CO₂加氢转化对解决全球温室效应和能源危机具有重要意义。传统的CO₂加氢过程,需要过量的氢气参与反应,而且气相传质及活化阻力大,需要较高的反应条件和结构复杂的催化剂才能实现。电化学氢泵反应器（EHPR）可以在阴极侧形成原位吸附氢,实现常温常压下的操作,同时获得较快的反应速率而具有独特的优势。电化学氢泵还是高选择性的H₂分离装置。由于电化学氢泵中质子交换膜的阻隔作用使阴、阳两极电化学过程相对独立而又相互耦合,形成了独特、高效的多过程集成耦合强化装置。自然界中不存在游离氢,CO₂催化加氢所需氢源可以是水或者纯H₂,水廉价易得,但水电解制氢能耗高。CO₂加氢所需的H₂约80%来含氢化石气体,需要提纯制备纯H₂。本文先提出H₂/CO₂分离与CO₂加氢耦合设计,选用H₂/CO₂作为阳极氢源,可以回收利用含氢尾气中的氢资源,提高反应的经济性。H₂/CO₂分离与CO₂加氢耦合流程与传统进料相比,这两种流程的阳极均采用H₂/CO₂作为原料气,一种阴极采纯CO₂作为原料气（纯气进料）,另一种采用与阳极组分相同H₂/CO₂作为原料气（混气进料）。探究了操作参数对两种耦合流程的影响,同时发现阴极混入H₂对CO₂加氢表现出促进作用,并提出超过电压阈值时阴极氢气解离吸附参与加氢的强化加氢机理,并设计实验验证该机理。通过极化实验研究了整个反应过程的速率控制步骤。但是常规的两股气进料模式会造成原料气是浪费,利用H₂/CO₂既作为阳极氢源又作为阴极CO₂源,提出H₂/CO₂分离与CO₂加氢自耦合设计,最大限度利用含氢CO₂石化尾气。在电化学氢泵阳极将H₂/CO₂混合气体高选择性地可控解离为H⁺,同时使阳极出口气中CO₂富集后进入阴极,作为加氢反应物。针对自耦合设计中的关键参数开展研究工作,确定适宜的阳极流量、阳极氢含量、阴极流量、电流密度等操作条件。同时将自耦合与另外两种操作方式对比,考察了自耦合的优势所在。自耦合设计实现了同一股H₂/CO₂原料气的氢分离与CO₂加氢在同一反应器中进行,不仅强化了分离和反应,简化了流程和装置,而且显著降低物耗。与常规纯CO₂、纯H₂分别在阴、阳极进料流程相比,H₂/CO₂原料气中的H₂利用率和CO₂转化率分别提高6.8及1.7倍,装置能量效率提高4.8倍。这种自耦合设计,也为回收利用氢化石气体中的H₂和CO₂提供了一种新思路。