本发明公开了一种用于气体分离的水合物膜装置及方法。该套气体分离装置可用于对CH-4/H-2、CH-4/CO-2、CH-4/N-2、CO-2/N-2等混合气体的分离。所述方法是将制备的水合物膜管组装到水合物膜分离器中,通入低温混合气到水合物膜分离器中进行气体分离。在分离过程中,该法根据分子尺寸大小和相平衡条件对混合气体进行分离。本发明的优点是,气体分离效率高,可实现气体连续分离,相较于水合物法分离,其在缩短分离时间的同时提高分离选择性。