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Koks

[252] Koks (engl. Cokes, unrichtig Coaks, vielleicht vom lat. coquere, durch Feuer zubereiten, reif machen), aus Steinkohlen, seltener aus Braunkohlen dargestelltes, nicht flammendes Brennmaterial, das ähnlich wie Holzkohle gewonnen wird, indem man die fossile Kohle bei Abschluß der Luft erhitzt. Hierbei entweicht der größte Teil des Sauerstoffs der Kohlen mit einer entsprechenden Menge Wasserstoff in der Form von Wasser, der Rest des Sauerstoffs und des Wasserstoffs vereinigt sich mit dem Stickstoff und einem Teil des Schwefels und des Kohlenstoffs der Kohle zu sehr zahlreichen Verbindungen, die gas- und dampfförmig entweichen. Die Gase sind zum großen Teil brennbar und entsprechen dem in ähnlicher Weise aus Kohle dargestellten Leuchtgas, während die Dämpfe zu Teer und ammoniakhaltigem Wasser verdichtet werden können. Man erhält durch die Verkokung ein gleichmäßigeres Brennmaterial von höherm Wärmeeffekt und größerer Reinheit (namentlich von Schwefel), das bei der Verbrennung nicht erweicht, sich nicht aufbläht und ohne Entwickelung von Rauch und übelriechenden Dämpfen verbrennt. Aber man erreicht dies nur unter erheblichem Verlust an Brennstoff, und es bleiben doch etwa 33 Proz. des Schwefels der Steinkohlen (als niedere Schwefelungsstufe des Eisens, als Schwefelcalcium etc.) in den K. zurück, selbst wenn sie mit Wasser abgelöscht werden, wobei Schwefelverbindungen entweichen. Die zahlreichen Bemühungen, diesen Schwefelgehalt zu beseitigen, haben noch kein allgemein befriedigendes Resultat gegeben.

Die Steinkohlen liefern, je nach ihrem Verhalten im Feuer, K. von verschiedener Beschaffenheit. Die Sandkohlen, die beim Verbrennen zerfallen, hinterlassen K. in losen Stücken, während Sinterkohlen ein wenig zusammenhängendes und nur Backkohlen ein vollkommen zusammengeschmolzenes Produkt liefern. Man verkokt deshalb am häufigsten fette Back- und Sinterkohle, besonders Kohlenklein, das zu Kesselfeuerungen wenig geeignet ist. Magere Kohlen können, passend zerkleinert, aufbereitet und mit backenden Beimengungen (fette Kohle, Pech) gemischt, in passend konstruierten Koksöfen brauchbare K. (Mischkoks) liefern. Von großem Einfluß ist der Gehalt der Kohle an mineralischen Stoffen, die sich in den K. konzentrieren, die Heizkraft herabstimmen, die Verkokung beeinträchtigen und bei der Benutzung der K. den Rost verschlacken. Man verwendet nur Kohlen mit 5–8 Proz. mineralischen Bestandteilen direkt zur Koksbereitung und sucht durch Aufbereiten (Sortieren des Kohlenkleins mit direkter Verarbeitung auf Setzmaschinen oder nach vorheriger Zerkleinerung oder Verwaschen auf Herden) den Gehalt an mineralischen Stoffen möglichst (bis 4 Proz.) herabzudrücken, so daß im günstigsten Falle daraus K. mit 6 Proz. Aschengehalt entstehen; gewöhnlich enthält die Kokskohle mindestens 6, die K. also 8–10 Proz. Asche. Von wesentlichem Belang ist auch der Wassergehalt der Kohlen. Sehr trockne Kohle liefert im allgemeinen weniger feste K. als feuchte, doch soll der Feuchtigkeitsgehalt 15 Proz. nicht übersteigen.

Von den Verkokungsvorrichtungen zeichnet sich der Meiler durch seine Einfachheit, leichten Betrieb und Billigkeit aus; er wird wie der Holzkohlenmeiler erbaut, erhält aber in der Mitte eine gemauerte, durch einen Deckel verschließbare Esse mit Zuglöchern und wird mit Koksklein bedeckt. Das Anzünden findet von außen oder durch glühende Kohlen von der Esse aus statt. Unter der Decke verläuft eine unvollständige Verbrennung, und durch die dabei entwickelte Wärme werden die Kohlen verkokt. Zeigt sich nur noch dünner Rauch, so wird die Esse verdeckt und der Meiler mit nasser Lösche beschlagen. Vor dem Ziehen löscht man die K. mit Wasser, um sie dadurch schwefelärmer zu machen. Man kann im Meiler meist nur stückreiche Sinterkohlen anwenden, die sonst auch direkten Absatz finden; Backkohlen geben porösere K. als in Öfen, die Ausbeute beträgt 60–65 Proz. reine, aber nicht sehr gleichmäßige K. Bisweilen leitet man die flüchtigen Produkte von der Esse aus durch einen im Boden verlaufenden horizontalen Kanal ab. Gleichförmigere K. erhält man in Haufen von 20–25 m Länge, 1–1,5 m Höhe und 3–4 m Breite, die mit mehreren untereinander verbundenen Essen oder ohne solche erbaut oder durch eingestellte und später wieder herausgezogene Pfähle mit Zugkanälen versehen und mit Koksklein bedeckt werden. Das Anzünden geschieht durch gleichzeitiges Einwerfen glühender Kohlen in die Schächte. An der Stelle, wo die Flamme nachläßt, gibt man sofort eine Löschdecke, bis endlich der ganze Hause eine Decke erhalten hat. Das Ausbringen ist bei Haufen geringer als bei Meilern; aber man kann mäßig backendes Kohlenklein verwerten, indem man bei der Konstruktion der Hansen eine zeitweilige Einfassung von Brettern benutzt. Von den Haufen unterscheiden sich die Meiler- oder Schaumburger Öfen wesentlich durch die unbeweglichen Seitenwände. Sie bilden gemauerte Räume von 14 bis 19 m Länge, 2,5 m Breite und 1,5 m Höhe, sind an einer oder beiden schmalen Seiten offen und werden unter Einlegen von Rundhölzern zur Bildung von Kanälen, die in den Wänden ihre Fortsetzung finden, mit angefeuchtetem Kohlenklein vollgestampft, worauf letzteres eine Decke von Lösche oder Lehm erhält. Diese Öfen zeichnen sich durch Billigkeit, bequeme Arbeit und große Leistungsfähigkeit aus, geben aber kein gleichmäßiges Produkt. Während Meiler und Schaumburger Öfen in den Vereinigten Staaten noch außerordentlich verbreitet sind, werden sie in Europa nur noch ganz ausnahmsweise für besonders magere Kohle benutzt und sind fast überall durch geschlossene oder Kammeröfen ersetzt, die auch die Verwertung magerer Kohle gestatten, wenn man die Ofenbreite gehörig vermindert und die Verkokungstemperatur durch rasches Erwärmen der Ofenwände mittels der Koksofengase steigert. Die ältern einfachern Backofen- oder Bienenkorböfen, die jetzt noch in den Vereinigten Staaten und in England sehr verbreitet sind (in Westfalen stehen einige wenige Bienenkorböfen im Betrieb und liefern die sehr gesuchten Patentkoks), sind backofenförmig, viereckig oder oval, von 3–4 m Durchmesser und 1–3 m lichter Höhe und liegen zum Zusammenhalten der Wärme in Reihen nebeneinander. Die Kohlen werden in den stark erhitzten Ofen ohne jede Vorbereitung durch das Gewölbe eingeschüttet, das man alsdann vermauert. Während der Verkokung (48–72 Stunden) regelt man den Luftzutritt durch kleine Öffnungen. Ist eine Charge abgetrieben, so wird die Tür im Gewölbe wieder geöffnet und Wasser auf die K. gespritzt, bis sie gelöscht sind. Man zieht sie dann und trägt alsbald eine neue Beschickung ein, deren Verkokung durch die noch heißen Ofenwände eingeleitet wird. Die erzeugten K. sind von vorzüglicher Beschaffenheit, dicht,[252] silbergrau und ungemein fest. Aus diesen einfachen Öfen, die man auch mit beweglicher Sohle versehen hat, haben sich zahlreiche andre Formen entwickelt, deren Eigentümlichkeiten in der Gestalt der Kammern, der Art der Beheizung und der Gewinnung der Nebenprodukte bestehen. Letztere: brennbare Gase, Teer und Ammoniakwasser, gingen früher fast allgemein vollständig verloren, und der Qualm der K. belästigte die Nachbarschaft und veranlaßte den Bau von Vorrichtungen, um ihn unschädlich zu machen. Erst in neuester Zeit hat man auf die Gewinnung der Nebenprodukte Bedacht genommen. Im J. 1892 waren in Deutschland etwa 15,700 Koksöfen im Betrieb mit einer Koksproduktion von rund 7,700,000 Ton. Diese Öfen könnten etwa 110,000 T. schwefelsaures Ammoniak und 275,000 T. Teer im Werte von 32 Mill. Mk. erzeugen, während bis jetzt nur etwa 18,000 T. schwefelsaures Ammoniak und 45,000 T. Teer im Werte von 5¹/₂ Mill. Mk. bei der Koksbereitung gewonnen werden. Die mögliche Produktion von Ammoniaksalz würde immerhin nur den vierten Teil des Stickstoffs repräsentieren, der jetzt in Form von Ammoniaksalz, Chilisalpeter etc. aus dem Ausland bezogen wird, aber doch eine Ersparnis von 19 Mill. Mk. ermöglichen, wozu noch der Wert des Teers mit 8 Mill. Mk. hinzutreten würde.

Von den neuern Öfen unterscheidet man I. Verbesserte Bienenkorböfen mit Gewinnung von Teer und Ammoniak von Jameson; Bienenkorböfen in Verbindung mit Lufterhitzern und Gewinnung der Nebenprodukte nach Otto u. Komp. und der Bergwerksgesellschaft Hibernia and Shamrock. II. Öfen mit prismatischen Kammern. A. Horizontale: 1) Mit wagerechten Heizkanälen: a) ohne Gewinnung der Nebenprodukte: Haldy, Smet, Gobiet, Wintzek, Ringel; b) mit Gewinnung der Nebenprodukte: Knab-Carvès, Simon, Hüssener, Semet-Solvay. 2) Mit senkrechten Heizkanälen: a) ohne und mit Gewinnung der Nebenprodukte: Coppée, François-Rexroth, Lürmann, Röbling, Blauel; b) mit Gewinnung der Nebenprodukte: Otto-Hoffmann. B. Vertikale, ohne und mit Gewinnung der Nebenprodukte: Appolt, v. Bauer, Collin.

Im J. 1855 wurde in St. Avold (Deutsch-Lothringen) der erste Appoltsche Ofen errichtet. Derselbe bildet einen stehenden, von außen geheizten Schacht, und zwar geschieht die Heizung durch die Verbrennung der bei der Verkokung sich entwickelnden Dämpfe und Gase. Damit die Wärme die Schächte besser durchdringt, sind diese von länglich-viereckigem Querschnitt, und zur bessern Ausnutzung der Wärme sind je 12 Schächte in zwei Reihen durch einen Mantel zu einem Gesamtofen vereinigt. Die Wände der einzelnen Schächte sind durch hohle Räume voneinander und von dem Mantel getrennt, und diese hohlen Räume stehen miteinander in Verbindung. Jede Abteilung hat eine obere enge Öffnung zum Eintragen der Steinkohlen und eine untere, mit klappenartiger, eiserner Falltür, durch die man die K. herausfallen läßt. Im untern Teil der Seitenwand der Abteilungen sind enge Spalten angebracht, durch welche die Gase und Dämpfe abziehen, die in den hohlen Räumen durch zuströmende Luft verbrannt werden. Diese Öfen sind in der Anlage teuer, sie werden durch die in ihnen erzeugte hohe Temperatur schnell abgenutzt und liefern ungleichmäßige K., weil die Kammern in der Mitte des Ofens viel heißer gehen als die an den Wandungen. Im Saargebiet benutzt man gegenwärtig nur noch horizontale Öfen mit lotrechten Gaszügen nach Coppée und François-Rexroth. Bei letztern wird die Verkokungstemperatur teils im Kohlenraum selbst, teils außerhalb desselben in den Gaskanälen der Ofenwände und Ofensohle erzeugt. Es verbrennt hier also ein Teil der Kohle, wodurch die Ausbeute verringert und der Aschengehalt der K. erhöht wird, ein Übelstand, der durch Vermeidung der Mängel des Appoltschen Ofens sich ausgleicht. Von den Öfen mit Gewinnung der Nebenprodukte hatte der älteste von Knab nur Sohlenheizung, Carvès fügte die Wandheizung hinzu, und Hüssener verbesserte die Gas- und Luftzuführung. Bei den Gelsenkirchener Öfen dieses Systems ist die Retorte 9 m lang, kegelförmig, im Mittel 0,575 m breit, 1,8 m hoch und faßt 5,5 Ton. sein gesiebte trockne Kohle. Hoffmann verband die Koksöfen nach Coppéeschem Prinzip mit Siemensschen Regeneratoren und erzielte außerordentlich günstige Resultate bei Gewinnung der Nebenprodukte. Abweichend von der gewöhnlichen Benutzung der Regeneratoren werden hier aber nicht Heizgase und Luft, sondern nur letztere erhitzt, und zwar erreicht die Luft eine Temperatur von über 1000°. Dies hat zur Folge, daß man nicht sämtliches entwickeltes Gas zur Heizung der Öfen verbraucht, sondern 100 cbm für Ofen und Tag als Leucht- und Heizgas anderweitig benutzen kann. Die Beschickung eines Ofens mit 5750 kg Kohle wird in 48 Stunden verkokt, man hat den Prozeß sehr vollkommen in der Hand und erhält ganz vorzügliche K. Infolge des völligen Luftabschlusses ist das Ausbringen an K. um 7 Proz. höher als bei gewöhnlichen Öfen. Das Ausbringen aus der trocknen Kohle beträgt in diesen Öfen

Um aus dem Gase das darin enthaltene Benzol zu gewinnen, läßt man das Gas Absorptionskolonnen passieren, in denen ihm schwere Teeröle entgegenrieseln, die das Benzol aufnehmen und bei späterer Destillation wieder abgeben. Man kann auch die Gase komprimieren und dann auf -10° bis -45° abkühlen, wobei sich das Benzol als Körper von schmalzartiger Konsistenz abscheidet. Die Ausbeute an K. kann um 5–6 Proz. erhöht werden, wenn man die Kohlenbeschickung vor dem Einbringen derselben in den Ofen durch Stampfen komprimiert.

Man gewinnt K. in großen, fest und dicht zusammengeschmolzenen Stücken (Großkoks, Stücke), in kleinern, weniger fest geschmolzenen Abfallstücken (Praschen, Kleinkoks), die von erstern beim Verladen mit Gabeln von bestimmtem Zinkenabstand getrennt werden, und Lösche, von der Oberfläche der Beschickung, ein durch abgeriebenes Ofenmaterial und durch den Rückstand von verbrannter Kohle verunreinigtes Material, das statt Sand zur Mörtelbereitung, auch mit Kalk und Lehm zur Darstellung künstlicher Steine (Löschsteine) benutzt wird.

Das Ausbringen an K. beträgt nach neuern Erfahrungen im allgemeinen bei Sandkohlen 55–65, bei Sinterkohlen 60–70, bei Backkohlen 60–80 Proz.; letztere geben aber meist nur bei annähernd gleichem Kohlenstoffgehalt mehr K. als Sand- und Sinterkohlen. Die K. sind je nach der Qualität der Kohle und der angewandten Verkokungsmethode großblasig bis dicht, bald weich und mürbe, bald hart und klingend, fest, bald tief dunkelgrau, matt, bald silbergrau, metallglänzend. K. aus backenden Stückkohlen zeigen blumenkohlähnlich gewundene Umrisse und ein geflossenes[253] Ansehen, das nicht durch Schmelzung, sondern durch den aus kohlenstoffreichen Gasen bei hoher Temperatur in sehr seiner Verteilung sich ausscheidenden Kohlenstoff hervorgebracht wird. Gute Schmelzkoks sind hellgrau bis eisengrau, von metallischem Glanz, stängligent Gefüge und hellem Klang, fest, hart und porös, vom spez. Gew. 0,85–0,50. S. die nachfolgende Tabelle.

Der Aschengehalt schwankt zwischen 1 und 30 Proz., und K. mit mehr als 10 Proz. Asche gehören schon zu den schlechtern. Bei längerm Liegen an der Luft enthalten K. nur 1–3 Proz. Wasser, im Regen kann sich der Wassergehalt der K. auf 18–20 Proz. steigern; unter Wasser aufbewahrt, nehmen sie 25 Proz. Wasser auf, das nur langsam wieder abgegeben wird. 1 cbm K. wiegt durchschnittlich 420 kg, 1 cbm porenfreie Koksmasse 1200–1900 kg. Die Druckfestigkeit schwankt von 44–80 kg auf 1 qcm. Die Wärmeleistung von 1 kg K. nimmt man zu 8000 Wärmeeinheiten an. Als Nebenprodukt erhält man K. bei der Leuchtgasbereitung (Gaskoks); doch sind dieselben, gewöhnlich aus wasserstoffreichen Backkohlen in schnell erhitzten Retorten gewonnen, aufgebläht, mehr oder weniger löcherig, auch reich an Wasserstoff und Sauerstoff, weil sie zur Vermeidung eines zu großen Brennstoffaufwandes bei der Gaserzeugung nicht sehr lange erhitzt werden. Gute K. klingen, färben nicht ab und bedürfen starker Glut zu ihrer Entzündung und lebhaften Zuges zu ihrer Verbrennung. Bei der Benutzung zu metallurgischen Zwecken kommt auch die Festigkeit der K. in Betracht, weil sie in den Schmelzöfen durch die über ihnen lagernde hohe Schicht von Erzen etc. nicht zerdrückt werden dürfen. Von den Nebenprodukten bei der Koksdarstellung findet das Ammoniak die bekannte Verwendung, den Teer und das Benzol verarbeiten die Teerfarbenfabriken, und das Pech wird zur Darstellung von Preßkohle benutzt. Von Braunkohlen eignen sich meist nur Lignite und manche Pech- und Glanzkohlen zur Verkokung; die Braunkohlenkoks gleichen aber mehr den Holzkohlen und werden, wie die Steinkohlenkoks, zum Eisenhochofenbetrieb, außerdem als Filtrierkohle, schwarze Farbe, Pulverkohle oder Material für Briketts benutzt. An sich nicht verkokbare Braunkohle dat man vorteilhaft mit fetten Steinkohlen zusammen verkokt. Man wendet zur Verkokung der Braunkohle Meiler, Haufen, kleine eiserne Kasten oder Retorten in. Man erhält aus Lignit in Meilern 15,5 Gewichts- oder 32 Volumprozent K.; der Schwefel wird nur unvollständig ausgetrieben. Auch Braunkohlenkoks verden als Nebenprodukt gewonnen, und zwar in der Mineralöl- und Paraffinindustrie, wo sie als pulverige Masse nach Abteilung des Teers in den Retorten zurückbleiben. Diese K. kommen als Grude (s. d.) in den Handel. In Deutschland liefern Rheinland-Westfalen (Ruhrkohle), Schlesien und der Saarbezirk die meisten und besten K., während die K. aus andern Gebieten durch Schwefelgehalt minderwertig sind.

Bald nach dec Einführung der Steinkohle als Brennstoff scheint man Versuche gemacht zu haben, aus ihr ein Material herzustellen, das sich für metallurgische Zwecke besser eignete als die rohe Kohle. In! einem englischen Patent von 1589 für Proctor und! Peterson findet sich eine Bemerkung über ein Verfahren zum Verkoken von Kohle, doch weder dieses noch manche andre, die ihm folgten, hatten praktische Erfolge. Erst Darby gelang es gegen 1735, durch »Abschwefeln« guter backender Kohle in Meilern brauchbare K. zu erzeugen, mit denen er in Colebrookdale in Shropshire einen Hochofen betrieb. Die Roheisenerzeugung Englands gewann durch diese Erfindung eine großartige Förderung, und seit 1781 arbeitete man allgemein mit K., die man in Meilern und unter Gewinnung von Teer als Nebenprodukt in kleinen geschlossenen Öfen darstellte. 1767 begann man in Frankreich und Belgien K. zu erzeugen. 1768 bewarb sich in Österreich eine Gesellschaft um das Privilegium zur »Rektifizierung von Steinkohle« nach der vom preußischen Domänenrat Pfeiffer erfundenen Methode der Meilerverkokung, nachdem schon seit Jahren auf den gräflich Harrachschen Gütern eine Kohlendestillation im Gange gewesen war. In Deutschland verarbeitete man zuerst im Saargebiet Steinkohle auf Ruß und Teer. Seit 1748 bestand eine Rußhütte im Fischbachtal, bald darauf wurde eine solche bei Sulzbach errichtet, und seit 1765 machte man hier Versuche, K. zum Betrieb von Hochöfen zu benutzen. Der erste Ofen für dauernden Betrieb wurde 1774 zu Gleiwitz in Schlesien errichtet, und 1789 wurde die Benutzung von K. im Ruhrgebiet eingeführt. Die ursprünglich benutzten geschlossenen Öfen wichen seit 1780 offenen Öfen, und damit hörte die Gewinnung der Nebenprodukte auf, die erst in den letzten Jahrzehnten mit großem Erfolg wieder aufgenommen wurde. 1870 wurden allein im Oberbergamtsbezirk Dortmund, dem wichtigsten Kohlen- und Koksdistrikt Deutschlands, 341,000 Ton., zehn Jahre später 2,280,000 und 1890: 4,187,780 T. K. dargestellt. 1903 wurden an K. im Deutschen Reich dargestellt 11,509,259 T. (1902: 9,202,796 T.), davon in den Oberbergämtern Breslau 693,336 T., Klausthal 78,352 T., Dortmund 10,146,100 T., Bonn 528,864 T., in Preußen 11,446,652 T. (1902: 9,145,506 T.), Sachsen 62,607 T. (1902: 57,290 T.). Eingeführt wurden in Deutschland 1902: 3,624,876 dz, 1903: 4,328,191 dz, ausgeführt 1902: 21,823,834 dz, 1903: 25,233,514 dz. Vgl. Simmersbach, Die Koksfabrikation im Oberbergamtsbezirk Dortmund (Berl. 1887, Fortsetzung 1896) und Grundlagen der Kokschemie (das. 1895); Dürre, Die neuern Koksöfen (Leipz. 1892); H. Fischer, Die chemische Technologie der Brennstoffe, 2. Teil (Braunschw. 1901); Baum, Die Verwertung des Koksofengases (Berl. 1904); Mengelberg, Kohlenaufbereitung und Verkokung im Saargebiet (das. 1904).[254]