本发明提供了一种流化床反应装置及其应用，所述流化床反应装置包括流化床反应器，流化床反应器的顶部设置有催化剂进口与产品气出口，底部设置有催化剂出口与原料气进口；沿轴向方向，所述流化床反应器内设置有至少2层流化床；每层流化床的底部设置有孔板；相邻两层流化床之间设置有溢流管。本发明通过对流化床反应装置的结构进行改进，减少了气体返混，有效稳定流化状态，避免不稳定流化床状态引起的产物组成不稳定；应用于甲烷氧化偶联反应，氧气分级进入流化床反应器，避免甲烷的深度氧化，在保证甲烷转化率的前提下提高C2+的选择性；流化床反应器可根据处理气量，调节催化剂用量和换热介质的流速，抗负荷变动的能力强。