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丙烯是石油化工的重要原料之一,被广泛地用来生产聚丙烯、丙烯腈、环氧丙烷等各类化工产品,以及其他一些用来代替纸张、金属及木材的非塑性材料。近年来丙烯衍生物需求强劲,使得长久以来在传统工艺中作为乙烯副产品的丙烯供求关系非常紧张。同时由于作为原料的石油资源的不可再生性,若干年后必然爆发的石油危机,以及目前大幅波动的石油价格,促使以天然气和煤为碳源的甲醇制丙烯（MTP）工艺引起众多的关注。MTP工艺基于Mobil公司发现的甲醇制汽油（MTG）反应,然而到目前为止,这一反应由于催化剂在导热、传质、积炭上的问题以及反应本身的性质所导致的问题,仍然没有得到大规模的工业化。对于MTP反应本身机理的研究仍无定论,且反应规律的研究尚有需要完善之处。催化剂的稳定性和丙烯选择性仍然有很大的提升空间。因此,探寻该催化反应的规律,研究催化剂在该反应中的催化行为,并在此基础上开发出性能卓越的MTP催化剂具有重大现实意义。本论文以研究MTP反应过程中参数的影响及内在联系为基础,以提高丙烯选择性和增强催化剂稳定性为目标,开展了以下几个方面的研究:（1）研究HZSM-5催化剂在MTP反应中的催化性能,研究反应和催化剂参数的影响和相互偶联的关系;（2）通过一系列经元素修饰的催化剂在MTP反应中的催化性能比较,筛选出了对提高丙烯选择性效果最为显著的修饰元素——磷（P）,并对P修饰HZSM-5催化剂的酸性、结构性质和反应中的稳定性进行研究;（3）研究具有代表性特点的W、Ce、Ga修饰的HZSM-5催化剂的性质对MTP催化性能的影响;（4）开创性地将纳米HZSM-5沸石用于MTP反应,初步研究了晶粒大小对于丙烯选择性和反应稳定性的影响。一、HZSM-5催化剂的催化性能及甲醇制丙烯反应过程研究首先分析了MTP反应的化学热力学。MTP过程为强放热反应,采取大量水蒸气可提高传热效果。使用传统方法合成HZSM-5沸石,考察了在MTP反应中HZSM-5的硅铝比、反应温度和原料空速对于催化性能的影响。结果表明,HZSM-5催化剂适宜的硅铝比为220左右,适宜的反应条件为T=460℃,LHSV=0.75 h-1。此时,甲醇/DME转化率可达100%,丙烯选择性达到46.4%,C2-C4烯烃总选择性达到72.1%。二、催化剂修饰元素筛选及P修饰HZSM-5催化剂的制备、表征和催化性能通过浸渍制备多种元素修饰的HZSM-5（220）催化剂,并在最佳反应条件下进行了活性测试,结果表明,0.1%P/HZSM-5具有最高的丙烯选择性。在保持甲醇/DME完全转化的情况下,丙烯选择性由46.4%提高至55.6%,同时C2-C4烯烃总选择性达到79.4%。相对于修饰之前,催化剂的稳定性有了显著的提高,在100 h内芳烃选择性低于0.5%。进一步的表征结果表明,通过0.1%P修饰,催化剂总酸量有所减少,强酸位减弱并且强酸位酸量有明显的减少;同时其孔径和孔容都有所增加,而结构维持不变。0.1%P修饰后,100 h反应后催化剂积炭量由1.05 wt%下降到0.61 wt%。三、负载型催化剂XHZSM-5（X=W,Ce,Ga）的制备、表征和催化性能W、Ce和Ga同样表现出较为突出的修饰效果,我们进一步对其行了研究。研究发现,W修饰能够减小HZSM-5催化剂的微孔孔容,提高催化剂的择形选择性。从而在MTP反应中,降低了C5分子较大产物的选择性,提高了C2=-C4=小分子产物的选择性。其中,通过1%W修饰,丙烯选择性由46.4%提高至50.8%,转化率未见明显下降,同时P/E比由修饰前的6.2提高至9.3。通过1%Ce修饰,减小堆积孔的平均孔径,对微孔修饰作用不大,同时减少了B酸酸量,MTP反应中C5产物和芳烃选择性降低,丙烯选择性由46.4%提高至51.4%。Ga修饰能显著增加B酸酸量,并且能够引入脱氢活性,对结构的影响不明显。Ga引入的B酸大部分为中强酸,在MTP反应中的效果表现为,丙烯和丁烯（包括其异构体）选择性降低,C5产物选择性降低,芳烃选择性显著增加。由Ga引入的脱氢性能表现在产物中乙烯选择性增加。四、纳米HZSM-5分子筛的制备、表征及其在甲醇制丙烯反应中的应用合成了不同硅铝比、尺寸为200 nm的HZSM-5沸石,将其运用于MTP反应中,研究了不同硅铝比的纳米HZSM-5在高空速下对活性和产物选择性的影响,结果表明:在纳米沸石催化剂上,硅铝比对MTP催化性能的影响规律与普通沸石相似,而芳烃选择性明显较高,丙烯选择性和P/E比则较低。然而,纳米HZSM-5催化剂在高空速下具有很大的优势,使用较高的空速2.24 h-1时,即使硅铝比高达316仍然能保证98%的转化率。合成了硅铝比为93-95、晶粒尺寸分别为200 nm和1μm之间的HZSM-5沸石,将其用于MTP反应研究了晶粒尺寸对于产物选择性和稳定性的影响。结果表明,较小晶粒的HZSM-5具有较高的催化活性和寿命;增大晶粒对于C2=-C4=的总选择性较高,其中对丙烯、丁烯选择性较高,而对乙烯选择性较低。在高空速下,较大晶粒催化剂失活迅速。此外,催化剂晶粒尺寸均一性对于催化剂在MTP反应中维持较好的稳定性非常重要。