轻烯烃是一种重要的有机化工原料，在石化领域扮演着重要角色。其中，由于汽油添加剂等领域的旺盛需求，导致原料异丁烯的需求量在与年俱增。传统来源的异丁烯资源已不能满足工业需求，资源不足的矛盾日益突出。我国异丁烷资源丰富，但是异丁烷绝大部分作为液化石油气燃料，对其深度利用还处在初级阶段。探索利用异丁烷直接脱氢制异丁烯，扩大异丁烯来源，对合理利用异丁烷资源，提高其经济价值也具有十分重要的意义。本论文在对现行异丁烷脱氢工艺及催化剂等进行文献调研基础上，通过实验筛选具有高转化率、高选择性的催化剂的载体及配方，并以此为基础，对工业反应器、流程进行设计。研究内容分为以下四个部分：第一部分主要对异丁烷脱氢制异丁烯的催化剂及工艺流程技术进展进行综合分析，深入了解了脱氢催化剂的制备、研究进展以及现有异丁烷脱氢制异丁烯各工艺流程的发展方向。第二部分确立和建立了C4烷烃脱氢实验方法、实验流程及装置，探索分析方法，采用了气相色谱分析方法。第三部分通过实验室扩大实验，确定了制备催化剂的有效载体、催化剂活性组分的有效配比、适宜的反应温度、压力以及床层高度等工艺条件。实验表明在同样负载条件下，三叶草型碱性氧化铝材料作载体，催化剂活性优于其它形状的载体，且具有较好的热稳定性。同时，用碱性溶液处理过载体材料对脱氢反应有明显促进作用。另外，其它活性组分如金属锰、锡的添加对抑制催化剂的结炭也有一定的作用。最后，利用相同催化剂对正丁烷的脱氢效果进行了初步试探。实验还研究了不同再生介质对催化剂再生性能的影响，摸索了再生介质和再生温度等条件。实验发现利用空气、水蒸汽协同对催化剂进行重复再生，催化剂的反应活性可基本恢复初始活性，并能有效控制催化剂床层的温度，且再生过程易于操作。第四部分对实验数据进行了整理分析，确立了初步设计工艺条件。依据优化的实验数据和相关设计资料，对实验未来的工业放大进行了反应器和流程的初步设计计算，给出了相应的设备条件参数及初步工艺流程。