本发明公开了一种提高炼油厂苯乙烯脱氢尾气中氢气回收率的系统及方法，属于炼油厂氢回收技术领域。其技术方案为：包括炼油厂用的制氢变压吸附单元和高纯氢变压吸附单元，制氢变压吸附单元设置有制氢变换气进口、苯乙烯脱氢尾气进口、解吸气出口和工业氢出口，苯乙烯脱氢尾气进口连接有压缩机，解吸气出口连接有燃料气管网，工业氢出口连接有工业氢出气管和工业氢传输管；所述高纯氢变压吸附单元设置有进气口、解吸气出口和高纯氢出口，高纯氢变压吸附单元的进气口与工业氢传输管连接，高纯氢变压吸附单元的解吸气出口与压缩机的进气口连接。本发明实现耦合梯级回收，达到双高的目的，生产出氢能产业所需的氢燃料电池用高品质氢气。