Kilang minyak (bahasa Inggris: oil refinerycode: en is deprecated ) adalah pabrik/fasilitas industri yang mengolah minyak mentah menjadi produk petroleum yang bisa langsung digunakan maupun produk-produk lain yang menjadi bahan baku bagi industri petrokimia. Produk-produk utama yang dihasilkan dari kilang minyak antara lain: minyak nafta, bensin (gasoline), bahan bakar diesel, minyak tanah (kerosene), dan elpiji.^[1][2] Kilang minyak merupakan fasilitas industri yang sangat kompleks dengan berbagai jenis peralatan proses dan fasilitas pendukungnya. Selain itu, pembangunannya juga membutuhkan biaya yang sangat besar. Kilang minyak merupakan salah satu bagian downstream paling penting pada industri minyak bumi.

Minyak mentah yang baru dipompakan ke luar dari tanah dan belum diproses umumnya tidak begitu bermanfaat. Agar dapat dimanfaatkan secara optimal, minyak mentah tersebut harus diproses terlebih dahulu di dalam kilang minyak.

Minyak mentah merupakan campuran yang amat kompleks yang tersusun dari berbagai senyawa hidrokarbon. Di dalam kilang minyak tersebut, minyak mentah akan mengalami sejumlah proses yang akan memurnikan dan mengubah struktur dan komposisinya sehingga diperoleh produk yang bermanfaat.

Secara garis besar, proses yang berlangsung di dalam kilang minyak dapat digolongkan menjadi 5 bagian, yaitu:

• Proses distilasi, yaitu proses penyulingan berdasarkan perbedaan titik didih; Proses ini berlangsung di kolom distilasi atmosferik dan Kolom Destilasi Vakum.
• Proses konversi, yaitu proses untuk mengubah ukuran dan struktur senyawa hidrokarbon. Termasuk dalam proses ini adalah:

• Dekomposisi dengan cara perengkahan termal dan katalis (thermal and catalytic cracking)
• Unifikasi melalui proses alkilasi dan polimerisasi
• Alterasi melalui proses isomerisasi dan catalytic reforming

• Proses pengolahan (treatment). Proses ini dimaksudkan untuk menyiapkan fraksi-fraksi hidrokarbon untuk diolah lebih lanjut, juga untuk diolah menjadi produk akhir.
• Formulasi dan pencampuran (blending), yaitu proses pencampuran fraksi-fraksi hidrokarbon dan penambahan bahan aditif untuk mendapatkan produk akhir dengan spesikasi tertentu.
• Proses-proses lainnya, antara lain meliputi: pengolahan limbah, proses penghilangan air asin (sour-water stripping), proses pemerolehan kembali sulfur (sulphur recovery), proses pemanasan, proses pendinginan, proses pembuatan hidrogen, dan proses-proses pendukung lainnya.

Tahap awal proses pengilangan berupa proses distilasi (penyulingan) yang berlangsung di dalam Kolom Distilasi Atmosferik dan Kolom Distilasi Vacuum. Di kedua unit proses ini minyak mentah disuling menjadi fraksi-fraksinya, yaitu gas, distilat ringan (seperti minyak bensin), distilat menengah (seperti minyak tanah, minyak solar), minyak bakar (gas oil), dan residu. Pemisahan fraksi tersebut didasarkan pada titik didihnya.

Kolom distilasi berupa bejana tekan silindris yang tinggi (sekitar 40 m) dan di dalamnya terdapat tray-tray yang berfungsi memisahkan dan mengumpulkan fluida panas yang menguap ke atas. Fraksi hidrokarbon berat mengumpul di bagian bawah kolom, sementara fraksi-fraksi yang lebih ringan akan mengumpul di bagian-bagian kolom yang lebih atas.

Fraksi-fraksi hidrokarbon yang diperoleh dari kolom distilasi ini akan diproses lebih lanjut di unit-unit proses yang lain, seperti: Fluid Catalytic Cracker, dan lain-lain.

Produk-produk utama kilang minyak adalah:

• Minyak bensin (gasoline). Minyak bensin merupakan produk terpenting dan terbesar dari kilang minyak.
• Minyak tanah (kerosene)
• LPG (Liquified Petroleum Gas)
• Minyak distilat (distillate fuel)
• Minyak residu (residual fuel)
• Kokas (coke) dan aspal
• Bahan-bahan kimia pelarut (solvent)
• Bahan baku petrokimia
• Minyak pelumas

Di Indonesia terdapat sejumlah kilang minyak, antara lain:

• Pertamina Unit Pengolahan II Dumai/Sei Pakning, Riau (Kapasitas Kilang Dumai 127 ribu barel/hari, Kilang Sei Pakning 50 ribu barel/hari)
• PT Kilang Pertamina Internasional RU III Plaju, Sumatera Selatan (Kapasitas 127 ribu barel/hari)
• Pertamina Unit Pengolahan IV Cilacap, Jawa Tengah (Kapasitas 348 ribu barel/hari)
• Pertamina Unit Pengolahan V Balikpapan, Kalimantan Timur (Kapasitas 360 ribu barel/hari)
• Pertamina Unit Pengolahan VI Balongan, Jawa Barat (Kapasitas 125 ribu barel/hari)
• Pertamina Unit Pengolahan VII Sorong, Papua Barat (Kapasitas 10 ribu barel/hari)

Semua kilang minyak di atas dioperasikan oleh Pertamina.

• Lifting cost

• Petroleum Refining Processes, Informasi teknis mengenai proses pengilangan
• Jelajahi Petroleum Diarsipkan 2005-03-15 di Wayback Machine., situs pendidikan dari Inggris
• A billion barrels ago..., cerita di kilang Ras Tanura
• Informasi teknis mengenai unit-unit proses di situs UOP Diarsipkan 2006-08-08 di Wayback Machine.