甲烷對稠環芳烴加氫裂化反應的促進作用

申志兵， 任朝陽， 付 嬈， 唐瑞源， 梁生榮， 張君濤， 陳一帆

(西安石油大學 化學化工學院，陜西 西安 710065)

隨著原油重質化問題的日益嚴重以及建設環保型社會的政策要求，提高燃油品質降低稠環芳烴含量迫在眉睫。常見的稠環芳烴有萘、蒽、菲等，一般采用生物降解、吸附、光分解、催化氧化和加氫裂化等進行處理，其中加氫裂化是最有效的方式之一[1]。加氫裂化實質上是在臨氫條件下催化裂化，能夠使稠環芳烴通過催化裂化反應轉化為高價值的苯(Benzene)、甲苯(Toluene)、二甲苯(Xylene)等輕芳烴作為化工原料[2]。稠環芳烴加氫裂化過程采用具有加氫中心和裂化中心的雙功能催化劑，需要大量氫氣參與反應。天然氣制氫是工業氫氣的主要來源之一，是化石能源制氫中最環保的工藝路線，但價格昂貴，生產成本高。因此，降低氫耗，提高BTX選擇性和產物高價值分布對提高經濟效益至關重要。

甲烷是天然氣、頁巖氣主要成分，分布廣泛。近年來，關于甲烷活化以及在加氫反應中的應用引起國內外學者的廣泛關注。Nakamura等[3]通過研究Co/MFI催化甲烷烷基化，發現在非氧化條件下苯環可以與甲烷發生甲基化生成甲苯，證明了甲苯中甲基的碳原子來自甲烷，苯環中碳原子來自苯，其中Co的負載降低了Br?nsted酸位點，促進了Lewis酸位點生成。Wang等[4]利用金屬Zn和Ga修飾HZSM-5分子篩，重新分配Br?nsted酸位和Lewis酸位制備了Zn-Ga/ZSM-5催化劑，研究將甲烷引入木質素加氫制芳烴，結果表明甲烷可以促進芳香烴的形成，提高BTX選擇性；通過核磁共振證明甲烷通過芳基基團的甲基化進入芳基側鏈。Gabrienko等[5]利用固體核磁共振研究了甲烷催化活化機理，結果表明，烯烴升級過程中會產生各種烷烴和烯烴，可以對甲烷活化起到促進作用。與氫氣相比，甲烷更加便宜且易獲得，C/H摩爾比高，更有利于碳氫化合物的形成并減少焦炭生成[4]。雖然甲烷的C—H鍵能高，強的局部C—H鍵阻礙了甲烷的活化，且活化受反應條件和催化劑影響較大[6]，但選擇合適的催化劑以及在高級烷烴和芳香烴存在下，甲烷活化限度可以被有效提高[7]。

結合上述研究，將甲烷引入與氫氣共同參與稠環芳烴的加氫反應，制備Zn-Ag/Hβ催化劑促使甲烷活化并利用甲烷作為新的供氫體以及提供甲基基團。Hβ分子篩在加氫裂化反應中有著優異的穩定性、抗結焦和適宜的酸性[8]，負載金屬Zn和Ag活性中心與分子篩的酸性中心共同作用下可實現甲烷分子C—H鍵的解離，形成甲基正碳離子。尤其是當體系存在其他易于形成的正碳離子，更有利于甲烷分子的活化，進一步促進甲基正碳離子的形成，進而參與芳環的甲基化反應[9-14]。

筆者以萘為模型化合物探討了甲烷參與對萘的加氫裂化反應制BTX的影響，并考察在最佳工藝條件下的實驗結果，為進一步研究甲烷活化、甲烷參與稠環芳烴加氫裂化反應提供了重要依據。

1 實驗部分

1.1 原料和試劑

Hβ分子篩(SiO2/Al2O3摩爾比為25)，南開大學催化劑廠產品；硝酸鋅，分析純，西亞化學工業有限公司產品；硝酸銀，分析純，拉卡生化研發中心產品；正己烷，分析純，天津大茂化學試劑廠產品；萘，分析純，阿拉丁化學試劑公司產品。

1.2 催化劑的制備

采用濕浸漬法制備負載型Zn-Ag/Hβ催化劑，Zn負載量(質量分數，下同)為5%，Ag負載量為0.05%。將Hβ分子篩在550 ℃馬弗爐中煅燒5 h，在燒杯中依次加入適量去離子水、硝酸鋅和硝酸銀制備前驅體溶液，再加入煅燒后Hβ分子篩，使用玻璃棒攪拌均勻后超聲30 min，靜置12 h；然后在80 ℃烘箱干燥12 h，最后在550 ℃馬弗爐中煅燒5 h即可制得負載型Zn -Ag/Hβ催化劑。將Zn -Ag/Hβ催化劑壓片、粉碎、篩分20～40目顆粒備用。

1.3 催化劑的表征

采用德國布魯克公司生產的X射線多晶衍射儀(XRD)對催化劑樣品進行晶體結構表征，以高角度XRD衍射圖譜是否存在強峰確定晶體結構。測試條件：CuKɑ為輻射源，測試電壓為40 kV，測試電流為30 mA,掃描范圍2θ為10°～40°，步長為0.01°。

采用日本電子公司生產的JSM-7001F 型熱場發射掃描電子顯微鏡(SEM)觀察分子篩的微觀形貌和晶粒粒徑。采用美國Thermo Fisher公司生產的ESCALAB250型能譜儀對催化劑樣品進行XPS表征分析，以A1Kα射線照射，污染碳C 1 s(284.6 eV)。

采用廈門拓斯儀器公司生產的TOPS-DS01型原位光譜池和美國Mecolet公司生產的510P型傅里葉變換紅外光譜儀測定催化劑樣品的Br?nsted酸和Lewis酸分布。取樣20 mg壓片后放置于原位光譜池，在450 ℃抽真空處理，然后降溫至50 ℃吸附吡啶，再升溫至350 ℃。分別在降溫和升溫過程中采集背景和采集樣品，溫度為200 ℃和350 ℃。

采用美國Micromeritics公司生產的ChemiSorb 2750 多功能吸附儀測定催化劑樣品的NH3-TPD譜圖。取200 mg樣品置于U型管內，氦氣吹掃并升溫至350 ℃，保持90 min，然后降溫至50 ℃，氨氣吸附120 min，再用氬氣吹掃90 min消除殘留氨氣，最后以10 ℃/min升溫至700 ℃，由Chemisoft TPx系統在線檢測。

采用美國Micromeritics公司生產的ASAP2020型N2吸附/脫附儀測定催化劑樣品的比表面積、孔體積、孔徑大小和分布，比表面積以BET方程計算，孔容和孔分布由BJH方程計算。

采用Mettler-Toledo型熱重分析儀測定催化劑積炭。將反應后的催化劑研磨成粉，攪拌均勻，在100 ℃下干燥12 h。取5～10 mg樣品裝入坩堝，放入熱重分析儀。設定空氣流速為50 mL/min，以10 ℃/min升溫至800 ℃，記錄熱重曲線。積炭熱分解溫度在300～750 ℃范圍內的損失量為催化劑的積炭含量，通過樣品積炭含量計算催化劑的總積炭含量。

1.4 催化劑反應性能評價

在微型固定床反應器上對Zn-Ag/Hβ催化劑進行甲烷參與萘加氫裂化反應性能評價。取0.8 g(約1.6 mL)20～40目的Zn-Ag/Hβ催化劑裝入反應管中部，兩端用石英砂填塞。在氫氣體積流量 20 mL/min、壓力4.0 MPa、程序升溫至 400 ℃的條件下，對Zn-Ag/Hβ催化劑進行活化，穩定30 min后進樣，以質量分數為5%的萘的正己烷溶液為原料。反應條件：反應溫度為360～420 ℃，反應壓力為2.0～4.5 MPa，體積空速為3～6 h-1，氣/油體積比為400～800(其中氣為氫氣、氫氣+甲烷混合氣和氫氣+氮氣混合氣；油為原料)，反應時間為2 h。反應完成后穩定30 min取樣進行分析，在安捷倫GC-7890B型氣相色譜上利用內標法進行產物分析。色譜柱采用HP-5(30 m×0.32 mm ×0.25 μm)，FID檢測器。

以萘轉化率(x，%)、BTX選擇性(si，%)、氣相收率(y1，%)、液相收率(y2，%)和積炭收率(y3，%)作為反應評價指標。如式(1)～式(5)所示。

(1)

(2)

y1=100%-y2-y3

(3)

(4)

(5)

式(1)～式(5)中,m1和m2分別表示反應前和反應后的萘質量，g；mi為反應后生成某產物組分消耗原料萘的質量，g；i組分為BTX、苯、甲苯和二甲苯。m3為反應原料的進樣質量，g；m4為反應后的液相產物質量，g；m5為催化劑的總積炭質量，g。

2 結果與討論

2.1 催化劑的結構性質表征結果

2.1.1 XRD表征

圖1為Hβ分子篩和Zn-Ag/Hβ催化劑的XRD譜圖。由圖1可知，Hβ分子篩和Zn-Ag/Hβ催化劑在7.6°和22.3°附近均顯示出Hβ分子篩的特征峰[15]。負載金屬后特征峰強度降低，這是因為負載后活性金屬氧化物會覆蓋部分分子篩表面。并且沒有出現負載金屬晶體特征峰，說明負載金屬在分子篩上分布均勻，金屬活性中心在分子篩表面高度分散[16-17]。

圖1 Hβ分子篩和Zn-Ag/Hβ催化劑的XRD譜圖Fig.1 XRD patterns of Hβ zeolite and Zn-Ag/Hβ catalyst

2.1.2 SEM表征

圖2為Hβ分子篩和Zn-Ag/Hβ催化劑的SEM照片。由圖2可知，Hβ分子篩和Zn-Ag/Hβ催化劑粒徑均為150 nm左右，晶粒外形規整、粒度分布均勻，晶體形貌良好。說明負載Zn和Ag前后，分子篩形貌并未發生明顯的變化。

圖2 Hβ分子篩和Zn-Ag/Hβ催化劑的SEM照片Fig.2 SEM images of Hβ zeolite and Zn-Ag/Hβ catalyst(a) Hβ zeolite； (b) Zn-Ag/Hβ catalyst

2.1.3 XPS表征

圖3為Zn-Ag/Hβ催化劑的XPS譜圖。由于Ag負載量偏低使得Zn-Ag/Hβ催化劑的XPS譜圖無法顯示負載Ag的性質和分布，因此筆者主要對Zn的物種分布進行分析，結果如圖3所示。采用XPS PEAK軟件將Zn 2p3/2對應的XPS譜圖進行分峰擬合，結果表明Zn-Ag/Hβ催化劑有2種不同的Zn種類，結合能1023.3 eV和1022.2 eV分別歸屬于Zn2+和進入分子篩晶體骨架的Zn物種[18]。在分子篩上存在Zn2+可以促進甲烷中的C—H鍵斷裂，同時骨架上的Zn物種有助于形成低價態鋅物種團簇，進一步促進甲烷的解離活化并參與到反應當中[10]。

2.1.4 Py-IR表征

圖4和表1分別為Hβ分子篩和Zn-Ag /Hβ催化劑的Py-IR分析譜圖和酸量定量分析結果。其中1450 cm-1處附近的振動峰是 Lewis(L)酸性位點，1540 cm-1處附近的振動峰是Br?nsted(B)酸性位點，1490 cm-1處是共同作用位點[15]。由圖4可知，在負載金屬后，Zn-Ag/Hβ催化劑表現出增強的L酸表面酸性和抑制的B酸表面酸性，主要原因是金屬Zn傾向于均勻分布在L酸位點相互作用的沸石通道中，會促進L酸位點的生成和增強[19-20]。總酸量降低，L/B酸量比的增加意味著更多的骨架缺陷，有利于形成活性中心[21-22]。同時，增強L酸表面酸性有助于甲烷活化[3]。

圖3 Zn-Ag/Hβ催化劑的XPS譜圖Fig.3 XPS spectra of Zn-Ag/Hβ catalyst

(1) (2) Hβ zeolite； (3) (4) Zn-Ag/Hβ catalyst圖4 Hβ分子篩和Zn-Ag/Hβ催化劑的Py-IR譜圖Fig.4 Py-IR spectra of Hβ zeolite and Zn-Ag/Hβ catalyst

表1 Hβ分子篩和Zn-Ag/Hβ催化劑的酸性質Table 1 Acidic properties of Hβ zeolite and Zn-Ag/Hβ catalyst

2.1.5 NH3-TPD表征

圖5為Hβ分子篩和Zn-Ag /Hβ催化劑的NH3-TPD 譜圖。一般250～400 ℃為中強酸中心，高于400 ℃為強酸中心。二者在270 ℃和400 ℃處均存在NH3的脫附峰，負載金屬之后對酸分布影響不大，也存在強酸脫附峰和中強酸脫附峰。在氫氣+甲烷混合氣氛中，催化劑表面上具有豐富的中強酸中心有利于促進多環芳烴的加氫裂化反應[3]。

圖5 Hβ分子篩和Zn-Ag/Hβ催化劑的NH3-TPD譜圖Fig.5 NH3-TPD profiles of Hβ zeolite and Zn-Ag/Hβ catalyst

2.1.6 N2吸附-脫附表征

圖6和表2分別為Hβ分子篩和Zn-Ag/Hβ催化劑的N2吸附-脫附等溫線和孔結構數據。由圖6和表2可知：Hβ分子篩和Zn-Ag/Hβ催化劑均表現為Ⅰ型等溫線的特征，具有H1滯后環；在p/p0為0～1.0時吸附量增加和分子篩內部的微孔吸附作用有關，說明分子篩內存在大量介孔。主要原因可能是隨著金屬Zn的負載，催化劑骨架會被破壞，造成比表面積和孔體積的減小，骨架發生坍塌，一些小的孔徑消失，形成更大的孔徑。一般來說，較大的比表面積有利于加氫反應，但是孔徑增大有利于內擴散阻力減小，擴散速率加快，同等空速下，與催化劑活性位接觸時間增加，活性增大[23]。

圖6 Hβ分子篩和Zn-Ag/Hβ催化劑的N2吸附-脫附等溫線Fig.6 N2 adsorption-desorption isotherms ofHβ zeolite and Zn-Ag/Hβ catalyst

表2 Hβ分子篩和Zn-Ag/Hβ催化劑的孔結構性質Table 2 Pore structure properties of Hβ zeoliteand Zn-Ag/Hβ catalyst

2.2 甲烷參與下的稠環芳烴加氫裂化反應性能評價

2.2.1 甲烷對稠環芳烴加氫裂化促進作用

(1)萘的加氫裂化反應性能

在反應溫度400 ℃、反應壓力3.5 MPa、體積空速4 h-1、氫氣氣氛的條件下，考察不同氫/油體積比對Zn-Ag/Hβ催化劑作用下萘的加氫裂化反應性能的影響，結果如圖7所示。

x—Conversion of naphthalene; s1—Selectivity of BTX;s2—Selectivity of benzene; s3—Selectivity of toluene;s4—Selectivity of xylenes圖7 氫/油體積比對萘轉化率和BTX選擇性的影響Fig.7 Impact of hydrogen/oil volume ratio on the conversionrate of naphthalene and selectivity of BTXReaction conditions： T=400 ℃; p=3.5 MPa; LHSV=4 h-1

由圖7可知：隨著氫/油體積比的增大，萘轉化率呈增大趨勢，產物中BTX選擇性先增大后減小；當氫/油體積比為400時，萘轉化率為 99%，BTX選擇性最好，為51.07%，其中苯、甲苯和二甲苯的選擇性分別為24.57%、16.98%和9.51%。主要原因是氫/油體積比的增加使得更多氫氣參與反應，有利于提高平衡轉化率和反應速率，導出反應熱，提高選擇性。但隨著氫/油體積比的繼續增大導致反應物停留時間過短，不利于反應進行。Zn-Ag/Hβ催化劑在氫/油體積比為400時加氫裂化反應效果最佳，此時苯的選擇性高于甲苯和二甲苯的選擇性。

(2)甲烷參與反應研究

對比參考文獻[7,24-26]結果表明，Zn-Ag/Hβ催化劑具有加氫性能，結合金屬Zn、Ag活化甲烷的功能，可以在萘加氫裂化過程中引入甲烷參與反應。為了研究甲烷參與對萘的加氫裂化反應性能的影響，在反應溫度400 ℃、反應壓力3.5 MPa、體積空速4 h-1、氫/油體積比400的條件下引入甲烷參與反應，考察不同氫氣/甲烷體積比對萘的加氫裂化反應性能的影響，結果如圖8所示。

由圖8可知，隨著甲烷引入量的增大，萘轉化率和BTX選擇性均呈現先增高后降低的趨勢。與圖7中在最佳氫/油體積比400下的結果相比，BTX的產物分布發生改變，其中甲苯和二甲苯選擇性在BTX總選擇性中占比增加。在氫氣/甲烷體積比為1時效果最佳，萘轉化率為99.80%，BTX選擇性為62.20%，其中苯、甲苯和二甲苯的選擇性分別為18.72%、23.15%和20.33%。氫氣+甲烷混合氣氛下甲烷的引入可提供部分氫和甲基官能團，萘在加氫裂化反應過程中芳環加氫開環的同時引入甲基官能團，促進甲基側鏈單環芳烴的生成。而且催化劑表面上具有豐富的中強酸位點有利于促使萘的加氫裂化反應，有助于BTX產物的生成。但甲烷含量的不斷增大使得氫分壓降低，抑制加氫反應，導致萘轉化率和BTX選擇性降低。所以最佳氫氣/甲烷體積比為1。

x—Conversion of naphthalene; s1—Selectivity of BTX;s2—Selectivity of benzene; s3—Selectivity of toluene;s4—Selectivity of xylenes圖8 氫氣/甲烷體積比對萘轉化率和BTX選擇性的影響Fig.8 Impact of hydrogen/methane volume ratio on theconversion rate of naphthalene and selectivity of BTXReaction conditions： T=400 ℃; p=3.5 MPa; LHSV=4 h-1

(3)不同氣體氛圍對比

由于甲烷的引入不僅改變了氣體氛圍，也改變了氣/油體積比。所以在氣/油體積比為800，不同氣體氛圍條件(氫氣+甲烷(氫氣/甲烷體積比1)、氫氣+氮氣(氫氣/氮氣體積比1)、純氫氣、純甲烷、純氮氣)下進行對比，進一步證明甲烷對反應的促進作用，結果如圖9所示。

由圖9可知：在反應溫度400 ℃、反應壓力3.5 MPa、體積空速4 h-1，氣/油體積比為800時，在氫氣氣氛條件下，萘轉化率為99.82%，液相收率為79.36%，氣相收率為18.39%，積炭收率為2.25%，BTX選擇性為37.88%；氫氣+甲烷混合氣氛下萘轉化率為99.85%，液相收率、BTX選擇性和積炭收率分別提高至80.88%、62.20%和 2.85%，氣相收率為16.27%。主要原因是因為甲烷的引入降低氫分壓，有效抑制萘的加氫飽和反應，并參與到反應當中，使得液相收率和BTX選擇性均有所提高；但氫氣+甲烷混合氣氛下的積炭含量升高容易導致催化劑的失活，不利于反應進行。在氫氣+氮氣混合氣氛下，萘轉化率為84.44%、液相收率為76.3%、氣相收率為20.43%、BTX選擇性為52.78%，積炭收率為3.27%。惰性氣體氮氣的參與抑制加氫飽和反應，但并未參與反應，導致液相收率和選擇性降低，積炭含量增加。

x—Conversion of naphthalene; y1—Yield of gas;y2—Yield of liquid; y3—Yield of coke;s1—Selectivity of BTX; s2—Selectivity of benzene;s3—Selectivity of toluene; s4—Selectivity of xylenes圖9 不同氣體氛圍對萘轉化率、氣相收率、液相收率、積炭收率及BTX選擇性的影響Fig.9 Impact of different gas atmospheres on the conversionrate of naphthalene, gas phase yield, liquid phase yield,coke yield and selectivity of BTXReaction conditions： T=400 ℃; p=3.5 MPa;LHSV=4 h-1; V(Gas)/V(Oil)=800

上述結果表明，在反應中引入的甲烷可以被活化，促進萘的轉化，并參與到反應當中。甲烷參與反應過程以萘加氫開環生成單環芳烴產物的反應為主，甲烷參與有助于提高液相收率、BTX的總選擇性以及甲苯和二甲苯在BTX選擇性中的占比，抑制過度的加氫裂化。同時，結合文獻[24-26]的研究結論，推測萘加氫裂化反應過程形成的正碳離子對Zn-Ag/Hβ催化劑活化甲烷形成甲基正碳離子具有促進作用，進而通過芳環的膨脹-收縮形成芳環的甲基側鏈，從而提高產物中含有甲基側鏈芳烴產物的選擇性。

2.2.2 引入甲烷參與反應的工藝條件優化

因為在以萘為模型化合物的加氫裂化反應中，反應壓力、反應溫度和體積空速是影響反應的重要因素，且能夠影響甲烷活化。所以在氫氣+甲烷混合氣氛(氫氣/甲烷體積比1，氣/油體積比800)下考察反應壓力、反應溫度和體積空速對甲烷參與反應的影響。

(1)反應壓力

圖10為反應壓力對萘轉化率和BTX選擇性的影響。由圖10可知：隨著反應壓力的提高，BTX選擇性先增加后減小；低壓時，萘轉化率和BTX選擇性均不高，隨著反應壓力的增加，萘轉化率和BTX選擇性也逐漸提高，甲苯和二甲苯在BTX選擇性中占比增大，在3.5 MPa時效果最佳。說明在低壓區域氫氣起主導作用，但隨著反應壓力的增加，甲烷逐漸活化并參與反應。所以最佳反應壓力為3.5 MPa。

x—Conversion of naphthalene; s1—Selectivity of BTX;s2—Selectivity of benzene; s3—Selectivity of toluene;s4—Selectivity of xylenes圖10 反應壓力對萘轉化率和BTX選擇性的影響Fig.10 Impact of reaction pressure on the conversionrate of naphthalene and selectivity of BTXReaction conditions： T=400 ℃; LHSV=4 h-1;V(Gas)/V(Oil)=800; V(H2)/V(CH4)=1

(2)反應溫度

圖11為反應溫度對萘轉化率和BTX選擇性的影響。由圖11可知：在360 ℃時，萘轉化率為92%，苯選擇性高于甲苯和二甲苯；隨著反應溫度的升高，BTX選擇性先增大后減小。在較低反應溫度時加氫是主要反應[27-28]，且甲烷活化度不高。反應溫度升高會抑制單環芳烴的進一步深度裂化，萘直接加氫裂化程度增加[29]，且甲烷活化度增加并參與反應，因此萘轉化率和BTX選擇性均有所提高，但反應溫度持續升高對加氫反應的化學平衡不利，導致選擇性下降。所以最佳反應溫度為400 ℃。

x—Conversion of naphthalene; s1—Selectivity of BTX;s2—Selectivity of benzene; s3—Selectivity of toluene;s4—Selectivity of xylenes圖11 反應溫度對萘轉化率和BTX選擇性的影響Fig.11 Impact of reaction temperature on the conversionrate of naphthalene and selectivity of BTXReaction conditions： p=3.5 MPa; LHSV=4 h-1;V(Gas)/V(Oil)=800; V(H2)/V(CH4)=1

(3)體積空速

圖12為體積空速對萘轉化率和BTX選擇性的影響。由圖12可知：在不同體積空速下苯的選擇性并未發生過多變化，隨著體積空速的增大，甲苯和二甲苯的選擇性先增大后減小。主要原因是在低體積空速時停留時間長，萘可以充分加氫裂化，但同時副反應增多，芳烴進一步飽和，導致BTX選擇性降低。隨著體積空速的增加，BTX選擇性增加，在體積空速為4 h-1效果最佳，主要原因是甲苯和二甲苯的選擇性增加，說明在體積空速4 h-1時甲烷參與反應效果明顯。體積空速進一步增加，BTX選擇性降低，反應物停留時間過短，帶走的熱量過多，不利于熱平衡，動力學上不利于反應的進行，導致反應不充分。所以最佳體積空速為4 h-1。

x—Conversion of naphthalene; s1—Selectivity of BTX;s2—Selectivity of benzene; s3—Selectivity of toluene;s4—Selectivity of xylenes圖12 體積空速對萘轉化率和BTX選擇性的影響Fig.12 Impact of volume space velocity on theconversion rate of naphthalene and selectivity of BTXReaction conditions： p=3.5 MPa; T=400 ℃;V(Gas)/V(Oil)=800; V(H2)/V(CH4)=1

3 結 論

(1)采用浸漬法制備的負載型Zn-Ag/Hβ催化劑具有豐富的中強酸中心，負載金屬Zn后Hβ分子篩存在Zn2+和進入分子篩晶體骨架的Zn物種，總酸量降低，L/B酸量比增加。

(2)甲烷參與萘加氫裂化反應有利于提高萘轉化率和BTX選擇性。在氫氣/甲烷體積比1、反應溫度400 ℃、反應壓力3.5 MPa、體積空速4 h-1、氣/油體積比800的條件下，萘轉化和BTX選擇性分別為99.80%和62.20%，其中苯、甲苯和二甲苯的選擇性分別為18.72%、23.15%和20.33%。

(3)將氫氣+甲烷混合氣氛下萘加氫反應效果與和氫氣氣氛、甲烷氣氛、氮氣氣氛、氫氣+氮氣混合氣氛下的進行對比，初步推測萘加氫裂化反應過程形成的正碳離子可促進Zn-Ag/Hβ催化劑活化甲烷形成甲基正碳離子，然后通過芳環的膨脹-收縮機理形成芳環的甲基側鏈，從而提高萘加氫裂化反應產物中含有甲基側鏈芳烴產物的選擇性。