芳烃（如苯、甲苯、二甲苯等）是石化工业的核心基础原料，广泛应用于塑料、纤维、医药等领域。随着全球“双碳”目标推进，传统石油基芳烃生产面临环保压力，而新兴技术如二氧化碳（CO²）制芳烃、生物基制芳烃等技术为行业绿色转型提供了新路径。本文中结合最新研究进展，从传统石油基生产技术持续优化及绿色、多元化产业发展现状等方面综述了芳烃技术的研究进展。

01  传统石油基生产技术持续优化

催化重整、轻烃芳构化、裂解汽油加氢、甲苯歧化、烷基化转移等传统技术仍是当前芳烃生产的主流。

1.1 催化重整技术

催化重整是将石脑油转化为富含芳烃的生成油并副产氢气的关键工艺，核心反应包括环烷烃脱氢、烷烃脱氢环化等，依赖双功能催化剂（金属功能与酸性功能结合）。催化剂历经铂基单金属、铂铼双金属、ZSM-5分子筛改性等阶段，如Mg、Zn改性的ZSM-5/ZSM-11共结晶分子筛可提升稳定性，Ni基分子筛催化剂能增强抗积炭能力。

催化重整是芳烃生产的支柱，全球约38%的苯和87%的二甲苯源于该技术，工艺分为固定床半再生式和移动床连续再生式，UOP、IFP公司处于领先地位。在超低压连续重整技术领域，洛阳工程公司联合石科院等单位开发的280万t/a超低压连续重整工艺包，创新采用绿色再生循环气吸附脱氯工艺，有效解决了设备腐蚀和废碱液排放问题。在催化重整工艺模拟优化方面，湖南石化“基于分子工程的连续催化重整工艺模拟与优化研究”项目达到国际领先水平，研发出行业首套全流程分子级模拟优化系统，实现了理论模型指导生产，显著提升了“三苯”产率并实现节能降耗。

1.2 裂解汽油加氢技术

裂解汽油是乙烯副产物（占乙烯产量50%～80%），富含芳烃前驱体但杂质多，经两段加氢可转化为高附加值芳烃：一段低温液相加氢常用Pd基催化剂（如Pd/Al²O³）脱除双烯烃，二段高温气相加氢常用Co-Mo/Al²O³或Ni-Mo/Al²O³催化剂深度脱硫、脱单烯烃。

工业应用中，中海油研发的THFS-2加氢精制催化剂在陕西延长石油20万t/a装置中表现优异，产品硫氮<1.0 μg/g、溴价<0.5 g/100g，远超芳烃抽提进料要求；B型二段加氢催化剂在TL公司C9/C10馏分装置中优势显著，其TiO²-Al2O³复合载体可抵抗原料中聚二甲基硅氧烷分解产生的硅杂质，避免孔道堵塞，解决了传统催化剂快速失活问题。

1.3 轻烃芳构化技术

轻烃芳构化以液化气、抽余油等低碳烃为原料生产BTX，副产氢气及乙烯原料（乙烷、丙烷），能拓展芳烃来源、提高资源利用率，在芳烯联产企业中优势突出。催化剂以ZSM-5分子筛为核心，经Pt、Zn、Ga等金属改性提升活性与选择性，通过调控酸强度（优化L酸与B酸比例）增强稳定性。工业工艺持续创新，BP-UOP的Cyclar工艺以丙烷、丁烷为原料，采用连续再生技术生产芳烃；国内中石油的C⁴临氢芳构化技术（LAG）可高效利用C⁴资源生产高辛烷值汽油组分；乌石化开发轻烃耦合甲醇芳构化技术，通过反应耦合降低积炭率，提升催化剂稳定性。

1.4 甲苯歧化技术

甲苯歧化通过甲基转移生成苯和二甲苯，分传统歧化（如Tatoray工艺，产平衡型二甲苯）和选择性歧化（用择形催化剂高产对二甲苯）。催化剂方面，Tatoray工艺用硅铝催化剂，甲苯转化率30%～35%；中石化SD-01催化剂为改性ZSM-5，转化率29%～31%，对二甲苯选择性89%～93%；HAT系列催化剂低氢耗、高收率，应用于国内20余套装置。工业应用中，Tatoray工艺在全球超50套装置运行；中石化S-TDT技术解决大型化问题，能耗与产品质量优于同类技术，许可国内外多家企业，为芳烃产业降本增效提供支撑。

传统石油基制芳烃工艺能耗高、碳排放量大且依赖进口原油；甲苯甲醇烷基化技术虽能利用廉价甲醇，但催化剂寿命短、废水处理难；轻烃芳构化技术中催化剂积炭失活快，产物选择性低（液收仅50%～60%）。基于以上不足及国家“双碳”目标和地方产业规划，芳烃技术逐渐向绿色低碳化、原料多元化等方向发展，通过不断创新与探索出现了二氧化碳制芳烃、生物基制芳烃、甲醇制芳烃及合成气制芳烃等技术。

02  二氧化碳制芳烃技术

CO²制芳烃技术作为一种具有重要战略意义的非石油路线合成途径，近年来受到了广泛关注。CO²加氢制芳烃是一个涉及多步反应的过程，主要分为改性费托合成和甲醇介导2条路线。2条路线的关键步骤不同：前者是CO²转化为CO（逆水煤气反应），后者则是CO²加氢制甲醇以及甲醇转化为芳烃。

2.1 催化剂研究

CO²制芳烃过程需要开发高效的二氧化碳加氢催化剂，其中活性金属、分子筛结构和酸性以及活性组分接触度均对催化性能有一定的影响。在活性金属方面：焦佳鹏等发现Fe基催化剂因对水煤气变换反应（RWGS）和费托合成(FTS)过程的催化能力成为CO²-FTS过程的首选，但存在对C⁵～C¹¹碳氢化合物选择性不足的问题。高鹏发现Zn基催化剂在CO²加氢制甲醇中应用广泛，与HZSM-5组成的串联催化剂可实现CO²的直接芳构化。焦春学研究表明In²O³催化剂表面经活化后产生大量氧空位，在CO²加氢制甲醇及芳烃中表现出一定的优势。除了金属离子影响，分子筛的酸性分布和结构特性对芳烃的选择性与催化剂的稳定性起着至关重要的作用。适量的酸性强度与密度可以为醇类和烯烃中间体的反应提供活性位点，但酸性过强会导致积炭或加氢生成烷烃。HZSM-5独特的孔结构为择形催化提供空间限制作用，孔径与轻质芳烃分子动力学直径相当，提高了目标产物的选择性。

2.2 研究成果与应用前景

刘中民团队（中科院大连化物所）提出利用CO²与烷烃耦合制备芳烃的新方法，以酸性分子筛为催化剂，该反应芳烃选择性可达80%。研究证实部分CO²的碳原子直接进入了芳烃产物，为CO²大规模资源化利用提供了有效途径。

该团队与神华煤制油合作开发的自主技术“石脑油二氧化碳耦合制芳烃”，利用CO²调节石脑油与芳烃的C/H平衡，显著提高芳烃选择性，并建成千吨级中试装置。另外，大连化物所李灿团队基于ZnZrO固溶体催化CO²加氢制甲醇的研究，构建了ZnZrO/ZSM-5串联催化剂体系。催化剂组分间的有效协同是该体系的核心优势，成功实现了CO²高选择性转化制芳烃，芳烃选择性可达73%～78%，CO²单程转化率为14%。工业试验方面世界首套万吨级二氧化碳制芳烃工业试验项目—内蒙古久泰馨远新材料有限公司万吨级二氧化碳制芳烃项目正在加速推进。该项目采用清华大学自主研发的二氧化碳、合成气一步法制芳烃工艺技术，以二氧化碳和氢气为原料，省去了甲醇合成步骤。

03  生物基制芳烃技术

生物质主要由纤维素（40%～50%）、半纤维素（20%～30%）和木质素（10%～25%）组成。木质素是唯一富含芳香环的组分，其催化转化技术成为研究核心，与石油基芳烃相比，生物基芳烃制备可减少CO²排放，契合低碳经济需求。其中热解为生物质转化主流技术，木质素催化热解制芳烃主要分为热解解聚和催化转化2个阶段。

3.1 催化剂研究

学者们对其催化剂的研究主要集中在硅铝比优化、酸性位点精准调控以及多级孔体系构建几个方面。HZSM-5的硅铝比（Si/Al）决定酸性强度，万震等研究发现低硅铝比（如25）可提供更多B酸位点，提升脱氧效率20%，使芳烃产率从硅铝比210时的17.82%增至25时的63.72%，但过度酸（Si/Al<20）会加速多环芳香烃（PAHCs）缩聚，使积炭速率增加30%。负载过渡金属（Co、Zn、Ga等）能调控ZSM-5酸性及孔道性质。

3.2 研究成果与应用前景

生物基芳烃制备技术的工业应用正逐步发展，部分技术已展现出良好的应用前景，不过在规模化应用方面仍面临一些挑战。美国Anellotech公司开发的Biomass to AromaticTM工艺是极具发展潜力的生物质热解制芳烃工艺。该工艺以植物秸秆、废木材等非粮生物质为原料，通过CFPTM（催化快速热解）技术生产芳烃。工艺流程主要为干燥粉碎的生物质原料与粉状ZSM-5催化剂在循环流化床反应器（6000℃，0.1～0.4 MPa）中快速转化为芳烃。其工艺设备与石油炼化装置类似，可依托现有炼化装置改造，催化剂成本较低，副产物（焦炭、水、气体、烯烃等）可有效利用，能源经济性良好。BioForming工艺（美国Virent/威斯康星大学）通过耦合生物质水解与催化加氢，实现了从100%可再生植物糖制备PX，但迄今未见大规模工业化的详细报道。生物基芳烃制备技术虽取得进展，但工业应用仍面临挑战：一是催化剂易积碳失活（如热解工艺中），影响效率并推高成本；二是生物质原料供应不稳定且成分性质差异大，影响生产稳定性和产品质量；三是整体生产成本仍较高，需进一步降低以实现广泛应用。

04  甲醇制芳烃技术

甲醇制芳烃（MTA）技术是一个重要的催化转化过程，核心目标是将甲醇转化为高附加值的BTX等芳烃，该反应通常在改性沸石分子筛（尤其是ZSM-5）催化剂上进行，涉及复杂的反应网络，是实现煤炭高效清洁转化、缓解芳烃需求压力的重要途径。甲醇制芳烃的核心研究内容围绕催化剂开发、工艺工程化等内容展开。

4.1 催化剂研究

在MTA反应中，ZSM-5的核心地位源于“结构-酸性”的协同优势。十元环孔道在尺寸上适配芳烃生成，三维孔道促进扩散，而表面酸性的可调变性则决定了反应的选择性。具体而言，强酸位主导烯烃的环化过程，弱酸位则驱动氢转移反应，两者共同决定了产物的最终分布。为了提升反应性能，研究人员进行了大量改性策略与性能优化方面的研究，如设计双功能催化剂、金属改性、非金属改性、形貌与结构调控等。尽管ZSM-5分子筛自身显示芳构化活性，但负载脱氢组分形成的分子筛基双功能催化剂，由于金属位点促进环烷烃脱氢生成芳烃，分子筛酸位点催化烯烃聚合与环化，总芳烃收率优于单功能的分子筛催化剂，脱氢组分负载显著增强了分子筛催化剂的甲醇芳构化活性。

4.2 研究成果与应用前景

甲醇制芳烃工艺以固定床和流化床为主。固定床工艺催化剂固定，常分段操作（如两段式），操作简单但分离复杂、能耗高；催化剂寿命长但需分段更换。Mobil公司早期ZSM-5固定床一段法曾获约30%芳烃收率。山西煤化所开发的两段式固定床工艺性能突出：甲醇完全转化、芳烃选择性83%、液相烃收率31%、催化剂寿命长，指标优于国内。流化床工艺催化剂处于流动状态，实现连续反应与再生，活性稳定，自动化程度高且操作弹性大，适于百万吨级大规模生产。2013年，清华大学在陕西榆林投用的流化床甲醇制芳烃（FMTA）自主技术示范装置取得显著成效——催化剂连续运行443h，液相芳烃选择性高于90%，全流程芳烃收率达74.47%。甲醇制芳烃技术在发展过程中面临着一些挑战，如ZSM-5分子筛催化剂存在易积炭、活性组分流失、金属烧结等问题，影响催化剂的活性和使用寿命。此外，从经济角度看，在低油价形势下，该技术与石油制芳烃相比，经济性较差，竞争力有待提高。未来，甲醇制芳烃技术的研究重点将集中在催化剂的进一步优化和创新上，包括开发更高性能的催化剂，提高对二甲苯的选择性和总芳烃收率，同时增强催化剂的稳定性和抗积炭能力。在工艺方面，需要深入研究反应机理，优化反应条件，开发更先进的反应工艺，以提高生产效率和降低成本。同时，需加强工艺协同（如串联甲苯甲醇甲基化制对二甲苯），以提高二甲苯收率，增加经济效益。

05  合成气制芳烃技术

合成气制芳烃是煤/天然气化工的重要方向，通过非石油路线生产高价值芳烃。技术路线主要分为“间接法”（甲醇中间体）和“直接法”（一步转化），间接法技术成熟，但流程长、能耗高；间接路线流程短，理论效率高，但催化剂设计复杂，选择性调控难。目前，工业上间接技术仍占主导，但研究者们致力于开发性能优良的双功能催化剂，直接法具有很大的发展潜力。

5.1 催化剂体系

合成气制芳烃催化剂的核心是双功能体系，其整合金属氧化物与分子筛，通过协同作用达成高效转化。金属氧化物的作用是活化CO和H²生成甲醇、烯烃等中间体，常见的金属氧化物组分有锆基氧化物（如Zn-ZrO²），铁基氧化物（如Na-Zn-Fe5C²）、铬基氧化物（如Cr²O³/ZSM-5）等。

分子筛在催化体系中的作用是提供酸性位点，促进烯烃低聚、环化及芳构化反应。在反应过程中通常通过金属氧化物改性、分子筛改性及耦合方式与配比优化来提升分子筛的反应性能。金属氧化物改性的手段主要有掺杂与固溶体形成及定向分布与界面效应等。

5.2 研究成果与应用前景

魏飞团队开发的FMTP/FMTA技术已通过万吨级工业验证。新一代FSTA技术采用低氢碳比合成气直接制芳烃，在提升原子经济性的同时，实现了煤化工原料-产品链的整合，形成显著的系统集成优势。团队开发的新型催化剂，在250～400℃和2～5MPa下，通过芳烃池的引入打破原有ASF分布的限制，CO转化率大幅提高，总芳烃的烃基选择性达83.3%。与久泰集团就流化合成气一步法制芳烃(FSTA)成套技术开发达成合作意向，内蒙古久泰馨远新材料有限公司二氧化碳/合成气制芳烃工业试验项目于2022年6月5日开工建设，总投资2.75亿元。利用高效α-烯烃催化剂FeZnNa(Na-Zn-Fe5C²)，马丁与樊卫斌团队通过耦合改性介孔HZSM-5，实现了合成气经烯烃中间体直接制芳烃。优化条件（340℃，2MPa）下：芳烃占烃产物51%（轻质为主），CH4选择性10%，CO²选择性27%，芳烃收率33%，时空收率16.8 g/(g·h)，具备优异工业前景。

06  结论与展望

当前芳烃技术已形成“传统工艺优化与绿色技术突破并行”的发展格局。传统石油基路线通过催化剂升级（如Pt-Re双金属、改性ZSM-5分子筛）和工艺集成（如逆流连续重整、单塔吸附分离），实现了能耗降低与效率提升。新兴绿色技术中，CO²制芳烃通过ZnZrO/ZSM-5等双功能催化剂实现芳烃选择性超80%，久泰能源万吨级示范项目即将落地；生物基芳烃依托木质素催化转化，美国Anellotech工艺产率达40%，但催化剂积炭与原料预处理成本仍需突破；甲醇制芳烃（MTA）通过流化床工艺（如清华大学FMTA技术）实现芳烃收率74.8%，合成气制芳烃则借助双功能催化剂体系（如Zn-ZrO²/H-ZSM-5）平衡CO转化率与芳烃选择性。整体而言，芳烃技术正从单一石油依赖向“碳资源多元化利用”转型，绿色工艺的中试与工业化示范加速推进。

技术上需要突破的有首先优化催化剂性能，聚焦抗积碳、长寿命催化剂设计，如通过多级孔ZSM-5分子筛调变酸性位点分布，或引入过渡金属（Zn、Ga）优化脱氢-芳构化协同效应，解决生物基与甲醇制芳烃中的催化剂失活问题。然后推动CO²与废塑料/生物质的耦合转化，如大连化物所“聚烯烃-CO²共芳构化”技术，实现碳资源闭环利用；开发合成气一步法芳构化与费托-芳构化串联工艺，平衡转化率与选择性；最后向智能化与数字化方向发展，借鉴第三代芳烃技术的数字化控制经验，构建反应-分离-能耗协同优化模型，提升工艺稳定性与低碳化水平。

新兴技术向产业化发展主要面临的挑战有：生物基芳烃需突破原料预处理（如木质素高效解聚）与规模化生产瓶颈，降低催化剂成本；CO²制芳烃需优化绿氢耦合，将单吨芳烃成本降至传统路线的70%以下。合成气制芳烃中双功能催化剂的界面效应调控、流化床工艺的放大稳定性（如FMTA技术催化剂寿命提升至1000h以上）仍是工业化关键。