早期使用的反應爐結構比較簡單，通常是鋼制外殼內襯耐火材料的圓筒形結構。通過反應爐上游端的噴燃器，進人空氣和噴入原料油，在反應爐中，一部分原料油和空氣燃燒產生熱能，使另部分原料油裂解生成炭黑。這種爐型原料油的霧化狀況和熱能利用不夠好，工藝調節手段較少，因此能夠生產的品種較少，原料油的消耗較高。
從20世紀70年代開始，開發和應用了新工藝炭黑反應爐。
新工藝炭黑反應爐可分為燃燒段、喉管段、反應段、急冷段、停留段5個具有不同功能的區段。
①燃燒段的功能是使燃料油(氣)和預熱過的過程空氣在此段內，充分混合并完全燃燒，形成高溫和高動能的燃燒氣流進入喉管段。
②喉管段位于燃燒段下游。在喉管段，預熱過的原料油，通過軸向或徑向霧化噴嘴，噴到高溫高動能的燃燒氣流中，在氣流中原料油的霧滴被迅速和氣流混合、分散、氣化，并開始裂解脫氫生成核心。
由于在喉管段生成的核心濃度很高，會使產品炭黑的結構偏高，因此在燃燒段的上游端噴人添加劑以降低產品炭黑的結構。
③反應段位于喉管段的下游。在反應段，繼續并基本完成炭黑的核心生成、增長和聚集體的生成、增長。
反應段的氣流溫度決定了產品炭黑的粒徑大小，反應氣流溫度較高時，原料烴裂解速度較快，生成的核心較多，粒徑較小，反之亦然。
④急冷段位于反應段的下游，在急冷段，噴人急冷水，以迅速降低煙氣溫度，終止反應。
⑤停留段位于急冷段的下游。煙氣在此段停留一段時間，使噴人煙氣中的急冷水能充分氣化。
炭黑反應爐燃燒段和喉管段接觸高溫氣流的一層，通常使用高純剛玉和鉻剛玉質耐火材料。但是工作溫度一般只能達到1900℃。為此也有采用帶有冷卻設施的全金屬結構燃燒段和喉管段，工作溫度可以達到2100℃甚至更高。
