本发明公开了一种等离子体分解煤层气反应制氢和纳米碳材料的装置和方法。该装置包括等离子体反应装置、氢气提纯装置、高纯氢存储罐；所述等离子体反应装置的出气口与氢气提纯装置的进气口连接；所述氢气提纯装置的高纯氢气出气口与高纯氢存储罐的进气口连接；氢气提纯装置的尾气出气口与等离子体反应装置的进气口连接；等离子体反应装置包括等离子体激发源、真空反应腔体、接料盘；所述真空反应腔体设置有进气口和出气口，接料盘放置于真空反应腔体底部；所述等离子体反应装置的等离子体激发源是热灯丝、直流等离子体喷射电弧、微波电磁场中的任意一个。本发明装置反应可控性强，产品灵活多样，产品纯度和附加值高，零排放，无污染。