Η υδροαποθείωση, επίσης γνωστή ως HDS, είναι μια διαδικασία κατά την οποία αφαιρείται το θείο από το αργό πετρέλαιο και την πρώτη ύλη που προέρχεται από το πετρέλαιο για την πετροχημική βιομηχανία, συνδυάζοντάς το με υδρογόνο για να σχηματιστεί υδρόθειο (H2S). Το αργό πετρέλαιο πιστεύεται ότι έχει σχηματιστεί κατά τη διάρκεια εκατομμυρίων ετών από στρώματα νεκρού πλαγκτού στον βυθό της θάλασσας. Δεδομένου ότι το θείο υπάρχει σε όλα τα έμβια όντα, υπάρχει ένα υπόλειμμα θείου στο λάδι, με τη μορφή θειούχων και οργανικών ενώσεων θείου όπως οι θειόλες και τα θειοφαίνια. Αυτές οι ενώσεις θεωρούνται ανεπιθύμητες.
Όταν καίγονται λάδια ή προϊόντα πετρελαίου που περιέχουν ενώσεις θείου, το θείο οξειδώνεται σε διοξείδιο του θείου (SO2), έναν ρύπο που μπορεί να προκαλέσει αναπνευστικά προβλήματα και συμβάλλει σημαντικά στην όξινη βροχή. Η καύση ορυκτών καυσίμων είναι η κύρια πηγή ρύπανσης με SO2. Η υδροαποθείωση έγινε ολοένα και πιο σημαντική μετά την ψήφιση, σε πολλές χώρες, νέων κανονισμών σχετικά με τα επίπεδα θείου στα προϊόντα πετρελαίου, προκειμένου να μειωθούν οι εκπομπές SO2. Ως αποτέλεσμα, τα διυλιστήρια πετρελαίου διαθέτουν συνήθως μονάδα HDS.
Ένα άλλο πρόβλημα με το θείο στο λάδι είναι ότι μπορεί να μειώσει την αποτελεσματικότητα των καταλυτών που χρησιμοποιούνται για τη μετατροπή της πρώτης ύλης πετρελαίου σε άλλα προϊόντα. Το θείο στη βενζίνη επηρεάζει επίσης τους καταλυτικούς μετατροπείς στα αυτοκίνητα. Απαιτούνται μόνο πολύ χαμηλά επίπεδα για να παραχθεί αυτό το αποτέλεσμα, το οποίο είναι γνωστό ως «δηλητηρίαση» του καταλύτη.
Στη διαδικασία υδροαποθείωσης, ένα μείγμα της πρώτης ύλης με βάση το πετρέλαιο και του αερίου υδρογόνου θερμαίνεται στους 300-400°C και αντλείται υπό πίεση έως και 130 ατμόσφαιρες σε έναν αντιδραστήρα υδροαποθείωσης. Εδώ, το μείγμα περνά πάνω από έναν καταλύτη που σπάει τους δεσμούς θείου-άνθρακα, επιτρέποντας στο θείο να αντιδράσει με το υδρογόνο για να σχηματίσει υδρόθειο. Υπάρχει ένας αριθμός καταλυτών υδροαποθείωσης, αλλά ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος αποτελείται από θειούχο μολυβδαίνιο, το οποίο περιέχει κοβάλτιο σε βάση οξειδίου του αλουμινίου. Το H2S ρέει έξω από τον αντιδραστήρα, μαζί με περίσσεια υδρογόνου, και σε μια μονάδα επεξεργασίας όπου διαχωρίζεται, επιτρέποντας στο υδρογόνο να ανακυκλωθεί κατά τη διάρκεια της διαδικασίας. Μπορεί να απαιτηθούν αρκετοί κύκλοι για να μειωθεί η περιεκτικότητα σε θείο στο απαιτούμενο επίπεδο.
Το υδρόθειο που παράγεται από το HDS μετατρέπεται σε στοιχειακό θείο με μια διαδικασία γνωστή ως διαδικασία Claus – τα διυλιστήρια έχουν γενικά μια μονάδα Claus για το σκοπό αυτό. Μεγάλο μέρος του θείου που ανακτάται με αυτόν τον τρόπο χρησιμοποιείται για την παραγωγή θειικού οξέος. Αν και τα κοιτάσματα θείου εξακολουθούν να εξορύσσονται, το μεγαλύτερο μέρος της παραγωγής θείου σήμερα προέρχεται από πετρέλαιο μέσω των διαδικασιών HDS και Claus.