直接液化是将固态煤炭在高温高压（400-480℃、10-30MPa）条件下，通过催化剂和供氢溶剂作用与氢气发生加氢裂解反应，直接转化为液态烃类燃料的洁净煤技术。该技术起源于1913年德国Bergius开发的首套工业化装置，中国自20世纪70年代末由中国科学院山西煤化所等单位开展系统研究，开发出具有自主知识产权的铁基催化剂和工艺路线。

直接液化通过氢自由基与煤分子断裂键结合实现解聚，需在10-30MPa高压和400℃以上高温环境中进行。催化剂以铁系复合物为主（如ICCIA/ICCIB），可降低活化能并抑制结焦。工艺包含煤浆制备、加氢反应、产物分离三阶段，氢耗量直接影响油品收率和生产成本。

德国于1927年建成首个工业化装置，采用Bergius工艺为二战提供燃料。20世纪70年代石油危机后，日本NEDOL、德国IGOR和美国HTI等新工艺显著降低反应苛刻度。中国自主研发的工艺通过煤岩组分预分离提升效率，镜质组纯度达85%以上时液化转化率提升20%。

煤直接液化残渣（CLR）含四氢呋喃可溶物（THFS），经索氏抽提后可制备改性沥青。2014年相关发明专利显示，THFS添加量达9%时沥青软化点提升15℃。神华示范项目通过蒸馏与加氢预处理实现残渣资源化，降低污染物排放。

《煤炭直接液化生成气的组成分析 气相色谱法》（GB/T29747-2013）规定了氢气、C1-C4烃类等组分的检测方法。该标准由煤炭科学研究总院制定，要求色谱柱温度控制在-50℃至200℃，检测限达0.01%（体积分数）。

直接液化较间接液化具备更高能量效率（60% vs 45%）和更低投资成本，但需特定镜质组含量高的优质煤种。HTI工艺因循环泵磨损严重影响稳定性，神华工艺通过优化反应器系统将催化剂消耗降至较低水平。