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炼油厂 (Oil refinery) 是一个处理提炼石油的工厂，将原油精炼过后分为许多各有用途的石油产物，例如汽油、柴油等燃料和化工产品。炼油厂中根据不同的油品有不同的装置进行加工，其中有蒸馏装置，催化装置，重整装置，加氢裂化装置等。蒸馏装置中，蒸馏塔是装置中重要的一种塔，形式可以是板式塔与填料式塔，主要作用是将经过预热并脱盐的原油，利用沸点的差异以及蒸馏塔底部较高温的特点将物质分离。
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石油通过管道或油轮运到炼油厂。在那里，用分馏法将其分离成具有相近沸点的产品之混合物。这些混合物被进一步处理后，生产出一系列燃料和大量的化学工业原材料。
石油产品通常被分为三类：轻馏分油（液化石油气、汽油、石脑油），中间馏分油（煤油、柴油），重馏分油与渣油（重燃料油、润滑油、蜡、沥青）。这种分类是根据蒸馏原油的制程。
炼油厂也生产许多中层产品，如氢、轻质碳氢化合物、重整油、高温裂解油。这些产品通常不经长途运输，而是直接当场进一步处理，因此化学厂时常设在炼油厂旁。例如：轻质碳氢化合物在乙烯厂蒸汽裂解，将产出的乙烯聚化产生聚乙烯。
炼油厂按主要炼油产品可分为：
2016年数据显示世界第一炼油大国是美国共有炼厂121座，总炼油能力达到9.05亿吨/年，以满足其庞大的汽车和航空市场每日需求，排名第二的是中国以49座炼厂、4.15亿吨/年产量，但此统计不包含中国众多的民营地方炼油企业，其地方炼油产能未有公开调查数据。[1]后八名是俄罗斯、印度、日本、韩国、沙乌地阿拉伯、德国、义大利和伊朗，构成世界炼油前十强。
炼油厂单厂平均装机密度最高的是新加坡和韩国，新加坡仅有三座厂但平均每座有2240万吨/年，[2]韩国仅有五座厂但每座平均达到2959万吨/年，军事专家认为高单厂量的密集产业政策有战略风险，因为只要一座厂被攻击就会导致全国炼油能力下降一大比例，例如沙特2019年9月一座炼油厂被胡赛武装攻击造成全球油价波动，然而沙特还并不算是高单厂量的规划国家。[3]
中东地区最大炼油厂也是世界最大单一炼油厂为2019年10月完工的一带一路专案中该年最大项目-科威特巨型炼油厂，中国石化承建比工期提前40天交付工期共三年，有六套重型炼油设备，[4]成为中东最大炼油厂，能让科威特每年增产3150万吨石油。[5]之前的中东最大炼油厂是沙特阿美石油公司旗下的布盖格炼油厂。
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