本实用新型公开了基于高效板翅式换热器的氢气和轻烃深冷分离装置及方法，包括深冷分离冷箱（Ⅰ）、膨胀单元（Ⅱ）和泵加压单元（Ⅲ）。深冷分离冷箱包括用于换热的三个板翅式换热器（E1、E2、E3）、用于分离富氢气和液体轻烃的第一分离罐（D1）及连接管道、用于分离富氢气和液体轻烃的第二分离器（D2）及连接管道、用于收集液体产品的液体产品收集罐（D3）。膨胀单元包括用于高压富氢气膨胀的第一膨胀机（K1）、用于低压富氢气膨胀的第二膨胀机（K2）。本实用新型能够实现轻烃回收率达到99.96%，富氢气产品中的总烯烃含量小于1000ppm，氢气含量大于94%，装置占地少，能耗低，适用于分离低碳烷烃脱氢产物的深冷分离装置。