反应历程可表示为
4CH4+O2→2C2H6 +2H2O
ΔH25℃=-177 kJ/mol
ΔH800℃＝-174.3 kJ/mol
高温下，乙烷脱氢生成乙烯：
C2H6+0.5O2→C2H4 + H2O
ΔH25℃= -105 kJ/mol
ΔH800℃＝-103.9 kJ/mol
除此之外，还有其他副反应生成CO2、CO、H2 等副产品：
CH4 + 2O2→CO2 + 2H2O
ΔH25℃=-802 kJ/mol
ΔH800℃＝-801.6 kJ/mol
但CO、H2会通过循环系统回到反应器，经过甲烷化变成甲烷。
OCM反应是高温强放热反应，加上其他副反应，整个反应所释放出来的热量会更多，因此，热量的有效释放和反应温度的有效控制相当重要。
1.2 甲烷氧化偶联反应器
OCM反应器必须满足以下条件：
(1) 在固相催化剂条件下的气相反应；
(2) 压力为1bar，温度为600～900℃；
(3) 产率大概为20％甚至更高；
(4) 高的热量移出能力（大概为34 MJ/kg乙烯）；
(5) 大规模（经济规模是100 kt/a乙烯）；
(6) 催化剂回收大概为50％或更高。
流化床反应器是比较常用的，但是它很难同时提高转化率和选择性。除此之外，还可以选择热交换反应器和氧渗透膜反应器。
热交换反应器比流化床反应器更容易保持恒定温度，且催化剂不易磨损，利用效率高，所以可得更高的转化率和选择性。
膜反应器比流化床具有更高的选择性，其产率和选择性都比固定床要高。Yang P L实验得出[2]，用镧处理过的γ-氧化铝膜反应器，在催化剂Mn-W-Na/SiO2的作用下，C2+的产率可达27.5％，接近工业所需的产率。另外膜反应器可用空气代替纯氧，节省纯氧的成本。
1.3 5A分子筛
OCM反应的机理非常复杂，而且是可逆反应，如果能够迅速有效地把产物移出，则可以提高甲烷的转化率。Jiang通过气体循环反应器－分离器（GRRS）来提高乙烯的产率[5]，即在OCM反应器后加入分子筛阱（5A分子筛），分离出C2H4、C2H6，避免产物进一步氧化。值得注意的是，5A分子筛对乙烯的吸收效果远远大于乙烷[6]。研究者采用两种反应器进行试验：一种是涂有多孔Ag或Ag－Sm2O3膜的间歇搅拌反应釜[5]，在835 ℃下反应，其C2产率可达88％，且C2H4的产率达85％；另一种是装有1％Sr/La2O3催化剂的活塞流反应器[7]。在750 ℃下，连续加入甲烷和氧气，C2H4的最高产率可达50％。
1.4 催化剂
世界40多家实验室对数百种催化剂进行筛选，大多数碱金属、碱土金属、过渡金属及稀土金属都被用于OCM反应，并做工作总结[8-9]。目前，性能较好的催化剂是SrO/La2O3[10]，BaBr2/La2O3[11]，BaCO3/LaOF[12]，BaCl2/Y2O3[13]，SrF2/Pr6O11[14]，BaF2/Y2O3 [15]，BaCO3/LaOBr[16]和Mn/Na2WO4/SiO2[17]等。其中Mn/Na2WO4/SiO2的Sc2 80%，单程收率达16％左右。
1.5 吸 收
仅通过“压强交变”可以吸收CO2，但是在OCM反应的产物中，CO2的量不多，分压不大，不利于CO2的吸收，且压力过大也会使C2H4损失在CO2。
在其他工艺，膜分离技术已经普遍应用于CO2的吸收，但是就目前的技术而言，膜的选择性太差，这样会导致C2H4、CH4和H2的损失。
一乙醇氨是传统的CO2吸收剂，但是效果没有N-甲基二乙醇氨好，所以建议最好用N-甲基二乙醇氨[18]。
Ag＋、Cu＋是传统的乙烯吸收剂，但是它们易与乙炔、CO、H2等发生不可逆反应，降低吸收能力[19]。除此之外还可以用变压吸附、深冷吸附、中冷油吸附技术和ARS技术吸附乙烯。
最后，还必须注意OCM反应器中乙烷的量，当乙烷占总量20％以上时，OCM反应会自动停止[20]。