本发明公开了一种同时脱除异戊烷油中水分、羧酸和烯烃的装置及方法，包括通过管路连接的干燥单元和催化反应单元；所述的干燥单元包括两个并联的干燥器，所述的干燥器内装填有分子筛干燥剂；所述的催化反应单元中按照异戊烷油原料的流动方向分别装填催化剂A和催化剂B，所述的催化剂A为MgO、CaO及ZnO的一种或两种组合；所述的催化剂B为经磷钨酸和硝酸盐的混合溶液处理的Y分子筛催化剂。本发明采用双干燥器切换、两种固体催化剂组合装填的方法用于异戊烷油中脱除微量水分、微量羧酸和微量烯烃，可发生协同脱除作用，具有催化剂活性高、稳定性好、使用寿命长且环境友好等优点。