本实用新型公开了一种含空气煤层气的液化分离设备，包括压缩净化设备、制冷设备和液化分离设备，所述液化分离设备包括第一分馏塔与换热器相连，第一分馏塔顶部具有冷凝器、底部具有蒸发器，第一分馏塔顶部出口连接有第二分馏塔，第二分馏塔顶部具有冷凝蒸发器。本实用新型含空气煤层气液化分离设备是专为含空气煤层气设计的分离液化过程，采用双级精馏设备，第一级分馏塔先分离甲烷和空气，得到纯度极高的液态煤层气，第二级分馏塔再分离空气中的氮气和其它组分，得到纯度极高的氮气；该套设备利用含空气煤层气的三组分特点而设计，分离效率高，设备简单，所得产品纯度高，适宜推广应用。