HZSM-5分子筛是一种硅铝酸盐结晶体,具有特殊的化学成分和晶体结构,因此在工业上得到了广泛的应用。随着煤化工和石油化工的发展,甲醇产量过剩,甲醇高质化发展趋势迫在眉睫。其中甲醇羰基化生成乙酸甲酯和甲酸甲酯是甲醇高质化发展的重要方向,乙酸乙酯和甲酸甲酯是合成医药、染料、香料等精细化学品的中间原料。首先探讨HZSM-5催化剂不同晶粒尺寸和孔结构对甲醇羰基化影响,使用大连理工大学提供的晶粒尺寸分别为30-50 nm、300 nm、1μm、3μm的钠型ZSM-5催化剂,对其进行铵交换和酸扩孔处理后制得HZSM-5。不同晶粒HZSM-5催化剂的反应结果不同,晶粒尺寸较大的催化剂目标产物甲酸甲酯和乙酸甲酯选择性比较低,而纳米级的HZSM-5催化剂在羰基化反应中具有转化率高,目标产物选择性高的特点,是适宜的催化剂载体。根据不同温度反应结果可知,反应温度为300℃时,反应效果为最佳。其中,30-50 nm的HZSM-5分子筛催化剂CH₃OH转化率为69%,乙酸甲酯和甲酸甲酯选择性之和为65%,而晶粒度3μm时,CH₃OH转化率仅为25%,乙酸甲酯和甲酸甲酯选择性之和仅为33%。当反应温度继续升高时,目标产物选择性降低,副产物的选择性增加,这主要是在高温下更有利于甲醇进行羰基化以外的其它副反应生成副产物二甲醚、烷烃和裂解产物干气等。Pt、Au、Pd、Cu、Zn金属在甲醇羰基化反应中具有一定的催化活性。以30-50nm的HZSM-5催化剂为载体,使用负压沉积沉淀法对HZSM-5催化剂进行Pt、Pd、Cu、Au、Zn金属改性,制得不同酸强度、酸种类、酸量的催化剂。采用NH₃-TPD、Py-FTIR、XRF、TEM、XRD、BET表征方法,研究探讨了不同金属的引入对催化剂的物化性能的影响,并以甲醇羰基化过程,探讨了不同金属改性HZSM-5催化剂对甲醇羰基产物分布和收率的影响。结果表明,不同金属的引入对HZSM-5催化剂的比表面积,孔径,孔体积影响较小,但能明显改变催化剂表面酸中心强度和酸量以及甲醇羰基化性能。金属的引入降低催化剂的酸性,改变催化剂表面B酸和L酸中心数量的比值,通过实验发现催化剂表面B酸与L酸的比值在0.3-0.5之间具有更好羰基化性能,B酸L酸的总和越高甲醇转化率越高。由于甲醇羰基化生成的乙酸甲酯和甲酸甲酯具有高温不稳定的特性,极易分解为烷烃、CO和H₂,所以采用的反应温度为150℃-400℃。实验结果表明,Pt、Au、Zn、Cu改性HZSM-5有利于甲醇羰基化生成乙酸甲酯和甲酸甲酯,其中300℃时,Pt改性HZSM-5催化剂具有更高的酯类选择性为80.75%,相比未改性催化剂提高了16%,Cu改性催化剂具有更高的甲醇转化率最高为88.68%,相比未改性催化剂提高24%,而烷烃副产物在反应温度为400℃时选择性达33%,基于此结论,借助HZSM-5上的B酸和L酸所具有脱氢和环化芳构化的特性,开发以甲醇副产物烷烃为原料的芳构化反应,形成了在常压下由低温甲醇羰基化,到高温副产物烷烃的芳构化一个完整反应链。反应系统中主要考察了Zn改性HZSM-5催化剂的芳构化性能。结果表明,在550℃反应条件下,以丁烷为原料时,芳烃选择性随Zn的负载量增加先增加后降低,当Zn负载量为6%时芳烃选择性最好。反应物料配比中,随着异丁烷组成比例的增加芳烃选择性增加。