燃料油一般指重油，是由原油常压蒸馏残油制成的。重油含硫较多，其中硫分大多是环状硫化物，如联苯并硫（杂）茂、萘硫（杂）茂等。这些硫化物分子量高，若含硫量为3%,则硫化物含量可达到重油的1/3，因此重油不宜用直接去除硫化物的方法脱硫。重油脱硫是在催化剂作用下，用高压加氢反应，切断碳与硫的化合键，以氢置换出碳，同时，氢与硫作用成为硫化氢，从重油中分离出来，用吸收法除去。另一种方法是将重油用蒸汽、氧气部分燃烧气化，硫转化成为硫化氢和少量二氧化硫，再进行处理。

反应中使用的催化剂采用铬、钼、钨、铁、钴、镍、铂等，也可由钴-钼，镍-钼或镍钴-钼组合使用，一般以氧化铝为载体。生产过程中，如果催化剂表面上积碳，以及重油中钒、镍的有机金属化合物与氢反应沉积在催化剂上，就会使催化剂中毒，失去催化作用。为解决这个问题，发展了直接脱硫和间接脱硫两种工艺。直接脱硫是选用抗中毒性能较好的催化剂，直接加氢脱硫，同时采取适当防护措施，如有的工艺在反应塔前加防护塔，填充其他廉价的催化剂，尽可能除去不纯物和金属成分。间接脱硫是把重油减压蒸馏，分成馏出油和残油。单独将馏出油加氢脱硫，然后与残油进行混合。或将残油以液化丙烷（或丁烷）作溶剂，对残油进行处理，分离出沥青后，再与馏出油混合进行加氢处理。