本发明涉及海水淡化及二氧化碳气体分离技术领域，特别是海水淡化与二氧化碳气体分离系统及分离方法。包括气体水合物合成反应釜、高盐度海水缓冲釜、淡化水与二氧化碳气体收集釜，气体水合物合成反应釜位于淡化水与二氧化碳气体收集釜的正上方，气体水合物合成反应釜与淡化水与二氧化碳气体收集釜之间设有耐压球阀，气体水合物合成反应釜的下部外侧固定设有高盐度海水缓冲釜，气体水合物合成反应釜和高盐度海水缓冲釜之间设有开关阀门，开关阀门设置在气体水合物合成反应釜的侧壁上，开关阀门的外侧设有透水滤网。其不仅实现从混合气体中的二氧化碳气体的分离和收集，而且实现了海水的淡化，通过控制进气量和过饱和水量，提高了海水的淡化效果。