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：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内层壁与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50％；内层壁和中层壁的材质相同或不同且各自独立地选自石英、氧化铝和陶瓷中的至少一种。该反应器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，易于工业化应用。