早期使用的反应炉结构比较简单，通常是钢制外壳内衬耐火材料的圆筒形结构。通过反应炉上游端的喷燃器，进人空气和喷入原料油，在反应炉中，一部分原料油和空气燃烧产生热能，使另部分原料油裂解生成炭黑。这种炉型原料油的雾化状况和热能利用不够好，工艺调节手段较少，因此能够生产的品种较少，原料油的消耗较高。
从20世纪70年代开始，开发和应用了新工艺炭黑反应炉。
新工艺炭黑反应炉可分为燃烧段、喉管段、反应段、急冷段、停留段5个具有不同功能的区段。
①燃烧段的功能是使燃料油(气)和预热过的过程空气在此段内，充分混合并完全燃烧，形成高温和高动能的燃烧气流进入喉管段。
②喉管段位于燃烧段下游。在喉管段，预热过的原料油，通过轴向或径向雾化喷嘴，喷到高温高动能的燃烧气流中，在气流中原料油的雾滴被迅速和气流混合、分散、气化，并开始裂解脱氢生成核心。
由于在喉管段生成的核心浓度很高，会使产品炭黑的结构偏高，因此在燃烧段的上游端喷人添加剂以降低产品炭黑的结构。
③反应段位于喉管段的下游。在反应段，继续并基本完成炭黑的核心生成、增长和聚集体的生成、增长。
反应段的气流温度决定了产品炭黑的粒径大小，反应气流温度较高时，原料烃裂解速度较快，生成的核心较多，粒径较小，反之亦然。
④急冷段位于反应段的下游，在急冷段，喷人急冷水，以迅速降低烟气温度，终止反应。
⑤停留段位于急冷段的下游。烟气在此段停留一段时间，使喷人烟气中的急冷水能充分气化。
炭黑反应炉燃烧段和喉管段接触高温气流的一层，通常使用高纯刚玉和铬刚玉质耐火材料。但是工作温度一般只能达到1900℃。为此也有采用带有冷却设施的全金属结构燃烧段和喉管段，工作温度可以达到2100℃甚至更高。
