本发明公开了一种换热器、丁烯氧化脱氢装置和丁烯氧化脱氢制备丁二烯的方法。换热器包括壳体，在所述壳体表面的热物流进口、热物流出口、气相冷物流进口、液相冷物流进口、冷物流出口，以及在所述壳体内部的换热管和壳层空间；在所述壳体内，热物流、气相冷物流和液相冷物流进行换热；所述壳体包括连通的水平放置的圆柱体以及在所述圆柱体上方的矩形。该换热器在进行气液两相换热时，能够实现气液两相的均匀分布，具有较好的换热效果。采用该换热器进行丁烯氧化脱氢制备丁二烯，具有系统能耗低，蒸汽用量小，对反应系统无影响，设备投资低，控制简便的优点。