沼气提纯就是指去除沼气中的杂质组分，使之成为甲烷含量高、热值和杂质气体组分品质符合天然气标准要求的高品质燃气。一般来说，沼气的提纯分为两部分：沼气预处理和CO₂的分离。沼气的预处理又包括了除水、除尘和脱硫处理等，我们一般所说的沼气提纯指的是第二部分，即CO₂的分离。

膜分离提纯法是利用不同气体组分在压力驱动下通过膜的渗透性作用的不同来实现的，通常情况下二氧化碳的渗透速度快，作为快气以透过气排出，甲烷的渗透速度慢，作为慢气以透余气形式获得提纯产品气。在工程中，为了提高甲烷气的浓度和提高回收率，常采用多级膜分离工艺。

气体分离膜的工作原理是让气体有选择性的透过膜的表面。气体透过薄膜的驱动力是渗透侧（中空纤维内部）分压和透过侧（中空纤维外部空间）分压之间的差异。即气体膜分离是借助气体各组分在膜中渗透速率的不同而实现的，渗透推动力是膜两侧的分压差。膜材料主要是某些聚合材料如醋酸纤维、聚酰亚胺等制作。当膜两边存在压差时，渗透率高的气体组分以很高的速率透过薄膜，形成渗透气流，渗透率低的气体则绝大部分在薄膜进气侧形成残留气流、两股气流分别引出从而达到分离的目的。通过膜组件的合理组合，可以获得不同纯度的甲烷浓度，当然，甲烷的回收率也随之变化。膜法工程设计的最重要的目的是在保证产品气指标的前提下获得最大的回收率，和降低运行成本。

膜分离技术优势：

l甲烷产率高达95%，这意味着运营商或获得最大幅度的附加值。

l提纯过程中的能源利用效率高。

l无需额外的辅助材料如水吸附剂（胺类、二醇类），因此无环境排放压力。

l流速和组份改变时容易实施控制和调整。

l当膜纯化过程结束后产品沼气已经干燥并符合进入供气网的露点要求。

l易扩展性，可用于小型工厂（10 Nm³/h)也可用于大型工厂（>1000 Nm³/h)。

l可在较短的时间间隔内启动和停止设备的运行，确保了高度的灵活性。

l可直接输入（通过输气管道）供气管网无需额外的压缩机。