本发明属于天然气杂质处理技术领域，提供一种二级天然气气液分离装置，包括超音速分离器以及气液分离罐；所述超音速分离器由一端到另一端依次设有进气口、湿气出口以及干气出口；所述气液分离罐由下到上依次设有出水口、湿气入口、干气入口以及出气口；天然气从第一管道中流进，所述第一管道分为与进气口相连的第一气路以及与湿气入口相连的第二气路；所述第一气路上设有第一阀门，所述第二气路上设有第二阀门。本发明通过将气路进行优化，可以让天然气进行干湿气分离，并对湿气进行多步处理后与干气汇聚，最后进行简单的过滤即可排出，由此可以减少堵塞的风险以及减少滤材的损耗，从而降低成本。