Lựa chọn công nghệ chưng cất dầu (lọc dầu), dầu gốc phải đáp ứng chủng loại sản phẩm từ nguồn nguyên liệu xác định với chỉ số kinh tế cao nhất. Trước đây người ta sử dụng hệ thống chế biến dầu sơ cấp công nghiệp đơn giản, đó là công nghệ chưng cất khí quyển (AR). Từ dầu thô không ổn định nhận được các sản phẩm sáng như xăng (nhiệt độ sôi 62 ÷ 130oC), kerosen (dầu hỏa) (nhiệt độ sôi 140 ÷ 210oC), nhiên liệu diesel (nhiệt độ sôi 210 ÷ 340oC). Sau chưng cất khí quyển còn lại cặn khí quyển (mazut có nhiệt độ sôi trên 350oC) được đưa đi chưng cất trong chân không trong cụm công nghệ chưng cất khí quyển-chân không (AVR). Từ chưng cất chân không nhận được các phân đoạn dầu nhờn và cặn nặng (gudron). Ngày nay ngoài hoàn thiện công nghệ chế biến sơ cấp còn bổ sung thêm các khối phụ trợ như loại muối bằng điện, ổn định xăng… Từ các bộ phận công nghệ riêng lẻ người ta liên kết lại thành tổ hợp công nghệ chưng cất khí quyển - chân không (AVR). Tổ hợp AVR kết hợp chặt chẽ, giảm số nhân công lao động, giảm thể tích chứa và điều hành thống nhất.
Quá trình chế biến thứ cấp có vai trò chủ đạo trong các nhà máy chế biến dầu hiện đại. Tăng sản lượng và chất lượng sản phẩm là những nhiệm vụ của ngành công nghiệp chế biến dầu. Giải quyết các nhiệm vụ này trong điều kiện tỉ phần dầu chứa lưu huỳnh hoặc lưu huỳnh cao ngày càng tăng và dầu giàu parafin đòi hỏi thay đổi công nghệ chế biến dầu. Trong đó các quá trình thứ cấp, đặc biệt là các quá trình xúc tác như cracking, reforming, làm sạch bằng hydro, alkyl hóa, đồng phân hóa và đôi khi cả hydrocracking đóng vai trò quan trọng. Sự cần thiết của những quá trình này một mặt do nhu cầu sản phẩm dầu ngày càng tăng và mặt khác là nhu cầu sản phẩm sáng và nguyên liệu cho hóa dầu tăng. Từ phần lớn các dầu thô không thể sản xuất xăng ôtô chất lượng cao nếu không ứng dụng reforming và cracking xúc tác do xăng nhận được từ chưng cất sơ cấp có trị số octan thấp. Thí dụ, từ chưng cất dầu Tactar (Nga) nhận được các loại xăng sau:
Xăng có nhiệt độ sôi đến 120oC, trị số octan MON = 56,4
Xăng có nhiệt độ sôi đến 150oC, trị số octan MON = 50,4
Xăng có nhiệt độ sôi đến 200oC, trị số octan MON = 41,6.
Hiệu suất xăng tương ứng là 9,4; 14,1 và 22,4% so với dầu thô. Nếu thêm cụm cốc hóa, cracking xúc tác, reforming xúc tác, alkyl hóa isobutan bằng butylen và polymer hóa phân đoạn propylen khí cracking có thể nhận được xăng có nhiệt độ sôi đến 205oC, trị số octan MON = 72 và hiệu suất xăng đạt 30,5%. Ngoài ra còn nhận được khoảng 6% khí hydrocarbon có thể được sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiệp hóa chất.
Chế biến dầu, khí bằng phương pháp hóa học còn có ý nghĩa đặc biệt quan trọng khi công nghiệp hóa trên cơ sở nguyên liệu dầu ngày càng tăng. Các quá trình này gồm sản xuất etanol, polyetylen, cao su tổng hợp, sợi tổng hợp, chất tẩy rửa…. Tất cả các sản phẩm này đều được tổng hợp từ các hydrocarbon thuộc hai nhóm không no và thơm. Hydrocarbon không no chỉ được điều chế trong các quá trình chế biến thứ cấp như cracking. Hydrocarbon thơm có trong các phân đoạn chưng cất trực tiếp với khối lượng hạn chế; trong sản phẩm cracking nhiệt, cracking xúc tác và đặc biệt trong reforming xúc tác.
Trong hình 1.1 là sơ đồ công nghệ chế biến dầu tổng hợp trong các nhà máy hiện đại. Trong đó, dầu sau khi xử lý và làm khan, loại muối trong cụm loại muối bằng điện (EDS) được đưa đi chưng cất. Trong sơ đồ có reforming xúc tác để sản xuất xăng octan cao, làm sạch bằng hydro và cất phân đoạn khí.
Cụm hydro-đồng phân hóa nhiên liệu diesel cho phép bên cạnh loại lưu huỳnh còn thực hiện đồng phân hóa các parafin để giảm nhiệt độ đông đặc. Để sản xuất xăng A93 trong sơ đồ còn có quá trình hydrocracking phân đoạn xăng nặng và thêm vào xăng những hydrocarbon nhánh nhận được trong chưng cất phân đoạn propan - butan của cụm cất trực tiếp. Trong sơ đồ cũng có cụm tổng hợp các hydrocarbon thơm. Để chuẩn bị nguyên liệu cho nhiệt phân trong sơ đồ có cụm loại hydrocarbon mạch thẳng trong rafinat còn lại sau khi tách hydrocarbon thơm từ sản phẩm. Trong sơ đồ còn có cụm chưng cất mazut dưới chân không. Để thực hiện quá trình hydrocracking trong công nghiệp cần đưa thêm vào sơ đồ cụm loại lưu huỳnh bằng hydro (HDS) đối với mazut. Để cung cấp hydro cho cụm hydrocracking trong nhà máy có cụm sản xuất hydro bằng cách chuyển hóa khí hydrocarbon của nhà máy dầu và tách hydro ra khỏi hỗn hợp ở nhiệt độ thấp.