本发明属于沼气净化技术领域，涉及一种沼气净化提纯碳捕集利用装置，包括沼气净化单元与沼气提纯单元，沼气净化单元包括沼气压缩机与沼气净化装置，沼气压缩机的出口与沼气净化装置的进口连接，沼气提纯单元包括一级膜组，还包括：沼气汇集管，第一进口与沼气净化装置的第二出口连接，沼气汇集管的第二进口与一级膜组的第一出口连接，沼气汇集管用于储存来自沼气净化装置与一级膜组产生的废气，沼气汇集管的出口与沼气压缩机的进口连接。本发明通过将沼气净化装置与一级膜组产生的废气通过沼气汇集管进入沼气压缩机再次进行循环，避免沼气中甲烷气体的流失，提高沼气的利用率，从而避免对资源造成浪费，同时也保护了生态环境。