从井场出来的天燃气中，都不同程度的含有一定量的CO₂、H₂S和有机硫化物（如硫醇等），这些成分的存在会腐蚀天然气的输送设备、污染环境、妨碍天然气的应用。因此，通常要根据管输要求和使用目的对天然气进行净化处理。

天然气脱硫方法一般可以分为化学吸收法、物理吸收法、直接转化法、非再生性法、膜分离法和低温分离法等。其中采用溶液或溶剂做脱硫剂的化学吸收法、物理吸收法、联合吸收法及直接转化法，习惯上统称为湿法；采用固体床脱硫的海绵铁法、分子筛法统称为干法。

这是以弱碱性溶液为吸收溶剂，与天然气中的酸性气体（主要是H₂S和CO₂）反应形成化合物，当吸收了酸性气体的溶液（富液）温度升高、压力降低时，该化合物即分解放出酸性气体。

在化学吸收法中，各种烷醇胺法（简称胺法）应用最广，所使用的胺有一乙醇胺（MEA）、二乙醇胺（DEA）、二异丙醇胺（DIPA）、甲基二乙醇胺（MDEA）等。胺法的突出优点是成本低、反应率高、良好的稳定性和易再生。一般对于H₂S和CO₂，胺吸收法更易吸收H₂S，经净化后，H₂S的浓度可降到5×10^-5kg/m³。对于CO₂，当胺溶液的循环流量足够大时，浓度可降至2.5×10^-5kg/m³。化学吸收法中另外还有碱性盐溶液法，如改良热钾碱法和氨基酸盐法。

化学吸收法用于酸性气体分压低的天然气脱硫，特别是CO₂含量高、H₂S含量低的天然气，这样成本可以降低。其原因是化学吸收法的溶剂用量与天然气中酸性气体含量成正比，再生富液时所需的蒸气耗量则与溶剂循环量成正比。

此法采用有机化合物作为吸收溶剂，吸收天然气中的酸性气体。物理吸收法的溶剂用量与原料气中的酸性气体含量无关。因此，如果天然气中的酸性气体分压高，最好采用物理吸收法。由于物理溶剂对天然气中的重烃有较大的溶解度，因而物理吸收法常用于酸气分压大于0.35MPa、重烃含量低的天然气脱硫，其中某些方法可选择性地脱除H₂S。

此法兼有化学吸收和物理吸收两种方法的特点。目前在工业上应用较多的是砜胺法、二乙醇胺-热碳酸盐联合。

在净化高含量H₂S和CO₂的气体时，吸收过程可分为初步净化和最终净化二级。初步净化可用不完全再生的一乙醇胺溶液，最终净化使用完全再生的溶液。对含高含量H₂S的气体或高含量CO₂的气体，也可用水来净化，但需要较大的水耗量。

此法也称为氧化还原法。它以氧化-还原反应为基础，借助于溶液中氧载体的催化作用，把被碱性溶液吸收的H₂S氧化为硫，然后鼓入空气，使吸收液再生。

直接转化法有以下缺点：①吸收硫的质量较低，一般不超过1kg/m³，所以处理的气量不大，且H₂S浓度不能太高；②所需的再生设备大；③副反应较多，生成的硫磺质量差。

此法适用于H₂S含量很低的边远小气井脱硫。其中，化学净化法使用氧化锌、醋酸锌及水的混合物做脱硫剂，并用分散剂使固体颗粒呈悬浮状态。

20世纪80年代以来，为解决酸气含量很高的天然气净化问题，国外致力于开发利用物理原理进行分离的方法，其中膜分离方法是较成功的一种。膜材料按材质大致可分为多孔质膜和非多孔质膜。多孔质膜靠渗透速度的差别达到分离的目的。通常微孔中气体的渗透速度与其相对分子质量的倒数成正比。

目前在气体分离中常用的是非多孔质膜，其分离效果基本上和气体的流动状态无关，有两个参数对分离有较大的影响：一为渗透系数K，表示气体渗过不同膜时的难易程度；二为分离因子α，表示要求分离的两种气体渗透系数的比值。选择分离用的膜时，既要有较大渗透系数，也要求有适当的分离因子。非多孔质膜的渗透系数比多孔质膜小，但其分离因子却大的多，这就是非多孔质膜在气体分离工艺中被采用的原因。H₂S对甲烷的分离因子为50，CO₂对甲烷的分离因子为30，所以用膜分离技术从天然气中分离掉H₂S和CO₂是可以实现的。

此法是专门用于CO₂驱油伴生气处理的方法，可根据对产品的不同要求而采用二塔、三塔及四塔流程。

此法是利用酸性气体在固体脱硫剂表面的吸附作用，或者与表面上的某些组分反应，脱除天然气中的酸性气体。

常用干法的固体脱硫剂为氧化铁（或称海绵铁），采用浸透了水合氧化铁的木屑做脱硫剂；分子筛法采用分子筛做脱硫剂。