本实用新型公开了一种基于相变吸收分层体系的分离罐,包括缓冲罐和分离罐;缓冲罐内部设有多个间隔设置的挡流板,挡流板使缓冲罐内部形成S形流通通道;分离罐内部自后向前依次设有分离沉降区、集液区和捕雾区,集液区底部设有贫液相排出口、富液相排出口和排污口,贫液相排出口和富液相排出口上分别设有桶型结构的贫液缓冲仓和富液缓冲仓,贫液缓冲仓桶口的高度尺寸大于富液缓冲仓桶口的高度尺寸、且贫液缓冲仓和富液缓冲仓内均设有螺旋输送机构。本实用新型能够解决传统分离罐存在的增压点来液不均、级间压力相对较大及出液口堵塞等问题以保证后续工艺流程的连续平稳运行,特别适用于基于相变吸收分层体系的CO2捕获系统。