本发明涉及一种一氧化碳原料气脱氢分离提纯工艺，包括以下两个步骤：吸氢，在吸氢催化剂作用下，采用有机液体从一氧化碳原料气中吸收氢气，得吸氢液和一氧化碳处理气；其中，所述有机液体选自环己烷、四氢化萘、咔唑、乙基咔唑中的至少一种；脱氢，在脱氢催化剂作用下，对所述吸氢液进行脱氢，得脱氢液和提纯的氢气。该技术利用有机物进行吸氢与放氢，使一氧化碳处理气中氢含量低，小于等于85ppm，提纯后的氢气纯度≥98％，可回收利用。对原料气中氢气浓度不敏感，可用于处理氢气体积比不大于20％的一氧化碳原料气，有机液体循环使用。