本发明公开了一种LNG冷能梯级利用装置和方法，所述LNG冷能梯级利用装置包括第一换热单元、第二换热单元、第三换热单元、第四换热单元、空气分离单元以及烟气分离单元，通过所述LNG冷能梯级利用装置和方法开发出了能够同时进行空气分离、烟气分离以及LNG冷能发电的LNG冷能多级利用方式，增加了LNG冷能利用方式的多样性，也增加了LNG输出产品的多样性，进而提高了LNG冷能的利用率。此外，所述LNG冷能梯级利用装置和方法能够处理烟气，变废为宝，减小环境污染，且工艺能耗低，进一步降低了工艺流程成本，具有可观的社会效益和经济效益。