催化剂在煤液化过程中起着非常重要的作用，也是影响煤液化成本的关键因素。开发温和条件下促使煤中芳烃加氢、C—C键断裂和C—O、C—N、C—S键氢解的催化剂材料一直是煤直接液化的关键技术。而理想的催化剂应有高比表面积，以促进催化剂与煤的相互接触，加剧二者之间相互作用。因此，一般采用高分散型催化剂最为理想。

多年来，煤液化工艺中多使用常规Fe系催化剂，如Fe 2 O 3 和FeS 2 等。Fe系催化剂比金属硫化物（如Ni、Co、W和Mo等）、路易斯酸性催化剂（Lewis acid，ZnCl 2 、SnCl 2 、AlCl 3 、FeCl 3 等）廉价、无毒性、对环境危害小，无需回收利用。因此，以铁基材料作为煤直接液化的催化剂是当前研究的主要热点。

对铁基催化剂的高分散制备方法有：①干燥和机械磨碎后的Fe 2 S 3 直接与煤混合，煤粉和催化剂间的接触取决于颗粒大小；②为提高催化剂的分散度和与煤的接触程度，还常常采用浸渍法，如将煤粉加入含有Fe 2 S 3 颗粒的溶液后进行洗涤、过滤和干燥，或煤粉先与Na 2 S溶液混合，再加入FeCl 3 溶液，洗涤、过滤和干燥，在沉淀的过程中引入表面活性剂，使铁固体颗粒沉淀聚集在油包水型微乳液中，还能制备出纳米级的催化剂核；③将含铁的水溶液短时间内暴露于高温和高压下，引发氧化物或氢氧化物迅速成核，也可以制备出高分散的催化剂颗粒。煤液化铁系催化剂的研究重点集中在超细粒分散型铁基催化剂的制备与加入方式上，以进一步提高液化反应的效率。

钼、镍等有色金属在石油加氢裂解中是常用的催化剂活性物质，对煤直接液化同样有效。钼具有很高的加氢活性，粒度较细的钼催化剂的高活性主要表现在加氢产物的沥青烯产率很低，沥青烯加氢转化为油的程度较高。钼催化剂用于煤炭液化的缺点也非常明显，由于钼的价格高，一次性加入后如果不回收，经济上成本过高。所以对钼、镍等有色金属需研究和完善它们的回收方法。

在煤液化中，钼催化剂首先以钼酸铵水溶液的形式加入到煤浆之中，随煤浆一起进入反应器，反应之后，废催化剂留在残渣中一起排出液化装置。液化残渣在1600℃的高温下燃烧，活性组分Mo以MoO 3 的形式随烟道气挥发出来，烟道飞灰用氨水洗涤萃取，可把灰中的氧化钼转化成水溶性的钼酸铵。

在煤液化中，铁系催化剂和钼、镍系可再生型催化剂的活性形态都是硫化物。在反应之前，催化剂以氧化物形态存在的活性组分也将转化成硫化物形态。这种转化可以在反应过程中进行，即元素硫或硫化物作为助剂与煤浆一起进入反应系统，在反应条件下元素硫或硫化物被氢化为硫化氢，硫化氢使铁的氧化物转化为硫化物；也可以在使用之前用硫化氢预硫化，使氧化物转化成硫化物。为了在反应时维持催化剂的活性，气相反应物料主要是氢气，但也常常需要保持一定的硫化氢浓度，以防止硫化物催化剂被氢气还原成金属态。煤本身含有较高的硫时，在一定程度上可以减少助催化剂元素硫的使用量，因为煤中的有机硫在液化反应过程中可以转化形成硫化氢，同样起到助催化剂的作用。也就是说，煤的直接液化适用于加工低阶高硫煤。