本公开提供一种高效节能的氢气纯化系统及工艺方法，氢气纯化系统包括相互连通的原料气脱氧管路和再生气干燥管路；再生气干燥管路包括三路再生气干燥支路；原料气脱氧管路分布有：氢气预冷却器、脱氧器和氢气预分离器；氢气预冷却器通过其壳程的氢气出口与脱氧器的进口连通；氢气预冷却器通过其管程的进口与脱氧器的出口连通；氢气预冷却器通与氢气预分离器连通；再生气干燥支路分布有：干燥器、氢气冷却器和氢气分离器；氢气冷却器通过其壳程的氢气出口与干燥器的进口连通；氢气冷却器通过其管程的进口与干燥器的出口连通；本公开实施例利用自换热的方式，实现脱氧氢气和再生氢气的冷却、原料氢气和纯化氢气的加热及100％的氢气收率。