为的差异,将其与催化剂酸性中心的变化进行有效关联。4.利用热重分析仪考察了不同再生条件对催化剂再生效果的影响,并建立了多周期催化剂的本征烧炭动力学,提出了动力学模型参数和催化剂孔道和酸量两个关键因素的有效关联,得到了烧炭动力学的预测模型。