催化反应工程大作业甲醇催化转化制乙烯详解

摘要
本文简述了甲醇催化转化制备烯烃的现状以及研究意义，介绍了甲醇催化转化制低碳烯烃的UOP/Hydro 公司开发的流化床MTO、大连化物所的DMTO、中石化上海研究院SMTO以及Lurgi公司开发的固定床MTP技术。

随后对甲醇制烯烃反应机理进行分析，利用其反应特性建立恰当的数学模型并通过模型参数的优化得到反应动力学规律，对该反应有了较充分的认识，并在此基础上讨论了温度、浓度效应以及各种因素对反应体系的影响，确定了合适的反应器和操作条件。

最后，根据自己的理解说明了工程实施的过程，分析讨论了放大效应、放大方法及冷模实验等的影响。

关键词: 甲醇制乙烯；反应机理；动力学规律；流化床
目录
前言 (1)
第一章甲醇制烯烃研究技术进展 (2)
1.1 UOP/Hydro MTO 工艺 (2)
1.2 DMTO工艺 (3)
1.3 SMTO工艺 (4)
1.4 MTP工艺 (4)
1.5 FMTP工艺 (5)
2.1 甲醇制烯烃反应体系研究 (6)
2.1.1 反应机理 (6)
2.1.2 反应体系特殊性 (8)
2.1.3 工艺优化目标与要求 (9)
2.2 甲醇制烯烃反应动力学研究 (10)
2.2.1 甲醇制乙烯动力学模型 (10)
2.2.2 甲醇制烯烃动力学模型求解 (12)
2.2.3 甲醇制乙烯的浓度效应 (13)
2.2.4 甲醇制烯烃的温度效应 (14)
2.3 甲醇制烯烃工程因素的影响 (14)
2.3.1 返混的影响 (15)
2.3.2 加料方式的影响 (15)
2.3.3 传递过程的影响 (17)
2.4 反应器选择和操作方式 (18)
第三章工程实施方法 (22)
3.1 开发工作部署 (22)
3.2 冷模研究 (23)
3.3 过程的放大方法及放大效应 (25)
致谢 (27)
参考文献 (28)
前言
前言
乙烯是世界上最大的化学品之一，同时也是现代石油工业的基础原料，以它为原料，可以通过各种途径来合成一系列的化工产品，与此同时，乙烯的衍生物产品已经遍及高分子和有机材料等各个方面，人类的衣食住行均离不开乙烯。

据统计，乙烯产品占石化产品的75%以上，在国民经济中占有着举足轻重的地位。

世界上已将乙烯产量作为衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志之一。

然而随着经济的发展，对乙烯的需求日益增多，供需矛盾逐渐增大。

传统以石油裂解制乙烯的方法，一方面难以满足人类的需求，另一方面，当今石油资源的日益匮乏以及“石油危机”的出现，使得各国科学家致力于研发以非石油物质为原料来生产乙烯的方法，并取得了一些重大的进展。

比如以天然气为原料，通过氧化偶联或者本森法制取低碳烯烃；通过费托合成或经由甲醇或二甲醚将天然气或煤转化制取低碳烯烃等。

甲醇制烯烃技术的研究始于1976年[1]，Mobil公司于实验室内使用中孔沸石ZSM-5，发现甲醇可以在ZSM-5催化剂上反应得到包含烯烃、烷烃以及芳香烃在内的烃类物质。

之后该公司继续做了深入的研究发现，通过调变反应条件和原料与ZSM-5催化剂的配料比，可以使得甲醇制烃的反应产物停留在低碳烯烃或汽油阶段，从而提出了甲醇制烯烃(Methanol-to-Olefins)和甲醇制汽油(Methanol-to-Gasoline)反应，简称MTO和MTG。

甲醇制烯烃MTO技术突破了石油资源紧缺、价格起伏大的限制，开辟了制备低碳烯烃等基础化工原料的新路线，因而越来越受到重视[2]。

在我国国内大多数烯烃生产企业使用石脑油作为原料，但石脑油烯烃产率低且耗量大，并且由石油加工而来，近年来随着国民经济的快速发展，我国对石油资源的需求日益增长，已经成为石油生产和消费大国，自从1993年我国成为石油净进口国之后，进口石油的比重不断加大，2010年原油对外依存度已达到53%，我国石油缺口逐年增大己是不可回避的严峻现实，这对能源的安全供应、国民经济的平稳运行以及全社会的可持续发展构成了严重威胁。

因此，发展煤代油制取烯烃技术能够有效缓解原油供应不足的压力，同时对推动化工行业向前发展也具有重要的意义[3]。

甲醇制烯烃技术开辟了由煤炭或天然气生产基本有机化工原料的新工艺路线，是最有希望取代或部分代替以石脑油为原料制取烯烃的路线，也是实现煤化工或天然气化工向石油化工延伸发展的有效途径[4]。

同时，实施以煤代油的能源战略，是保证国家能源安全的重要途径之一。

第一章甲醇制烯烃研究技术进展
在论述甲醇制乙烯的工业开发过程之前，首先通过文献调研，查阅了目前国内外主要的甲醇催化转化制乙烯的工业技术发展，从宏观上来认识该工业的基本流程，把握一个大体的方向，以下是我通过查阅文献得到的一些结果，可能会有些不全，但对这个课题有一个总体的认识还是有一些帮助。

随着人们对甲醇制烯烃技术的深入研究，该技术该技术取得了实质性的进展到目前为止，经历实验室和工业示范装置的运行，并取得了较好成果的有美国环球油品公司(UOP)和海德鲁公司（Norsk Hydro）共同研发的UOP/Hydro MTO 工艺、中国科学院大连化学物理研究所自主创新研发的DMTO工艺、中国石油化工股份有限公司的SMTO工艺以及Lurgi公司的MTP工艺和清华大学的流化床甲醇制丙烯的FMTP工艺[5]。

1.1 UOP/Hydro MTO 工艺
1995年UOP和Norsk Hydro公司合作建立了一套MTO示范装置，该装置以流化床为核心设备，改性的SAPO-34分子筛（UOP MTO-100）为催化剂，生产负荷为0.75吨甲醇每天，装置连续平稳运转90多天，甲醇转化率保持100%，产物乙烯和丙烯的选择性高，分别为55%和27%。

催化剂经过450次反应-再生循环，性能稳定，催化剂的强度满足要求。

在该演示装置上考察了进料的变化、工艺稳定性、工艺灵活性、乙烯和丙烯质量比的调整、质量稳定性、工艺放大可靠性等。

试验结果表明，随着反应温度的升高，乙烯、丙烯质量比呈现升高趋势；反应压力升高，乙烯产率略有增加，一般压力在0.07MPa-0.30MPa时，乙烯和丙烯的质量比为1.0-1.5，空速对反应产物的影响不大，当空速增大2倍时，总转化率和反应产物组成没有明显变化，这正是进行工业规模放大的最有利因素。

试验证明，只有当空速增大10倍后，生焦量才会有较大的增加。

但是从循环流化床的放大来看，空速不会有太大的变化。

采用UOP公司的MTO工艺，法国道达尔石化公司在比利时费卢依(Feluy)建成全球首创的甲醇制烯烃/烯烃裂解中试装置(MTO /OCP PDU)，甲醇日处理量为10吨，该中试装置总投资4500万欧元，于2008年底建成，2009年9月进行了初次试车[6]。

该中试装置通过引入烯烃裂解技术，将C4及其以上烯烃送到烯烃裂解装置，最终可将C4以上副产物含量降低80%左右，增加丙烯、乙烯质量比到1.75。

该装置将在长期运行的基础上验证包含甲醇制烯烃、烯烃分离、重烯烃裂解、烯烃聚合反应和聚烯烃产品应用在内的一体化工艺流程和其放大到百万吨级工业化规模的可靠性。

通过引入OCP单元，MTO单元生产100万吨低碳烯烃只需要260万吨甲醇进料。

该MTO装置是流化床反应器和流化床再生器相连接，反应热通过产生的蒸
汽带出并回收。

由于流化床条件和混合均匀催化剂的作用，反应器几乎是等温的。

反应失活的催化剂被输送到再生器，烧掉催化剂上的焦炭，释放出的热量由烟道气带走。

该装置在压力0.1-0.5MPa和温度350℃一500℃下进行反应，气相产物经热回收、脱水和脱CO后进入产品回收工段，包括碱洗、加氢、脱甲烷、脱乙烷、乙烯分馏、脱丙烷、丙烯分馏和脱C4等。

当反应产物中甲烷量少时，可省去脱甲烷塔。

其工艺流程如图1.1所示
图1.1 UOP/Hydro MTO 工艺流程图
1-反应器；2-再生器；3-水分离器；4-碱洗器；5-干燥器；
6-脱甲烷塔；7-脱乙烷塔；8-脱丙烷塔
MTO工艺对原料甲醇的使用范围较大，可以使用粗甲醇，省去甲醇精制环节，从而降低投资成本，反应温度由蒸汽发生系统来控制回收热量，采用类似流化催化裂化的反应器、再生器形式，保证催化剂的循环流动，不断使用空气和水蒸汽烧去催化剂表面的积炭，使SAPO-34催化剂活性在反应期间保持稳，实现连续操作。

SAPO-34分子筛催化剂良好的低碳烯烃选择性、水热稳定性和抗磨损性是该工艺良好运转的关键。

通过控制反应温度、催化剂结构来调变产品气中乙烯、丙烯比，乙烯与丙烯质量比可在0.75-1.5之间变化。

由于该工艺对乙烯与丙烯具有灵活的调节功能，使生产商可根据市场需求生产适销对路的产品，以获取最大的收益。

该工艺的主要副产物为丁烯和C5以上物质，在苛刻条件下，每生成l吨乙烯约产生0.34吨丁烯和C5以上物流。

产品组成气简单、副产物及杂质少，利于后续系统进行烯烃分离。

1.2 DMTO工艺
中国科学院大连化学物理研究所在20世纪80年代初进行MTO研究工作，于1995年完成了流化床MTO的中试运转，其发展的适合两段反应的催化剂及
流化反应工艺达到国际先进水平，开发出具有自主知识产权的DMTO技术[7]。

中国科学院大连化学物理研究所与中国石化集团洛阳石油化工工程公司合作，2005年12月在陕西省华县建成了1.67万吨每年的甲醇工业试验装置。

2006年2月20日一次投料试车成功，实现了近100%甲醇转化率、低碳烯烃（乙烯、丙烯、丁烯）选择性达90%以上的结果，该工业试验项目为具有自主知识产权的创新技术，为该项工艺技术的推广应用积累了宝贵经验，标志着我国在实施石油替代战略中实现了关键技术的突破，在煤制烯烃方面走在了世界前列。

2007年9月该研究所与神华集团签订180万t/a甲醇制60万t/a烯烃技术许可合同。

该项目总投资195亿元，目前正在建设中，2009年底机械竣工，2010年3月主要工艺装置试车，8月化工投料，10月出合格产品。

该项目是DMTO 技术的首次工业应用。

DMTO中试装置反应器采用密相流化床，催化剂为DO123，中试规模为15-25吨/年，反应温度为460-520℃，反应压力0-0.1MPa，乙烯收率为40-50%，丙烯收率为30-37%，甲醇转化率大于99%。

平稳运行241小时，乙烯和丙烯平均选择性约79.2%，甲醇平均转化率约99.5%，催化剂连续经历1500次左右的反应再生操作，反应性能未见明显变化，催化剂损耗与工业用FCC催化剂时相当，其中试结果据报道和UOP舰Hydro MTO工业示范装置基本处于同一水平[8]。

1.3 SMTO工艺
在完成具有较高催化活性的SAPO-34分子筛制备的基础上，中石化上海研究院MTO工艺开发及改进方面进出了多项措施。

杨为民等[9]在MTO工艺的改进方面提出，在采用乙醇为稀释剂且其中甲醇和DME与乙醇质量比大于6:1的情况下，在反应温度为400-580℃、反应质量空速为0.1-20h-1、反应压力为0.01-2.0MPa的条件下，原料与硅铝比大于10的SAPO-34分子筛催化剂相接触，可有效解决MTO反应中催化剂的寿命较短和能耗大的技术问题。

上海化工研究院开发的STMO-1催化剂在循环流化床平稳运2000h，甲醇转化率≥99.8%，乙烯和丙烯的选择性≥80%，2009年，中石化上海化工研究院通过调节含氧再生介质的氧分压，实现了对甲醇制烯烃反应过程中催化剂再生的控制，2011年8月，利用中石化自主研发的SMTO 技术，中原石化开工建设60万吨每年的甲醇制烯烃项目，2011年10月，中原石化的MTO装置顺利生产出聚合级乙烯和丙烯产品，实现一次投料开车成功[10]。

1.4 MTP工艺
MTP技术是由德国Lurgi公司开发的，从20世纪90年代起，Lurgi公司就已开始MTP技术的研究，它与Sud Chemie 公司合作开发了改性ZSM-5催化剂,ZSM-5系列催化剂的孔径较大，抗积炭能力强，失活较慢。

MTP工艺采用
固定床作为反应器，这样可以最大程度地降低返混现象。

反应温度为450℃-480℃，反应压力为0.13-0.16Mpa。

3台固定床反应器并联操作，其中2台反应，另一台再生，轮流切换操作。

甲醇在进入固定床反应器前先通过预反应器转化成二甲醚，以降低固定床中的热效应。

在通入甲醇的同时，向MTP反应器注入蒸汽，以此抑制焦炭的生成。

焦炭的生成量非常少，小于碳产物质量分数的0.1%每台固定床反应器能够反应600-700h，之后通入氮气和氧气混合物对催化剂进行烧焦再生。

反应生成的乙烯和丁烯返回反应器进行回炼，最终丙烯的碳基收率能够达到70%左右。

1.5 FMTP工艺
清华大学化工系绿色反应工程与工艺北京市重点实验室自1999年开始进行甲醇及二甲醚制低碳烯烃的研究，首次发现了SAPO-34催化剂具有将乙烯、丁烯高选择性地转化为丙烯的能力，提出了利用SAPO-34催化剂及流化床反应器制丙烯的FMTP工艺。

FMTP技术是以SAPO-34为催化剂。

2008年，清华大学与中国天辰工程有限公司完成了3m3反应釜放大合成SAPO-34分子筛的工业放大，原粉与黏结剂、载体按照一定比例混合后，采用喷雾干燥法制备了工业用成型催化剂，截至2009年8月已完成11 t催化剂生产任务。

第二章甲醇制烯烃反应过程研究
对于工业开发，应当有两个方面的理论指导：反应工程理论的指导和正确实验方法的指导。

根据反应工程理论指导的开发方法论，我们工作的第一步是认识反应特征，比如反应机理，反应体系是放热还是吸热，反应的工程影响因素有哪些等等，在本章中，我将对这些一一论述。

2.1 甲醇制烯烃反应体系研究
对于一个反应体系，首先应该研究它的反应机理，根据反应机理和实验数据，得到这个反应体系具有哪些特征，结合实际需求，找出工业优化的目标和具体的指标要求。

2.1.1 反应机理
在甲醇制烯烃MTO反应过程中，可能存在多个分解反应、自催化反应、加氢反应、烷烃裂解反应等[11]。

另外，还可能存在催化剂笼内造成积炭的某些高碳烃或中间体的脱烷基反应、聚合反应、氢转移反应以及某些中间体生成积炭的反应等等。

相关的主反应和副反应如下：
主反应：
（1）2CH3OH=CH3OCH3+H2O （2）2CH3OH=C2H4+2H2O
（3）3CH3OH=C3H6+3H2O （4）4CH3OH=C4H8+4H2O
副反应：
（5）CH3OH=CO＋2H2 （6）CH3OCH3＋2H2＝2CH4＋H2O （7）CO＋H2O＝CO2＋H2 （8）2C3H6＝C2H4＋C4H8
（9）C4H8＝2C2H4 （10）CH3OH +C2H4=C3H6+H2O
（11）CH3OH+C3H6=C4H8+H2O （12）C2H4+H2=C2H6
（13）C3H6+H2=C3H8 （14）C4H8+H2=C4H10
（15）C3H8=C2H4+CH4 （16）C4H10=C3H6+CH4
除了（5）、（8）、（9）、（15）、（16）几个分解反应外，甲醇制烯烃大多数反应，特别是主反应，都为强放热反应。

所有低碳烯烃的生成为一级反应，烷烃的生成为二级反应。

由公式△GT=△Hr−T△S计算甲醇制烯烃各反应的吉布斯自由能，得到大多数反应的△GT《0，可以自发进行，并达到较高的程度。

由公式△GT ＝RTlnK Tθ计算甲醇制烯烃各反应的标准平衡常数，得到在较高的温度下，甲醇脱水生成二甲醚的平衡常数在2附近，且随温度的变化不大，几个主反应（2）、
（3）、（4）平衡常数远远大于1，可视为不可逆反应。

查阅文献可知，温度的升高使得乙烯的生成反应的平衡常数变大，而乙烯的消耗反应的平衡常数随温度的升高而减小，所以乙稀的平衡组成随着温度的升高而增加，高温有利于低碳烯烃的生成。

甲醇催化转化制烯烃的反应历程可以分为三个步骤，如图2.1所示，步骤一是甲醇到二甲醚的反应，一般认为是甲醇在分子筛表面质子化形成甲氧基，另一甲醇亲核攻击，生成二甲醚，形成甲醇、二甲醚和水的平衡体系；步骤三是典型的碳正离子机理，包括链增长、裂解以及氢转移反应，其中烷烃和芳烃主要来源于氢转移和成环反应。

关键是步骤二，目标产物低碳烯烃是如何形成的，从C-O 键的甲醇如何形成C-C键，这是MTO反应机理的核心问题。

图2.1 甲醇到烯烃的反应过程
目前已经有二十多种有关C-C键形成的机理被提出，比较被广泛接受的是由Dahl和Kolboe两人提出碳池机理（Hydrocarbon Pool），如图2.2。

他们认为甲醇首先生成一些较大相对分子质量的烃类物质并吸附在分子筛孔道内，这些活性物质既可与甲醇反应引入其甲基基团，又可进行脱烷基化反应，生成乙烯和丙烯等低碳烯烃。

甲醇转化反应初始活性很低，反应一开始只有少量烃类生成，存在一个反应活性逐渐增加的动力学诱导期，当反应进行到一定程度时，烃类物质的产量增大，并保持相对的稳定。

研究表明，起始反应活性中心的生成速率以及诱导期的长短都可通过杂质含量来控制，原料中质量分数百万分之几的有机杂质即可形成诱导期内的初始碳池，且随烃收率的增加而增加。

诱导期过后反应活性中心可能是烯烃通过低聚、成环反应生成苯环。

甲醇或二甲醚通过甲基化作用形成多甲基取代苯，并通过分子重整和侧链消除反应生成低碳烯烃。

图2.2 碳池反应机理示意图
在碳池机理中，低碳烯烃都可以通过碳池直接生成，如何控制产物的选择性,尤其是乙烯和丙烯的选择性，一直是人们关心的问题。

认识了碳池如何选择性地生成乙烯和丙烯，就有可能开发出高选择性的甲醇制乙烯或甲醇制丙烯的催化剂。

在MTO反应中，乙烯和丙烯的选择性随分子筛的失活而有明显变化，丙烯选择性会下降，而乙烯选择性会增加。

碳池机理被普遍接受，但是目前对于Hydrocarbon pool 是什么物质仍然存在很大的争论。

生成烷烃和芳烃的氢转移和成环反应，是催化剂积炭失活的主要原因。

SAPO-34分子筛的失活是因为产物扩散速率较慢，二次反应生成的长链烷烃和芳烃而导致的孔道堵塞引起的。

对于ZSM-5分子筛，其失活主要是石墨碳沉积在分子筛表面造成的。

SAPO-34催化剂最大的缺点是容易积碳失活，导致低碳烯烃的选择性和甲醇转化率急剧下降，而对于ZSM-5分子筛，主要通过调变硅铝比、调节表面酸性来增强催化性能。

综上所述，甲醇催化转化制乙烯的主要研究高乙烯、丙烯选择性、低副产物、超长寿命的催化剂。

而催化剂的开发，则还要侧重对催化转化制乙烯反应机理的深入研究。

反应过程中甲烷等烷烃类副产物影响产物收率以及催化剂活性，因此在工业开发过程中应当考虑如何降低甲烷含量。

2.1.2 反应体系特殊性
根据反应过程和反应机理，结合文献调研，我们可以得到甲醇催化转化制乙烯反应体系有以下几点特征性：
1、该反应体系为放热反应，反应热在20～35kJ/mol 之间，绝热温升在200℃以上，因此，在反应过程中，催化剂很容易积炭失活，在选择操作方式以及反应器的选择上应格外注意这一点；
2、由甲醇制乙烯反应方程式可以看出，该反应体系的复杂性。

反应副产物一般包括两部分：反应生成的C4+烃类和未反应完的甲醇、二甲醚以及生成的其
它含氧物质（如低碳的醇、醛、酸、酮、酯等），因为该反应为催化反应，需要催化剂的参与，对于不同的催化剂，副产物的比例和种类会有所不同。

因此，在催化剂的选择上，应根据工业需求选择适当的催化剂；
3、由于该反应为放热反应，温度对反应体系有较大的影响，并且，催化剂的存在也需要考虑到温度的影响，甲醇的甲烷化可以自发进行，并随着温度的升高，自发进行的程度愈高，从而产生更多的副产物，降低乙烯的产率，因此，在工业化过程中，应根据实验和模拟数据得到最佳的操作温度，换热方式等；
4、甲醇的转化率很高，在合适的催化剂和工业条件下，其转化率可高达100%，乙烯的选择性主要和反应温度、催化剂的种类、尺寸等有关，因此合理选择催化剂显得十分重要；
5、原料甲醇的不纯，有利于形成诱导期，从而有利于产物的生成。

因此在工业化过程中，应该考虑原料的组成部分，根据理论和实验研究得到最佳的原料组成，从而提高产物收率；
6、甲醇催化转化制乙烯反应很复杂，伴随着很多的副产物，对于副产物的分离技术和方法需要根据不同的催化剂作出相应的调整，副产物中会有甲烷等烷烃的生成，它们的存在给后续的分离技术增加了难度，可以通过对催化剂进行适当的改性，从而减少甚至抑制甲烷的生成。

甲醇制烯烃是一个典型的非均相催化反应过程，采用分子筛催化剂，过程耦合了吸附/脱附、内扩散、传热、反应、催化剂失活与再生。

2.1.3 工艺优化目标与要求
根据甲醇催化转化制乙烯反应机理，反应体系的特殊性，我们知道，该反应及其复杂，副产物较多，影响该反应的因素有很多，因此，在工业化的进程中，要考虑到很多方面，我们需要达到的具体工艺优化目标如下：
1、催化剂的选择。

对于一个催化反应，催化剂举足轻重，它影响着产物的分布，目标产物的收率和选择性。

对于本反应，常见的催化剂有ZSM-5分子筛和SAPO-34分子筛，我们应该考察催化剂的选择性、水热稳定性、热稳定性等性质；
2、建立合适的动力学模型，优化模型参数，对反应进行动力学研究，根据模型优化得到的结果，选择合适的反应器；
3、优化操作条件，比如反应温度、反应压力、物料浓度、物料空速、操作方式等；
4、根据产物分布特征，选择合适的分离技术，优化分离条件；
5、根据原料产物的物化性能，选择合适的换热器；
6、优化整个工艺流程，比如根据系统对原料纯度的要求，合理处理上游产品，优化换热网络、物料的进出方式等
以上是优化目标，具体的指标要求如下：
1、生产能力：甲醇处理量，乙烯生成量，甲醇的转化率，乙烯的选择性和产率，各类副产物的选择性和产率等；
2、工艺设备尺寸：反应器的高度、直径等；
3、操作条件：反应温度、反应压力、原料液空速、催化剂装填量等；
4、经济效益：催化剂成本、设备费用、操作费用等。

2.2 甲醇制烯烃反应动力学研究
对于一个反应，反应特征远远不止以上提到的反应方程式、反应机理等，还有一个很关键的方面需要我们去认识，反应动力学方程，虽然我们不需要很全面的测定这个方程，但至少在开发工作之前，对它有一个大致的了解，能给我们的开发工作提供一些理论指导，了解反应过程中的浓度效应、温度效应等。

2.2.1 甲醇制乙烯动力学模型
根据目前甲醇制烯烃动力学的研究进展，可以将动力学研究分成两大类：一类是从反应机理出发，列出MTO 反应中可能出现的所有基元反应，通过实验、量子理论计算得到的机理型反应动力学；另一类是采用集总方法，忽略基元反应步骤，获得的集总反应动力学模型。

机理型反应动力学能够描述反应历程和细节，而集总动力学模型则在反应器设计方面实用性更强[12]。

对于MTO集总动力学模型的开发一般需要经过机理分析-建立模型-模型的检验和修正三个基本步骤，主要思路是：根据对反应过程的深入理解，将体系中的各组分进行分组集总，然后建立合适的反应网络，根据MTO的工艺特点分析各种影响因素的影响规律，得到动力学模型表达式，通过最优方法对模型求解。

第一步组分集总：1）甲醇在催化剂的酸性中心生成二甲醚，二甲醚也会转化为甲醇，存在一个动态平衡，因此，这两个物质作为一个集总，称为含氧化合物MDOH；2）副产物甲烷来源于甲醇和二甲醚，但产量少，所以将它与同样少量的CO、CO2、H2归为一个集总C1；3）乙烯、丙烯、丁烯分别为C2、C3、C4集总；4）反应体系中烷烃、芳烃等其它副产物归为C5集总。

第二步建立反应网络：C1~C5主要石油甲醇或二甲醚通过碳池机理生成，同时，考虑双循环机理，产物中的乙烯（C2集总）以及院经、高碳條烃和芳烃等（C5集总）还可由两烯（C3集总）生成。

此外，产物中的丙烯和丁烯等还会发生裂解、氢转移等二次反应。

由此得到如下MTO反应网络：。