本发明公开了一种将二氧化碳及水蒸气混合气直接转化为富含甲烷的气体的管式结构及其制备方法和应用，其特征在于：该管式结构为一体式结构，分为高温固体氧化物电解池单元和低温甲烷化催化反应器单元；管式结构是以管状的多孔陶瓷燃料极为支撑体，在燃料极的外表面覆盖有致密电解质层；在电解质层位于高温固体氧化物电解池单元处的外表面涂覆有多孔陶瓷空气极；在燃料极分布有甲烷化催化剂和电解催化剂。本发明可以一个体系中完成高温二氧化碳和水蒸气共电解和低温甲烷化催化两个过程；其中高温固体氧化物电解池单元可以提高二氧化碳和水蒸气的转化率和电解效率，低温甲烷化单元可以二氧化碳及一氧化碳的转化率，即提高甲烷的产率。
