本实用新型提供了一种轧钢退火炉的氮氢保护气分离系统，包括连续退火炉、冷却器、放散烟囱、催化脱氧器、吸附再生式干燥装置、膜分离器；连续退火炉的保护气排出口通过分支管道分别连接冷却器和放散烟囱，分支管道上设有控制阀门，冷却器的出气口与催化脱氧器的进气口相连，催化脱氧器的出气口与吸附再生式干燥装置的进气口相连，吸附再生式干燥装置的出气口与膜分离器的进气口相连，膜分离器内设有中空纤维聚砜复合膜。该实用新型将氮氢保护气经降温、除氧、干燥处理后，通过膜分离技术对氮氢保护气进行氮氢分离，得到富氢混合气可再次回收利用，从而避免了保护气直接点燃放散，大大节省了能源，降低了轧钢工序成本，促进钢铁厂节能减排。