本发明涉及催化领域，公开了甲烷氧化偶联反应器及其应用，该甲烷氧化偶联反应器包括：内层壁，内层壁设置有第一开孔；中层壁，中层壁保持间隔地套设在内层壁外，并且内层壁和中层壁活动连接使得所述内层壁与所述中层壁形成的腔体的体积能够调节，中层壁设置有第二开孔；外层壁，外层壁保持间隔地套设在中层壁外；其中，内层壁和中层壁的开孔率相同或不同且均不小于60％；内层壁和中层壁的材质均为因康镍；任选地，反应器还包括装填于内层壁和中层壁之间的催化剂，催化剂的催化反应温度为450‑700℃。该反应器适于低温反应，并且能够避免副反应的发生，提高反应的转化率，提高反应产物的收率和选择性。