本发明涉及煤直接液化技术领域，具体涉及煤液化反应系统和煤直接液化工艺中提纯氢气的方法，所述煤液化反应系统包括：煤液化反应系统、分离系统、除液系统和氢气提纯系统；所述氢气提纯系统包括：一级膜分离单元，用于将富氢净化气进行初次膜分离，得到高纯氢和第一尾气，所述一级膜分离单元的渗透侧与所述煤液化反应系统通过第三管线连通；二级膜分离单元，用于将第一尾气进行二次膜分离，得到第二氢气和第二尾气；脱硫单元，用于将第二氢气进行脱硫处理；跨线，连通所述第一管线和所述第三管线。本发明通过控制上游工况调整裂解气的组成，并根据裂解气的组成调整裂解气的流向，从而避免氢气提纯系统中的膜芯受到污染、损伤；保证膜芯的长周期稳定运行，提高经济效益。