本发明涉及甲醇重整制氢和燃料电池技术领域，具体来说是集甲醇重整制氢、氢气净化和燃料电池发电于一体的能量转换装置及使用方法，该装置高度集成了甲醇催化燃烧供热、甲醇水蒸汽重整制氢、CO甲烷化去除、CO2膜吸收、低温氢燃料电池发电五条技术路径，通过片层式功能化反应腔体结构设计，实现了多个装置的系统化集成和气路布置，并通过甲醇催化燃烧和重整两条路径的逆向设置完成了两次余热回收利用。本发明通过对合成气中CO的甲烷化去除得到CO浓度低于10ppm的富氢气体，经过膜吸收技术深度去除CO2后得到高纯氢气，高纯氢气经换热后直接用于质子交换膜燃料电池堆发电。装置结构紧凑，实现了自热供热和高效的能量转换。