本發(fā)明涉及一種同時(shí)制備氨合成氣和液體燃料合成氣的系統(tǒng)及方法，特別涉及直接在固體氧化物電解池中同時(shí)制備氨合成氣和液體燃料合成氣的系統(tǒng)及方法。

技術(shù)背景

合成氨工業(yè)是世界上最重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占重要地位。在合成氨工藝中，氨合成氣(H₂/N₂＝3)中氫氣主要來自以甲烷為主的天然氣。傳統(tǒng)制備氨合成氣的過程步驟繁多、能耗巨大并排放大量的溫室氣體二氧化碳。脫硫后的天然氣要經(jīng)過七步才能獲得氨合成氣，這七步的能耗占整個(gè)合成氨過程能耗的84％，并且天然氣中的碳元素轉(zhuǎn)化為溫室氣體二氧化碳排放掉，造成了能源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染。水作為一種儲(chǔ)量豐富、清潔、可持續(xù)的理想氫源，通過水分解制得氫氣的方式已有不少報(bào)道。以水作為氨合成氣中氫氣的原料氣不失為一個(gè)好的選擇。以天然氣為原料，通過Fischer-Tropsch合成制備液體燃料是一個(gè)重要且可行的解決石油危機(jī)的方法。但液體燃料合成氣(H₂/CO＝2)的制備占據(jù)了大部分合成液體燃料的能耗和投資成本。其中的空氣分離過程耗能巨大。有報(bào)道稱利用透氧膜反應(yīng)器能夠高效的將空分過程同甲烷部分氧化過程耦合起來，但該耦合反應(yīng)是放熱反應(yīng)，在放大時(shí)存在著飛溫的風(fēng)險(xiǎn)，此外，一旦膜破裂就會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)。

水是理想的氫源，同時(shí)也是氧源?？諝庵懈缓?8％的氮?dú)?，若將一定比例的水和空氣混合氣中的氧元素移去，剩余氣體經(jīng)冷卻液化干燥則可得到氨合成氣。水和空氣混合氣制備氨合成氣是吸熱的移除氧的過程，而天然氣通過甲烷部分氧化制備液體燃料合成氣是放熱的需氧氧化過程，若將這兩個(gè)過程通過氧離子導(dǎo)體材料耦合起來，可實(shí)現(xiàn)高度的過程強(qiáng)化。氧離子型固體氧化物電解池可高效安全的實(shí)現(xiàn)這一耦合。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一，在于提供一種同時(shí)制備氨合成氣和液體燃料合成氣的 系統(tǒng)，包括：

電解池；

組成電解池的電解質(zhì)、陰極、陽極和集流層；

分別裝填于陰極和陽極側(cè)的催化劑模塊I和催化劑模塊II；

作為電解池陰極氨合成氣原料氣的水蒸氣和空氣的混合氣，以及作為電解池陽極液體燃料合成氣原料氣的天然氣；

用于向電解池陰極側(cè)導(dǎo)入氨合成氣原料氣的氣體導(dǎo)入裝置I，以及向電解池陽極側(cè)導(dǎo)入液體燃料合成氣原料氣氣體導(dǎo)入裝置II；

其中，催化劑模塊I為水分解催化劑，位于電解池陰極內(nèi)部或堆積于陰極上，與氣體導(dǎo)入裝置I同側(cè)設(shè)置；催化劑模塊II為天然氣氧化或部分氧化催化劑，位于電解池陽極內(nèi)部或堆積于陽極上，與氣體導(dǎo)入裝置II同側(cè)設(shè)置。

本發(fā)明另一方面的目的在于提供一種同時(shí)制備氨合成氣和液體燃料合成氣的方法，使用上述本發(fā)明的同時(shí)制備氨合成氣和液體燃料合成氣的系統(tǒng)，包括如下步驟：

①電解池兩側(cè)分別裝填催化劑模塊I和催化劑模塊II并壓有集流層，連接供電設(shè)備；密封電解質(zhì)層；所述催化劑模塊I為水分解催化劑，催化劑模塊II為天然氣氧化或部分氧化催化劑；

②由氣體導(dǎo)入裝置I向電解池陰極通入氨合成氣原料氣，同時(shí)，由氣體導(dǎo)入裝置II向電解池陽極側(cè)通入液體燃料合成氣原料氣；所述氨合成氣原料氣是水蒸氣和空氣的混合氣；所述液體燃料合成氣原料氣是天然氣；

③在陰極，氨合成氣原料氣中的水蒸氣在催化劑模塊I及在陰極和陽極之間施加的電解電壓的作用下高溫分解生成氧與氫氣，其中氧與原料氣中空氣所提供的氧氣經(jīng)電解質(zhì)到達(dá)陽極與液體燃料合成氣原料氣發(fā)生氧化或部分氧化反應(yīng)，生成液體燃料合成氣；未能通過電解質(zhì)的氫氣與原料氣中空氣所提供的氮?dú)鈩t混合成為氨合成氣。

上述本發(fā)明的制備合成氨原料氣的方法中步驟③所述的在陰極和陽極之間施加的電解電壓為0.1-5.0V。

上述本發(fā)明的制備合成氨原料氣的方法中步驟③所述的高溫是400℃-1000℃。

使用本發(fā)明的系統(tǒng)及方法來同時(shí)制備氨合成氣和液體燃料合成氣，可以通過調(diào)節(jié)通入電解池中氨合成氣原料氣和液體燃料合成氣原料氣的流速以及電解電壓來調(diào)控生成氨合成氣的氫氮比和生成速率以及液體燃料合成氣的生成速率。因所用的氫氣源為水而不是天然氣，本方法所制備的氨合成氣中不含有致合成氨催化劑中毒的一氧化碳和含硫化合物。此外，亦不含對合成氨無用的惰性組分甲烷，所制得的氨合成氣只需除去原料氣中微量的二氧化碳(來自原料空氣)和水，就可得到高品質(zhì)的可直接進(jìn)入合成氨裝置的原料氣。本方法中的氧化或部分氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性都很高，能夠制備高品質(zhì)的液體燃料合成氣。此外，電解池的總反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，若電解池采用電解質(zhì)支撐，高電阻的電解質(zhì)在通電時(shí)會(huì)生成熱，這就為電解池的總反應(yīng)提供了原位的供熱，當(dāng)電解質(zhì)厚度達(dá)到一定值時(shí)，可實(shí)現(xiàn)電解池反應(yīng)的自熱，無需外界供熱。該方法的操作、裝置都十分簡單，極大地減少了制備氨合成氣和液體燃料合成氣的工序，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)復(fù)雜化工工藝中的九步耦合到一步，節(jié)省了大量的資源和能源。

附圖說明

本發(fā)明附圖2幅，其中：

圖1是本發(fā)明同時(shí)制備氨合成氣和液體燃料合成氣的系統(tǒng)示意圖；

圖2是本發(fā)明同時(shí)制備氨合成氣和液體燃料合成氣的方法過程示意圖

圖中:1、電解池；2、電解質(zhì)；3、氣體導(dǎo)入裝置I；4、產(chǎn)品采集裝置I；5、氣體導(dǎo)入裝置II；6、；7、陰極；8、陽極；9、催化劑模塊I；10、催化劑模塊II；11、集流層。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明首先提供一種同時(shí)制備氨合成氣和液體燃料合成氣的系統(tǒng)，包括：

電解池1；

組成電解池1的電解質(zhì)2、陰極7、陽極8和集流層11；

分別裝填于陰極7和陽極8側(cè)的催化劑模塊I9和催化劑模塊II10；

作為電解池陰極7氨合成氣原料氣的水蒸氣和空氣的混合氣，以及作為電解池陽極8液體燃料合成氣原料氣的天然氣；

用于向電解池陰極7側(cè)導(dǎo)入氨合成氣原料氣的氣體導(dǎo)入裝置I3，以及向電 解池陽極8側(cè)導(dǎo)入液體燃料合成氣原料氣的氣體導(dǎo)入裝置II5；

其中，催化劑模塊I9為水分解催化劑，位于電解池陰極7多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部或堆積于陰極7上，與氣體導(dǎo)入裝置I3同側(cè)設(shè)置；催化劑模塊II10為天然氣氧化或部分氧化催化劑，位于電解池陽極8多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)部或堆積于陽極8上，與氣體導(dǎo)入裝置II5同側(cè)設(shè)置。

具體實(shí)施方式之一，所述的電解質(zhì)2為致密的氧離子型電解質(zhì)。為便于氣體的傳輸并增加三相界面，陰極7和陽極8為多孔結(jié)構(gòu)。

陰極7的材料選自金屬材料、金屬陶瓷材料、離子-電子混合導(dǎo)體材料或其與氧離子導(dǎo)體材料所組成的復(fù)合材料；陽極8的材料選自金屬材料、金屬陶瓷材料、離子-電子混合導(dǎo)體材料或其與氧離子導(dǎo)體材料所組成的復(fù)合材料。一方面，考慮到本發(fā)明中電解池工作所處的苛刻環(huán)境，陰極7和陽極8的多孔骨架優(yōu)選與電解質(zhì)同質(zhì)的材料。另一方面，就傳統(tǒng)電極和復(fù)合電極來說，復(fù)合電極的性能優(yōu)于傳統(tǒng)電極，以此優(yōu)選復(fù)合電極。所述電解池的形狀可根據(jù)生產(chǎn)需求設(shè)計(jì)為片狀或管狀。關(guān)于電解質(zhì)2的密封方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的記載完成，本發(fā)明優(yōu)選使用銀圈密封或金圈密封的密封方法，這兩種密封方法的密封成功率高且密封好的電解池可在高溫水蒸氣和強(qiáng)還原性的氣氛中長期運(yùn)行而不會(huì)出現(xiàn)因密封問題導(dǎo)致的泄露。

具體實(shí)施方式中，所述的水分解催化劑為第VIII族金屬基催化劑，可舉例但不限于釕基催化劑、鈀基催化劑、鉑基催化劑、鈷基催化劑、鎳基催化劑等；優(yōu)選所述的水分解催化劑為釕基催化劑或鎳基催化劑。

具體實(shí)施方式中，所述的天然氣氧化或部分氧化催化劑為過渡金屬基催化劑，可舉例但不限于銥基催化劑、銅基催化劑、銠基催化劑、釕基催化劑、釩基催化劑、鎳基催化劑等；優(yōu)選銠基催化劑、釕基催化劑和鎳基催化劑。

具體實(shí)施方式中，所述的集流層材料選自金屬材料、金屬陶瓷材料或陶瓷材料。

另一具體的實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的系統(tǒng)中的氣體導(dǎo)入裝置I3包括：

至少1個(gè)用于儲(chǔ)存氨合成氣原料氣的原料氣容器；

用于連接原料氣容器和電解池的原料氣管道；

用于控制原料氣流量的流量控制設(shè)備，該設(shè)備有助于在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)量化調(diào) 節(jié)。

又一具體的實(shí)施方式中，本發(fā)明所述的系統(tǒng)中的氣體導(dǎo)入裝置II5包括：

至少1個(gè)用于儲(chǔ)存液體燃料合成氣原料氣的原料氣容器；

用于連接原料氣容器和電解池的原料氣管道；

用于控制原料氣流量的流量控制設(shè)備，該設(shè)備有助于在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)量化調(diào)節(jié)。

本發(fā)明所述的系統(tǒng)在生產(chǎn)中，在陰極7，氨合成氣原料氣中的水蒸氣在催化劑模塊I9及陰極7和陽極8之間施加的電解電壓的作用下高溫分解生成氧與氫氣，其中氧與原料氣中空氣所提供的氧氣經(jīng)電解質(zhì)2到達(dá)陽極8與液體燃料合成氣原料氣天然氣發(fā)生氧化或部分氧化反應(yīng)，生成液體燃料合成氣；未能通過電解質(zhì)2的氫氣與原料氣中空氣所提供的氮?dú)鈩t混合成為氨合成氣。陰極和陽極側(cè)反應(yīng)后所得產(chǎn)品都具有相當(dāng)高的工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值。

鑒于此，本發(fā)明的具體實(shí)施方式之一提供的系統(tǒng)還包括：

與氣體導(dǎo)入裝置I3同側(cè)設(shè)置的用于收集氨合成氣的產(chǎn)品采集裝置I4，以及

與氣體導(dǎo)入裝置II5同側(cè)設(shè)置的用于收集液體燃料合成氣的產(chǎn)品采集裝置II6。

結(jié)合上述同時(shí)制備氨合成氣和液體燃料合成氣的系統(tǒng)，本發(fā)明進(jìn)一步提供一種同時(shí)制備氨合成氣和液體燃料合成氣的方法，使用上述本發(fā)明的系統(tǒng)，包括如下步驟：

①電解池1兩側(cè)分別裝填催化劑模塊I9和催化劑模塊II10并壓有集流層11，連接供電設(shè)備。密封電解質(zhì)層2；所述催化劑模塊I9為水分解催化劑，催化劑模塊II10為天然氣氧化或部分氧化催化劑；

②由氣體導(dǎo)入裝置I3向電解池陰極7通入氨合成氣原料氣，同時(shí)，由氣體導(dǎo)入裝置II5向電解池陽極8側(cè)通入液體燃料合成氣原料氣；所述氨合成氣原料氣是水蒸氣和空氣的混合氣；所述液體燃料合成氣原料氣是天然氣；

③在陰極7，氨合成氣原料氣中的水蒸氣在催化劑模塊I9及陰極7和陽極8之間施加的電解電壓的作用下高溫分解生成氧與氫氣，其中氧與原料氣中空氣所提供的氧氣經(jīng)電解質(zhì)2到達(dá)陽極8與液體燃料合成氣原料氣發(fā)生氧化或部分氧化反應(yīng)，生成液體燃料合成氣；未能通過電解質(zhì)2的氫氣與原料氣中空氣所 提供的氮?dú)鈩t混合成為氨合成氣。其中所述的在陰極7和陽極8之間施加的電解電壓為0.1-5.0V，所述的高溫是400℃-1000℃。

具體實(shí)施方式中，通過控制通入電解池組件中氨合成氣原料氣和液體燃料合成氣原料氣的流速以及電解電壓來調(diào)控氨合成氣的氫氮比和生成速率以及液體燃料合成氣的生成速率。

以下具體實(shí)施例為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容，不應(yīng)理解為對本發(fā)明的任何形式的限定。

系統(tǒng)實(shí)施例

同時(shí)制備氨合成氣和液體燃料合成氣的系統(tǒng)，如圖1，包括：

電解池1；

組成電解池1的電解質(zhì)2、陰極7、陽極8和集流層11；

作為氨合成氣原料氣的水蒸氣和空氣的混合氣，以及作為液體燃料合成氣原料的天然氣；

氣體導(dǎo)入裝置I3，包括：

1)氨合成氣原料氣容器：空氣和水蒸氣的預(yù)混罐；

2)連接原料氣容器和電解池的原料氣管道，預(yù)混的空氣和水蒸氣經(jīng)由此管道進(jìn)入電解池陰極7；

3)用于分別控制原料氣中水蒸氣和空氣流量的流量控制設(shè)備。

氣體導(dǎo)入裝置I5，包括：

1)液體燃料合成氣原料氣容器：儲(chǔ)存天然氣的氣罐；

2)連接原料氣容器和電解池的原料氣管道，液體燃料合成氣的原料氣天然氣經(jīng)由此管道進(jìn)入電解池陽極8；

3)用于控制天然氣流量的流量控制設(shè)備。

分別裝填于陰極7和陽極8側(cè)的催化劑模塊I9和催化劑模塊II10：催化劑模塊I9為水分解催化劑，位于電解池陰極7內(nèi)部或堆積于陰極7上，與氣體導(dǎo)入裝置I3同側(cè)設(shè)置，用以催化氨合成氣原料氣進(jìn)行水分解反應(yīng)而產(chǎn)生氫氣和氧；催化劑模塊II10為天然氣氧化或部分氧化催化劑，位于電解池陽極8內(nèi)部或堆積于陽極8上，與氣體導(dǎo)入裝置II5同側(cè)設(shè)置，用以催化經(jīng)電解質(zhì)2傳導(dǎo)的氧與 天然氣發(fā)生的氧化或部分氧化反應(yīng)；

與氣體導(dǎo)入裝置I3同側(cè)設(shè)置的用于收集氨合成氣的產(chǎn)品采集裝置I4，以及與氣體導(dǎo)入裝置II5同側(cè)設(shè)置的用于收集液體燃料合成氣的產(chǎn)品采集裝置II6。

如無特殊說明，在本發(fā)明的實(shí)施例中，分別通入氨合成氣原料氣和液體燃料合成氣原料氣后，氨合成氣原料氣在水分解催化劑及陰極7和陽極8之間施加的電解電壓的作用下，高溫分解成為氫氣和氧。其中的氧與空氣中的氧氣通過電解質(zhì)傳遞到達(dá)陽極與液體燃料合成氣原料氣甲烷發(fā)生甲烷部分氧化反應(yīng)，生成液體燃料合成氣并由產(chǎn)品采集裝置II6導(dǎo)出，經(jīng)過冷卻液化、干燥后得到液體燃料合成氣產(chǎn)品；未能通過電解質(zhì)的氫氣與氨合成氣原料氣中空氣所提供的氮?dú)鈩t混合成為氨合成氣并被產(chǎn)品采集裝置I4及時(shí)導(dǎo)出系統(tǒng)。反應(yīng)過程如附圖2所示。

本發(fā)明實(shí)施例中：

以氣相色譜(GC)檢測產(chǎn)品中各組分含量，包括陰極生成的氨合成氣中氫氣的含量x(H₂)，陽極側(cè)氧化或部分氧化后流出氣體中各個(gè)組分的含量。進(jìn)色譜前，被檢測氣體要經(jīng)過冷凝干燥以除去水蒸氣。

以皂泡流量計(jì)分別測量陰極流入的空氣流速F_air和陽極流入的天然氣流速(以下計(jì)算以主要成分甲烷計(jì))F_II5，以及兩極流出氣體經(jīng)冷卻干燥后的流速F_I4以及F_II6。并通過以下公式計(jì)算所得氨合成氣的氫氮比n(H₂/N₂)及生成速率r_I4、液體燃料合成氣的n(H₂/CO)及生成速率r_II6、甲烷轉(zhuǎn)化率和一氧化碳選擇性以及電解池的法拉第效率η：

n(H₂/N₂)＝[x(H₂)*F_I4]/[F_air*0.78] r_I4＝F_I4/S

n(H₂/CO)＝[1-x(CH₄)-x(CO)-x(CO₂)]/x(CO) r_II6＝F_II6/S

X(CH₄)＝{1-x(CH₄)/[x(CO)+x(CO₂)+x(CH₄)]}*100％

S(CO)＝x(CO)/[x(CO)+x(CO₂)]*100％

η＝{[F_I4*x(H₂)+2*F_air*0.21]*2*10^-3*N_A*e}/[V_m*I*60]

上述公式中：

S—電解池的有效面積，cm²；

x(CH₄)、x(CO)、x(CO₂)—GC所檢測的陽極流出氣體中甲烷、一氧化碳和二氧化碳的含量；

X(CH₄)、S(CO)—甲烷的轉(zhuǎn)化率和一氧化碳的選擇性，％；

N_A—阿伏加德羅常數(shù)，值為6.02*10²³/mol；

e—基本電荷，值為1.6*10^-19C；

V_m—?dú)怏w摩爾體積，標(biāo)態(tài)下值為22.4L/mol；

皂泡流量計(jì)所測得氣體流速的單位為mL min^-1；

氨合成氣和液體燃料合成氣單位面積的生成速率r的單位為mL cm^-2min^-1。

實(shí)施例1

電解池采用流延法制備的厚度為200微米的8YSZ(YSZ,購于日本東曹株式會(huì)社)致密膜為電解質(zhì)，流延法制備的50微米的多孔45wt.％NiO-YSZ(Ni-YSZ)為陰極(陰極極根據(jù)文獻(xiàn)Zhang XM，et al.Enhanced oxygen reduction activity and solid oxide fuel cell performance with a nanoparticles-loaded cathode.Nano Lett2015；15,1703-1709.報(bào)道的方法制備)，流延法制備的50微米的多孔La_0.8Sr_0.2MnO₃(LSM，粉體購于普萊克斯公司)膜為陰極，鎳網(wǎng)作為集流層。電解池陰極陽極側(cè)均裝填浸漬法制備的40wt.％Ni-YSZ(Ni-YSZ)催化劑，裝填有催化劑的電解池用銀圈于961℃密封在電解池組件中。電解池的有效面積為1cm²。

緩慢降溫至900℃后，陰極側(cè)通入100mL min^-1的H₂O和6mL min^-1的空氣的混合原料氣，在陽極側(cè)通入15mL min^-1的甲烷以制備液體燃料合成氣。在陽極和陰極之間施加1.3V的電壓進(jìn)行測試。該生產(chǎn)條件下，檢測得：生成的氨合成氣的氫氮比為2.9，此時(shí)合成氨原料氣的生成速率為18.7mL cm^-2min^-1；生成的液體燃料合成氣的氫一氧化碳比為1.95，此時(shí)液體燃料合成氣的生成速率為41mL cm^-2min^-1。甲烷轉(zhuǎn)化率和一氧化碳選擇性都大于95％，電解池的法拉第效率76％。進(jìn)行50h的穩(wěn)定性試驗(yàn)，電解池的各個(gè)性能穩(wěn)定。

實(shí)施例2

電解池采用流延法制備的厚度為350微米的YSZ致密膜為電解質(zhì)，陰極和陽極均采用復(fù)合電極，陰極為浸漬有5wt.％Rh/LSM催化劑的多孔YSZ陰極，陽極為浸漬有20wt.％Ni/LSM的多孔YSZ陽極，YSZ電極骨架的孔隙率為40％。金網(wǎng)作為集流層。電解池陰極側(cè)裝填5wt.％Rh/LSM催化劑，裝填有催化劑的電解池用銀圈于961℃密封在電解池組件中。電解池的有效面積為1 cm²。

緩慢降溫至800℃后，陰極側(cè)通入50mL min^-1的H₂O和3.7mL min^-1的空氣的混合原料氣，在陽極側(cè)通入9.8mL min^-1的甲烷以制備液體燃料合成氣。在陽極和陰極之間施加1.6V的電壓進(jìn)行測試。該生產(chǎn)條件下，檢測得：生成的氨合成氣的氫氮比為2.9，此時(shí)合成氨原料氣的生成速率為11.3mL cm^-2min^-1；生成的液體燃料合成氣的氫一氧化碳比為1.95，此時(shí)液體燃料合成氣的生成速率為28mL cm^-2min^-1。甲烷轉(zhuǎn)化率和一氧化碳選擇性都大于90％，電解池的法拉第效率86％。進(jìn)行50h的穩(wěn)定性試驗(yàn)，電解池的各個(gè)性能穩(wěn)定。

實(shí)施例3

電解池采用干壓法制備的厚度為500微米的Sm_0.2Ce_0.8O_1.9(SDC,粉體購于普萊克斯表面技術(shù)公司)致密膜為電解質(zhì)，干壓法制備的以碳粉作為造孔劑的多孔SDC作為陰極電極骨架。陰極為浸漬有5wt.％Ru/LSM催化劑的多孔SDC陰極。陽極為浸漬有5wt.％Pt/LSM催化劑的多孔Sr_0.8Co_0.8Fe_0.2O_3-δ(SCF,粉體根據(jù)文獻(xiàn)Zhu KY,et al.Enhanced performance of solid oxide fuel cells by introducing a transition layer between nanostructured cathode and electrolyte.Int J Hydrogen Energy 2015；40,501-508.報(bào)道的方法合成)陽極。鉑網(wǎng)作為集流層。電解池陽極側(cè)裝填浸漬法制備的5wt.％Ru/LSM催化劑，裝填有催化劑的電解池用銀圈于961℃密封在電解池組件中。電解池的有效面積為1cm²。

緩慢降溫至600℃后，陰極側(cè)通入20mL min^-1的H₂O和1.8mL min^-1的空氣的混合原料氣，在陽極側(cè)通入4.8mL min^-1的甲烷以制備液體燃料合成氣。在陽極和陰極之間施加1.8V的電壓進(jìn)行測試。該生產(chǎn)條件下，檢測得：生成的氨合成氣的氫氮比為2.9，此時(shí)合成氨原料氣的生成速率為5.5mL cm^-2min^-1；生成的液體燃料合成氣的氫一氧化碳比為1.95，此時(shí)液體燃料合成氣的生成速率為13mL cm^-2min^-1。甲烷轉(zhuǎn)化率和一氧化碳選擇性都大于80％，電解池的法拉第效率96％。進(jìn)行50h的穩(wěn)定性試驗(yàn)，電解池的各個(gè)性能穩(wěn)定。