本发明涉及一种耦合式烷烃催化脱氢反应产物的分离方法和装置，将烷烃脱氢反应器出口的产品气输入冷箱系统，得到冷却后产品；将冷却后产品输入N级串联的气液分离罐进行气液分离，之后将第1～N‑1级得到的气相产品重新输入冷箱系统；将1～N级得到的液相产品收集后复热送出界区，之后通过分离塔实现液相产品不同碳数产物的分离；将第N级分离罐罐顶得到的循环气与新鲜丙烷按预设的氢/烃比经M级混合并在冷箱系统中经节流蒸发，向冷箱系统提供冷量；将脱乙烷塔塔顶尾气引入冷箱系统，向冷箱系统提供冷量；冷箱系统的冷量还来自外部制冷循环系统。本发明可降低分离能耗，减少产品损失，工艺流程简单、环保、设备紧凑、开/停车方便快捷。