本实用新型涉及合成氨驰放气中原料回收技术领域，更具体地说是涉及一种合成氨驰放气中氢气和氦气的分离回收装置，包括一级脱氢单元、二级脱氢单元和控制单元，一级脱氢单元和二级脱氢单元均与控制单元连接形成控制回路，一级脱氢单元包括压缩机、一级脱氢罐、一级冷却器、一级过滤器和一级膜分离器，二级脱氢单元包括二级脱氢罐、二级冷却器、二级过滤器和二级膜分离器；大部分氢气与一氧化碳或二氧化碳或二者的混合物在一级脱氢罐中反应生成甲烷，少部分氢气在二级脱氢罐中和氧气反应生成水，二级膜分离器分离回收氦气，将合成氨驰放气尾气中的大部分氢气转化成甲烷，有效利用氢气价值，氦气回收率高。