本发明属于石油化工生产领域，具体地，涉及一种乙烷氧化脱氢制乙烯的装置及方法。乙烷氧化脱氢制乙烯的装置包括主反应管，主反应管的侧面设有1～8根支管，催化剂填装于主反应管内形成催化剂床层，催化剂床层的侧面覆盖所有支管的出口；氧气气源、乙烷气源、惰性气体气源合并成一路流入主反应管进气口；氧气气源通过氧气支管截止阀后、乙烷气源通过乙烷支管截止阀后合并成一路流向多个支管。乙烷氧化脱氢制乙烯的方法，包括以下步骤：填装催化剂、控制主管道的工艺参数、控制支管道的工艺参数。本发明可在催化剂床层中提供多个节点调节氧气和乙烷的流速之比，乙烯产率得到明显的提高，可高达18％；同时可降低催化剂的结碳速率、延长其使用周期。