本发明公开了一种多辉光放电煤层气分解制氢装置和方法，属于氢气制备领域。所述装置包括多辉光放电反应装置、H2提纯仪和纯H2存储罐；本发明还公开了利用上述装置制氢的方法：脱硫后的煤层气在多辉光放电反应装置中离解为H原子和含碳活性基团(‑CH3、‑C2H2、‑CH等)，在空心阴极的作用下H原子与各基团碰撞反应形成H2和碳材料；反应生成的H2提纯得到高纯H2，而H2提纯后的尾气循环反应直至所含甲烷全部转化；生成的碳材料沉积到置于多辉光放电装置底部的接料盘中。本发明利用多层辉光分解煤层气制备氢气和碳材料，装置简单、产品附加值高，零排放，无污染。