对于炼油厂来说，脱硫是一项棘手的难题。美国和欧洲正在收紧汽油含硫量的限制，与此同时，从地下开采出来的原油正变得越来越“酸”，或者说含硫量越来越高。丹佛烃类勘探开发公司的首席顾问托马斯·韦尔伯恩表示，脱硫技术“几乎已经被榨干了”。“我们需要新的、创新的技术。” 一些采用非常规方法的年轻公司可能很快就会响应这一号召。
炼油厂根据沸点（与密度有关）分离原油。最理想的是较轻（密度较小）的馏分，包括汽油和柴油。较重的馏分含有更多的硫，过多的硫会使石油变得无用。几十年前，炼油厂采用了一种称为加氢脱硫 (HDS) 的工艺，从油分子中去除硫原子。含硫馏分与氢气和钴钼催化剂混合，生成硫化氢。为该过程提供氢气成本很高，而且随着石油变得更酸，需要更高的压力和更稳定的催化剂来断开硫键。含硫量更高的石油也往往更重，这需要进一步精炼，并会带来氮和重金属，这些物质会污染催化剂。
近年来提出的替代技术包括食硫细菌和硫氧化试剂，一些专家也看到了改进催化剂设计的空间。这些方法倾向于对蒸馏馏分进行操作，但原油本身的预处理可能是一个有吸引力的选择。“上游的选择性越好，下游对能源和资本密集型分离处理的需求就越少，”美国能源部技术转移经理查尔斯·鲁索曼诺说。
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一种预处理选择可能是超声波。当用超声波冲击时，液体会经历一个称为声空化的过程，其中气泡形成并猛烈内爆。SulphCo 正在基于这种效应开发小型模块化超声波脱硫装置。这家位于内华达州斯帕克斯的公司声称，其工艺既可以释放硫原子，又可以使原油变轻，从而减少 30% 到 50% 的硫，并增加约三分之一的柴油和煤油。“如果 SulphCo 的工艺有效，这将是我们部分问题的一个优雅解决方案，”韦尔伯恩说。
炼油厂必须将此类装置整合到他们的工艺中，结合预处理和后处理。“这涉及到相当复杂的方程式来平衡两者，”圣路易斯 Hart Downstream Energy Consulting 的炼油专家 Abe Albert 说。从好的方面来说，SulphCo 总裁 Peter Gunnerman 表示，这种处理将使下游脱硫更有效率，而且资本投资仅为 HDS 的 5%。SulphCo 去年 9 月在韩国完成了一个小型示范装置。
另一项技术旨在一次性去除超重油中的所有硫。Trans Ionics 公司总部位于德克萨斯州伍德兰兹，专注于所谓的油砂或沥青，这是一种特别重且酸性的石油，西半球拥有全球 65% 的储量，主要在加拿大和委内瑞拉。为了处理这种重油，炼油厂通常会热“裂解”石油（即烹饪），然后处理液体产品。Trans Ionics 计划用元素钠提取硫，然后将其在新型硫化钠电池中回收利用。Trans Ionics 总裁 Robert Schucker 表示，在 DOE 拨款的资助下，Trans Ionics 已为各种组件申请了专利，包括新型薄膜电解质，他预计将在 2012 年实现商业化。
BP 位于伊利诺伊州内珀维尔的炼油技术项目负责人道格拉斯·伦德尔指出，世界各地的炼油厂最初是为监管不太严格的世界量身定制的。无数新方法提案面临的挑战是证明它们能够可靠地增强基础设施。伦德尔说，炼油商对有充分论据的案例持开放态度：“如果有人出现并表明工艺‘x’有效且经济上有吸引力，人们就会接受它。”