本发明涉及甲醇制氢二氧化碳回收技术领域，尤其涉及一种甲醇制氢二氧化碳回收装置及其回收方法。甲醇制氢二氧化碳回收装置包括沿富碳气流动方向依次连接的压缩单元、干燥单元和提纯单元；提纯单元包括预精馏塔和主精馏塔，两个再沸器分别与预精馏塔和主精馏塔的塔釜连接，预精馏塔的塔釜连接上游的余冷回收器，塔顶依次连接下游的冷凝器和所述主精馏塔，主精馏塔的塔顶连接余冷回收器，塔底分别连接回流泵和过冷器，回流泵连接预精馏塔塔顶，过冷器连接二氧化碳储运装置。本发明通过压缩、干燥、梯度精馏等多工序相配合，对二氧化碳进行连续高效的物理提纯回收，生产成本低，能够获得高纯度工业级二氧化碳。