本发明公开了一种水下热分解高效分离除砂回填装置，由沉降排砂仓、水力旋流分离器组以及水合物气化分解室组成。沉降排砂仓设置排砂板阀，沉降排砂仓的上方为水力旋流分离器组；旋流分离器组安装在沉降排砂仓上方，主要由多个周相排列的旋流分离器组成，旋流分离器组中间为水合物上升管；水合物气化分解室安装在水力旋流分离器组上方，其内部设置有水合物热分解装置。本发明可实现天然气水合物混合浆液的加热分解、高效分离与净化，设置在天然气水合物开采海水段管柱中段位置，分离后的无污染泥砂直接排海回填。该发明具有临井天然气水合物浆液批量化集中处理能力，可有效提高天然气水合物采收效率，并减少整体开采成本，降低整体作业风险。