原油的直接催化裂解是增加高价值轻质烯烃产量并提高一体化原油制化工过程碳利用率的有前景策略。本工作以烃类气凝液和阿拉伯原油为原料，系统研究了含纳米及微晶ZSM-5的流化催化裂化（FCC）催化剂上轻质烯烃生产的结构–活性关系。合成了不同硅铝比的纳米ZSM-5催化剂并引入FCC配方中，以评估催化剂架构、酸性、分子扩散、原料组成、反应器水力学及水热稳定性对催化性能的综合影响。通过X射线衍射（XRD）、环境扫描电子显微镜（ESEM）、氮气物理吸附（BET比表面积和BJH孔径分布）以及氨程序升温脱附（NH3-TPD）对催化剂进行全面表征，建立了物理化学性质与催化行为之间的关联。具有中间硅铝比的纳米晶催化剂（FCC33）表现出最高的催化性能，在烃类气凝液裂解过程中产丙烯收率达21 wt%，总轻质烯烃收率达42 wt%，且积碳量最低。性能提升归因于优化的布朗斯特酸性、增强的外表面积及改善的孔道连通性、缩短的晶内扩散路径之间的协同作用，这些效应有利于快速β断裂反应，同时抑制了氢转移反应和积碳前驱体的形成。采用微活性测试装置（MAT）、先进裂解评价装置（ACE）和微型提升管（MDU）反应器进行的催化评价表明，反应器水力学显著影响产物选择性，其中MDU通过其稀相催化剂、近活塞流行为以及极短的催化剂–油接触时间，提供了最接近工业FCC操作条件的模拟。原料组成强烈影响转化率和积碳生成，原油芳烃含量增加导致裂解活性降低和积碳产率升高。然而，优化后的催化剂在所考察的各原料中均保持了较高的轻质烯烃选择性，这得益于其平衡的酸性和增强的分子传输能力。在810 °C下经6小时的严苛水热老化处理后，催化剂在连续100次反应–再生循环中仍保持87%的转化率，表明其在FCC相关条件下具有优异的水热稳定性和再生耐久性。研究结果表明，原油直接催化裂解过程中轻质烯烃的生产受催化剂架构、酸性、扩散、原料组成、反应器水力学和催化剂稳定性等耦合效应的共同控制。本工作所获得的机理认识为下一代高苛刻度原油制化工应用用FCC催化剂的设计提供了理性依据。
