本发明属于烟气净化相关技术领域，并具体公开了一种富氧烟气制碳氢燃料协同脱硫的光催化反应器及方法。其中，待处理气体中的二氧化硫气体在第一反应器中被转化为亚硫酸根离子，第一反应器与第二反应器之间，第二反应器与第三反应器之间均设置有离子交换通道，用于彼此交换反应器中的离子保持电荷平衡和质量平衡，第一反应器和第二反应器之间的离子通道中设置有离子交换膜，亚硫酸根离子通过该离子交换膜进入第二反应器中，并在第二反应器中进行光催化反应被氧化为硫酸根离子实现脱硫；待处理气体中的二氧化碳气体进入第三反应器中进行光催化还原为碳氢化合物，实现二氧化碳的处理。通过本发明，实现制备碳氢燃料和脱硫的同时进行，处理效率高。