生物质是指动物、植物和微生物,以及它们排泄,代谢的有机物质所组成的可再生能源,生物质广泛易得,成本低廉,其利用还可以有效减少温室气体的排放,因此它已成为替代传统化石燃料的最佳选择。原位催化热解是一种通过将催化剂与生物质原料混合,选择性地促进热解中特定反应的发生,从而将生物质转化为合成气,生物油和生物炭的技术。尽管现有的研究已对原位催化热解中生物质的反应动力学和各催化剂的性能等方面展开了探索,但有关脱水反应在热解过程中的研究仍然很少。此外,由于催化剂在热解后很难从混合的炭产物中分离与回收,原位催化热解技术仍然很难得到实际应用。针对原位催化热解领域中存在的上述共性问题,本论文以牛粪为代表性生物质原料,以Ni O/γ-Al₂O₃作为代表性催化剂,对原位催化热解过程中,脱水反应的特征及催化剂的催化脱水机制开展了研究。此外,为了提高原位催化剂分离回收的可行性,提出并开展了循环式和整体式两种新型的原位催化热解方法研究,以促进热解产气量为优化方向,对这两种方法的热解工作性能进行了分析。最终得到下述结论:（1）生物质原位催化热解中,脱水反应主要在250-350℃的温度内发生。此外,脱水反应产生的水可占总挥发产物的33.82 wt.%左右。Ni O/γ-Al₂O₃催化剂可以促进脱水反应的进行。γ-Al₂O₃上的弱酸位点是催化脱水的主要活性位点,它的催化过程符合E2机理。Ni O在负载时会优先锚固在γ-Al₂O₃的弱酸位点上,阻碍了反应物与活性位点的接触,因此Ni O的存在反而降低了Ni O/γ-Al₂O₃的催化脱水活性。（2）提出了一种循环式原位催化热解的方法。该方法使用Ni O/γ-Al₂O₃作为初始催化剂,对生物质进行原位催化热解,并将热解后残留的炭与初始催化剂的固体混合物直接作为混合型催化剂,应用于后续热解中。以此循环热解多次后,再通过再生使Ni O/γ-Al₂O₃从固体混合物中分离回收出来。由于生物灰分的密度较低,因此再生过程可以通过先煅烧后吹扫的方式实现。最后,将再生得到的Ni O/γ-Al₂O₃作为初始催化剂,继续投入于新一轮循环热解中。通过循环式热解的方法,不仅有效减少了原位催化剂的再生分离次数,还实现了生物炭的资源化利用。（3）在上述的循环式原位催化热解方法中,构成混合催化剂的炭与Ni O/γ-Al₂O₃之间存在协同催化作用。一方面,炭可以在热解过程中将Ni O原位还原为具有更优性能的Ni。另一方面,炭具有较大的比表面积和孔体积,可以提供额外的吸附位,同时促进大分子反应物的传质。因此,该方法可以有效促进生物质热解中气体的生成,最多增加了70%的合成气产率以及82%的合成气热值转换率。再生后,初始催化剂Ni O/γ-Al₂O₃的质量及催化性能不会下降。此外,再生后的催化剂中会残留微量的生物灰分,它们主要由Si O₂组成,在后续的热解过程不会对催化剂造成负面影响。（4）提出了一种整体式原位催化热解的方法。该方法将整体式催化剂作为原位热解的催化床使用。热解前,生物质物料从上端流入整体催化剂并与其外表面接触反应,热解后生成的炭则从催化床的下部流出,从而简化了原位催化中炭与催化剂的分离过程。使用了三种分别以蜂窝陶瓷、金属泡沫、金属丝网为结构载体,Ni O/γ-Al₂O₃为活性组分的整体式催化剂,对生物质进行原位催化热解。实验结果表明,它们分别提高了40%、36%、18%的气体产量,均表现出比传统颗粒状催化剂更优秀的催化性能。此外,整体式催化剂的外表面积是影响其催化性能的重要因素,较大的外表面积可以使催化剂与生物质原料和中间产物更充分的接触。研究证明了整体式催化剂对于原位催化热解具有值得关注的应用潜力。