一种甲烷等离子体裂解制备纳米碳的装置及方法，属于纳米碳的制备技术领域。所述装置包括依次管道连接的原料气进气管、混合管式换热器、等离子体反应器、高温管式换热器、颗粒捕集器和燃烧室。本发明将甲烷和背景气体在混合管式换热器中混合加热，之后通入等离子体反应器中，被电离形成高温等离子体射流，此时的甲烷成分在高温下被脱氢形成纳米碳颗粒，在换热降温后废气通过静电颗粒捕集器和袋式捕集器获得纳米碳。最后脱除颗粒后的废气进入燃烧室充分燃烧，燃烧烟气通入混合管式换热器利用其热量。此反应器中两级换热器为充分利用热量而设置，提高能量利用效率，减小能耗。能够避免有害气体排放，具有纳米碳收率高以及分解效率高等优点。