本发明提供了一种甲苯甲醇烷基化生产对二甲苯的反应装置及其反应方法，所述反应装置包括设有至少3个反应段的固定床反应器；所述反应方法包括以下步骤：将甲苯与部分甲醇混合后从固定床反应器顶端进行第一段气相进料，同时，将剩余甲醇从固定床反应器的侧壁进行至少2段气相进料，所述第一段的甲醇进料量随反应时间逐步减少，但保证总的甲醇进料量不变；反应后得到对二甲苯；所述反应方法通过甲醇分段气相进料并随反应时间调节进料量以及分段通入冷却物质，提高了甲苯转化率以及二甲苯的选择性，具有较好的工业应用前景。