本发明提供了一种基于二氧化碳水合物法的分层式海水淡化装置，属于水合物应用技术领域。水合物反应器内部合理布置多孔介质，水合物生成条件为气过饱和，分解条件主要是降压分解，智能排水部分根据流量和盐度自动调节阀门开度和流向。本发明实现二氧化碳的循环使用，满足大规模资源化利用二氧化碳的需要；采用两级换热器预冷，减少冷量损耗，提高能量利用率；水合物生成过程通过气体鼓泡法提高反应速率，恒压进气保证较高水合物产量；排放物为常温浓缩后海水，对环境无污染；淡水自动检测分离，各部分间歇式周期性工作，优化运行成本，实现大规模连续生产。系统结构合理，功能集中紧凑，满足工业生产要求，运行过程稳定可靠，成本低廉，节能环保。