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低阶煤热解焦油中有机成分复杂、氧含量高和酸值高等特点,在工业应用中易造成设备管道的堵塞和腐蚀。针对这一问题,本文以褐煤热解挥发分的原位催化重整技术实现热解气相焦油一步催化生成轻质芳烃。在催化重整反应体系中,优化基本工况参数。针对ZSM-5的孔道限域效应,构筑晶内介孔和介孔壳壁。针对金属活性位点的烧结和团聚现象,在ZSM-5骨架结构和孔道内封固金属物种,实现对金属活性位落位的定向调控,建立催化剂的构效关系。此外,通过对反应后催化剂的结构特性和积炭物种的分析,明确积炭前驱体的结焦行为。以木质素、纤维素和葡萄糖为模型,阐述褐煤热解挥发分催化重整制芳烃的可能反应路径和结焦机制。本文开展的相关实验,为探索低阶煤热解焦油合理利用的有效途径,实现煤炭资源的高效利用获取增值化学品具有重要意义。本文的主要研究内容如下:（1）在褐煤热解挥发分催化重整制芳烃工艺体系中,主要考察停留时间、反应气氛（H2、H2-水蒸气、Ar-水蒸气和Ar）、不同煤质分子结构和ZSM-5固有酸量对褐煤热解挥发分催化重整效果和芳烃选择性的影响,筛分工艺的最优工况参数。实验结果表明,该反应体系中,最优的工况参数为:“热解-催化”温度为600 ℃;停留时间为1.0 s;气体载流分为H2;催化剂活化时间为60 min。同一ZSM-5催化作用下,随着煤化程度的增加,煤结构中缩合芳香度增加,热分解产生的初始挥发分含量低,而由挥发分催化重整生成的轻质芳烃含量明显下降,其轻质芳烃生成含量的大小顺序为:气煤＞褐煤＞长焰煤＞焦煤＞无烟煤。反应体系中所用ZSM-5适宜的SiO2/Al2O3比范围为25～50。（2）以炭黑（CB）为硬模板及十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为软模板合成了一系列多级孔ZSM-5分子筛。重点研究不同氧化碳源和CTAB对合成后分子筛的物化结构特性的影响。此外,以ZSM-5晶种诱导自组装了系列微-介孔的MCM-48@Z5和SBA-15@Z5复合分子筛,将上述分子筛应用于褐煤热解挥发分催化重整制芳烃体系中。实验结果表明,HNO3-CB的加入成功合成了孔径均一的微-介孔ZSM-5分子筛,并在催化重整反应体系中使得轻质芳烃的含量达到27.0 mg/g,晶内介孔的生成促使反应后积炭含量明显降低。以硬模板构筑的介孔为晶内孔,主要位于晶体颗粒内部,而软模板构筑的介孔多位于无定型颗粒上。与ZSM-5相比,以ZSM-5晶种诱导的介孔孔壁对促进烷基取代芳烃的生成具有显著效果,尤其是MCM-48@Z5（Ⅱ）复合分子筛,其具有酸性的Al-MCM-48外壳能够诱使初始挥发分发生预裂解,进而向内（类ZSM-5晶面）扩散,促进挥发分在交叉孔道内发生择形催化。（3）通过改变金属源掺杂方式原位合成金属封装型ZSM-5分子筛。实验结果表明,乙二胺（EDTA）和N,N-二甲基甲酰胺（DMF）作为有机配体能够降低金属表面自由能,避免金属物种在晶化过程中发生沉淀。相比于金属盐溶液的加入,EDTA与分子筛骨架中的Si/Al有效地相互作用和耦合,实现金属在分子筛结构中的有效固定。对比ZSM-5封装的金属物种,廉价的Co和Ni物种均呈现出对轻质芳烃的高选择性,而ZSM-5封装的金属物种形成的金属-O（H）-Al酸强度弱于Si-O（H）-Al。此外,利用氧化炭黑辅助或水蒸气辅助重结晶法,实现了将Ni物种固定在多级孔道内（Ni-HeZ5）或包埋在“核”内（Ni@HeZ5）。Ni-HeZ5在催化重整反应体系中表现出较高的催化活性和稳定性,并增强了催化剂抗积炭能力,单程反应后,BTEXN选择性可达93.6%。核-壳型Ni@HeZ5由于其MFI型壳体的尺寸排斥效应,限制了反应物向核内的扩散以及产物向外的扩散,造成了壳体中微孔的严重堵塞。（4）对上述反应后分子筛（ZSM-5、微-介孔复合分子筛和自组装Ni封装/包埋型分子筛）进行结构表征及积炭落位和物种分析。实验结果表明,反应后催化剂的比表面积和总孔容下降,而积炭的生成是以消耗酸性中心和金属活性位点为代价。反应后ZSM-5（SiO2/Al2O3=50）再生导致骨架结构中Al或Si原子的脱落或迁移,造成结构不可逆损耗。微-介孔MCM-48@Z5复合分子筛中积炭的生长主要位于MCM-48外壳中。Ni-HeZ5中介孔的存在不利于积炭前驱体的“储存”,而表面孤立的金属活性位点上优先生长积炭物种。单程反应内,积炭主要在Ni-HeZ5表面发生结焦反应,随着反应的进行,孔道内积炭前驱体的聚合反应为主生成的重质积炭物种以堵塞孔道。可溶性积炭物种是由C10-C30长链脂肪烃、芳环数为1-4的芳香烃化合物和含氧化合物组成,而微量的含氮化合物和含硫化合物对催化剂的活性中心具有毒化作用。（5）基于木质素、纤维素和葡萄糖作为模型的机理研究,阐述褐煤热解挥发分经ZSM-5基分子筛催化重整反应路径及结焦反应机制。实验结果表明,木质素催化重整制芳烃以“酚池”机理为主;纤维素和葡萄糖催化重整制芳烃主要是“烃池”机理。积炭的形成主要以烯烃的聚合物(C6-C10)发生两种不同的反应路径。一是C6-C10低聚物通过“环生长”环化或芳构化成稠环芳烃,发生在分子筛的孔道内;二是C6-C10低聚物通过“链增长”聚合或异构化成C10-C30的长链脂肪烃,位于催化剂的外表面。木质素催化重整后ZSM-5积炭主要以“链增长”形成长链脂肪烃,而纤维素和葡萄糖催化重整后ZSM-5积炭则是以“环生长”形成稠环芳烃。褐煤热解挥发分经ZSM-5基分子筛催化重整制芳烃的反应路径均遵循“酚池”和“烃池”机理,且“酚池”中酚类化合物的脱氧反应是芳烃生成的重要步骤之一。积炭的形成遵循“链增长”和“环生长”机理,且以短链脂肪族的“链增长”生成长链脂肪族化合物为主,该部分积炭物种主要覆盖催化剂表面的酸活性中心和金属Ni物种。该论文有145幅图、37个表和346篇参考文献。