本发明涉及催化领域，公开了反应器及其在甲烷氧化偶联制备碳二烃中的应用，该反应器包括反应腔体和填充在所述反应腔体内的催化剂，其中，所述反应腔体的材质为氧化铝，且所述反应腔体的内表面的粗糙度为0.5‑1微米；所述催化剂包括载体和负载在所述载体上的活性组分，其中，所述载体为CaO、MgO和BaO中的至少一种；所述活性组分为碱金属的氧化物。该反应器的机械强度高，并且耐高温、耐摔、稳定性好，将该反应器用于甲烷氧化偶联反应，原料转化率高，副反应少，碳二烃的选择性和收率高，易于大规模生产应用。