本发明公开了一种实现天然气净化厂热能梯级综合利用的工艺，锅炉来的蒸汽作为Ⅰ效的热源，Ⅰ效蒸发出的二次蒸汽作为Ⅱ效的热源，Ⅱ效蒸发出的二次蒸汽作为Ⅲ效的热源，依此类推，能量梯级利用；锅炉给热单元产生的高品位蒸汽进入天然气净化单元，产生的高温冷凝水排到蒸发结晶单元的浓盐水综合处理单元对需处理的浓盐水进行预热；同时天然气净化单元产生的高温贫胺液排到蒸发结晶单元的浓盐水综合处理单元对需处理的浓盐水进行预热，贫胺液降温后返回天然气净化单元。本发明的积极效果是：由于利用了锅炉给热单元和天然气净化单元的余热，蒸发结晶单元只需要消耗少量的高品位的热能，就能实现天然气净化厂污水零排放，节能效果明显。