Kokerei

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In einer Kokerei wird aus Kohle mittels eines trockenen Destillationsverfahren Koks erzeugt. Es werden die flüchtigen Bestandteile in der Kohle durch das Erhitzen auf eine Temperatur von 900°C und 1400°C pyrolisiert, freigesetzt und abgesaugt. Durch das Entgasen bildet sich ein porenhaltiger Koks, der im wesentlichen Kohlenstoff und Aschebestandteile enthält. Aus dem Rohgas werden die sogenannten Kohlenwertstoffe Teer, Schwefelsäure, Ammoniak, Naphthalin, Benzol und Kokereigas gewonnen, die in chemischen Werken weiter aufbereitet werden. In Deutschland sind derzeit noch fünf Kokereien in Betrieb.

Motivation

In den Anfängen der Eisenerzeugung wurde ausschließlich Holzkohle für die Verhüttung von Erzen eingesetzt. Kohle oder Holz sind dazu nicht geeignet, da die notwendigen hohen Temperaturen nicht erreicht wurden und aufgrund der Beimengungen der Brennstoffe keine ausreichende Roheisenqualität erreichbar ist. Durch den Bedarf an Holz, welches in einem ganz ähnlichen Verfahren wie die Kohleverkokung in Holzkohle umgewandelt wurde, veränderten ganze Landstriche ihr Aussehen durch die Abholzung riesiger Baumbestände. Erst im 18. Jahrhundert wurde die Kohleverkokung entwickelt. Der neu entstandene Brennstoff löste die Holzkohle ab und ermöglichte die heutige Massenproduktion von Roheisen.

Durch die Erhitzung unter Luftabschluss von Kohle wird ein Brennstoff (Koks) erzeugt, der kohlenstoffreicher, reiner und von gleichmäßigerer Qualität ist als der Rohstoff Kohle. Bei seiner Verbrennung entsteht weniger Schwefel und weniger Asche, Stoffe, die in der späteren Anwendung z.B. im Hochofen unerwünscht sind, da sie die Qualität der Eisenschmelze erheblich vermindern.

Durch die kontrollierten Bedingungen im Kokereiprozess kann der Brennstoff Koks je nach Verwendungszeck an bestimmte Anforderungen angepasst werden wie

• Wassergehalt,
• Aschegehalt,
• Schwefelgehalt,
• Korngröße,
• Festigkeit,
• Abrieb.

Die häufigsten Endprodukte sind heutzutage Hochofen- und Gießereikoks. Eine der wichtigen Eigenschaften des Hochofenkoks ist die Festigkeit auch bei hohen Temperaturen. Neben der Aufgabe, als Brennstoff zu dienen, stützt der Koks im Hochofen die gesamte Materialsäule aus Erz und Zuschlagstoffen. Kohle an seiner Stelle würde verbacken und die Durchlüftung des Gemisches erschweren.

Betriebsablauf

• Anlieferung / Mischen / Mahlen/ Bunkern der Rohkohle
• Abholen einer Ofenbefüllung mit dem Füllwagen auf der Ofendecke
• Öffnen der Füllöffnungen auf der Ofendecke
• Schüttvorgang der Kohle in einen einzelnen Koksofen
• Je nach Ofenprinzip/Kohlequalität wird die Kohle gestopft
• Luftdichter Verschluss des Ofens
• Erhitzung
• Es folgt Ausgasung und das Erreichen der richtigen Porösitiät.
• Öffnen der vorderen und hinteren Ofentür
• Ausdrücken
• Löschen, gleichzeitig Neufüllen des Ofens

Nachdem ein Ofen befüllt ist, fährt der Füllwagen wieder zum Kohlenbunker, und der Vorgang beginnt mit einem anderen Ofen von vorne. Die Betriebsabläufe sind so aufeinander abgestimmt, dass alle paar Minuten ein Ausdrückvorgang stattfinden kann. Die Ofenwände werden kontinuierlich mit dem beim Kokereiprozess entstehenden Gas beheizt. Je nach Zieleigenschaften des Koks und Ofengröße liegt die Backdauer zwischen 15 und über 30 Stunden.

Benötigtes Personal/Arbeitsplätze

Für einen reibungslosen Betrieb der schwarzen Seite sind folgende Arbeitsplätze mindestens zu besetzen:

• Füller - fährt den Füllwagen
• Einfeger - schließt und vergießt die Fülldeckel, fegt die Decke sauber; mindestens ein, oft sogar zwei Mitarbeiter
• Türensteller-Maschinenseite (MS) - bedient den "Türöffner" an der Druckmaschine und reinigt den Meistergang
• Druckmaschinist - fährt und bedient die Druckmaschine
• Türensteller-Koksseite (KS) - fährt und bedient den KKF-Wagen; reinigt den Gang vor den Öfen
• Löschwagenfahrer (bei Nasslöschung, heute seltener) - bedient den Löschwagen; reinigt den Löschturm, so weit ebenerdig möglich
• Rampenzieher - bedient die Koksrampe, d.h. der Koks aus dem Löschwagen wird auf ein Transportband gesteuert, das zur Sieberei geht
• Vorarbeiter - leitet und koordiniert die Betriebsabläufe der Batterie nach Anweisung des Koks- oder Gasmeisters
• Koks-/Gasmeister - verantwortliche Aufsichtsperson für mind. eine Koksofenbatterie

Die schwarze Seite

Auf der sogenannten schwarzen Seite einer Kokerei findet die eigentliche Produktion des Koks statt. Während der Arbeit in diesem Bereich entstehen Stäube und Abgase, die zur Namensgebung führten.

Koksofen

Der Koksofen ist der zentrale Bestandteil einer Kokerei. Die zumeist verwendeten Horizontalöfen (Bewegungsrichtung beim Koksausdrücken) sind in der Regel mehrere Meter hoch und tief, aber nur ca. 1/2 m breit. Modernste Ofenkammern haben ein Volumen von bis zu 100 m³ (z.B. 0,5 x 6 x 32 m). In der Regel werden diese Kammern zu einer sogenannten Ofenbatterie zusammengefasst, wobei die Ofenkammern immer zwischen Heizzügen angeordnet werden, in denen bei 1200 bis 1400 °C Gase verbrannt werden und so die Ofenwände erhitzen. Das Heizgas entstammt der Gasreinigunsanlage, die gleichzeitig auch die Nebengewinnungsanlage ist. Ist ein Hochofenbetrieb in der Nähe, dann wird das Gichtgas mit dem niedrigen Heizwert verwendet, wobei dann Koksgas mit hohem Heizwert beigemischt wird. Die Unterfeuerung wechselt etwa alle halbe Stunde zwischen Maschinenseite und Ausstoßseite hin und her, damit eine halbwegs gleichmäßige Erwärmung der Kammern erreicht wird.

Nach der ersten Anfeuerungsphase von ca. drei Monaten bei Inbetriebnahme einer Kokerei findet der Heizprozess kontinuierlich statt. Eine zu schnelle Beheizung oder sofortiges Abschalten der Befeuerung einer Batterie führt unweigerlich zu starken thermischen Spannungen, welche die Anlage irreparabel zerstören.

Die Koksöfen sind ähnlich wie ein Hochofen im Inneren mit hitzebeständigen Schamott oder Silikasteinen ausgemauert. Jeder Ofen hat drei für den Betrieb wichtige Öffnungen, die vordere und hintere Tür an den Stirnseiten, die so breit wie die Kammern sind, sowie mindestens eine Füllöffnung auf der Ofendecke zur Beschickung des Ofens mit Kohle, meist aber vier bis fünf, um die Kohle verhältnismäßig gleichmäßig in den Ofen zu bringen und zu verteilen. Das Glattschieben der eingebrachten Kohle wird mit einer Planierstange durchgeführt. Diese Planierstange befindet sich an der Drückmaschine und wird von dieser in Gang gesetzt.

Ofendecke

Die Ofendecke ist nicht einfach nur das Dach einer Koksofenbatterie. Auf der Ofendecke fährt der Füllwagen zwischen den einzelnen Füllöffnungen der Koksöfen und einem oder mehreren Kohlebunkern hin und her.

Der Arbeitsplatz auf der Ofendecke ist nicht ungefährlich. Hitze, Staub, Gase und Flammen erschweren die Arbeit.

Kohlenbunker

Je nach Anlagenbauart befinden sich auf der Ofendecke oder an einem der Enden einer Batterie eine oder mehrere Kohlenbunker. Ein Bunker enthält die Kohlevorräte, die von den Füllwagen in die Öfen verbracht werden. Die Bunkerkohle ist ein auf die Zieleigenschaften des Koks abgestimmtes Gemisch verschiedener Kohlesorten, die zuvor bereits durch Siebung oder Mahlung eine bestimmte Körnung erhalten hat.

Maschinenseite

Unter Maschinenseite versteht man die Seite einer Koksofenbatterie, auf der die Drückmaschine (auch "Drücklok" genannt) läuft (fährt). Die Drückmaschine hat die Aufgabe, den fertigen Kokskuchen (die unter Luftabschluss gegarte Kokskohle) zur Weiterverarbeitung auszudrücken. Hierzu wird eine Stange benutzt, welche sehr häufig zwei- bis dreigeteilt ist, um die gesamte Länge des Ofens befahren zu können. Am vorderen Ende dieser Stange befindet sich der Drückkopf. Der Gang vor den Öfen, auf der Maschinenseite, wird Meistergang genannt. Dieser Maschinenseiten-Gang ist so breit, dass hier nicht nur der "Türensteller" seiner Arbeit nachgehen kann, sondern auch der "Koksmeister" (auch "Gasmeister" genannt).

Koksseite

Die Koksseite ist jene Seite einer Koksofenbatterie, an der der gare Koks aus dem Ofen fällt und in den Löschwagen gelangt. Damit dies problemlos geschehen kann, fährt hier der "Koks-Kuchen-Führungswagen", auch KKF genannt. Ein Maschinist (Türensteller) bedient die Maschine und fährt zu dem entsprechenden Ofen. Wenn alle Sicherheitssignale auf grün sind, wird mit dem KKF die Tür geöffnet. Der KKF fährt dann die "Wanne" in Position. Diese Wanne ist lediglich die Führung für den Kokskuchen, vom Ofen über den Gang zum Löschwagen.

Kokslöschung

Ein Unterscheidungsmerkmal der Prozessführung ist die Art des Kokslöschens. Sobald durch das Öffnen der Kontakt zum Luftsauerstoff hergestellt ist, beginnt der Koks bei den noch herrschenden Temperaturen zu verbrennen. Um das zu verhindern, muss er schnell gelöscht und abgekühlt werden.

Diese Abkühlung kann auf folgende Arten geschehen:

Koksnasskühlung

• Pro Tonne Koks sind ca. 2 m³ Wasser zur Löschung notwendig.
• Wärmeenergie geht verloren.
• ca. 1/3 des Löschwassers verdampft.
• Problematische Reinigung des vor allem mit Staub, Wassergas und Schwefelwasserstoff verunreinigten Wasserdampfes

Noch 1986 lagen die Messwerte für einen Koksnasskühlvorgang bei 200 bis 2000g Staub pro Tonne Koks. Im modernen CSQ-Verfahren (Coke Stabilizing Quenching) rechnet man nur noch mit einer Belastung von 10 bis 15g/t.

Kokstrockenkühlung

(meist mit Stickstoff als Inertgas)

• ermöglicht Energierückgewinnung
• kein Wasserverbrauch
• geringere Staubentstehung
• teuer im Bau und Unterhalt

Die weiße Seite Mitte des 19. Jahrhunderts begann man aus den Kokereigasen wertvolle Rohmaterialien für die Chemie-Industrie zu gewinnen. Die Anlagenteile, die die Aufgabe der Gaswäsche und Abscheidung verschiedener Stoffe übernehmen, werden meist auf der Maschinenseite gebaut und durch dicke Rohrleitungen der Gasvorlage mit dem Kokereigas versorgt. Hier fallen normalerweise keine Stäube oder andere sichtbare Verschmutzungen an, daher der Name "weiße" Seite oder Kohlenwertstoffanlage. Um das Rohgas von der Gasvorlage abzusaugen und dann durch die Nebengewinnungsanlagen zu fördern, wird ein als Gassauger bezeichnetes Gebläse eingesetzt. Hierbei ist es entscheidend, die Gasvorlage unter leichtem Überdruck (20 bis 50 Millimeter Wassersäule) zu halten. Ein Unterdruck würde ein Explosionsrisiko sein. Ist der Gassauger gestört, wird abgefackelt.

Zuerst wird das Kokereirohgas heruntergekühlt und anschließend im sogenannten Gaswäschern gewaschen. Darauffolgend werden die einzelnen herausgewaschenen Bestandteile der Weiterverarbeitung zur Herstellung folgender Nebenprodukte den jeweiligen Produktionsprozessen zugeführt:

Nebenprodukte

• Teer
• Benzol
• Schwefel
• Ammoniak
• Ammoniumnitrat (Düngemittel)
• Schwefelsäure
• Phenolatlauge

Kokerei aktuell (2005)

Der Weltmarktpreis für Koks schwankt stark. Von 2002 bis 2004 stieg der Weltmarktpreis für chinesischen Koks im Zuge der weltweiten Stahl-Hausse von etwa 80 USD auf etwa 350 USD, mehr als eine Vervierfachung des Preises, dreimal soviel wie die Steigerung des Stahl-Preises im gleichen Zeitraum.

Parallel bauten Chinesen im Ruhrgebiet die moderne Kokerei Kaiserstuhl in Dortmund ab.<ref>Stefan Willeke: "Herr Mo holt die Fabrik - Die modernste Kokerei der Welt zieht von Dortmund nach China" In: DIE ZEIT Nr. 40 vom 23.09.2004</ref> Dem letzten Werk in Deutschland mit Kokstrockenkühlung hatte der gesicherte Absatz gefehlt, nachdem der Thyssenkrupp-Konzern seine Roheisen- und Stahlerzeugung in Dortmund einstellte und in Duisburg konzentriert hatte.

Die drei im Raum Ruhrgebiet verbliebenen Kokereien, das Bottroper Werk Kokerei Prosper, die Kokerei Schwelgern und die Kokerei der Hüttenwerke Krupp Mannesmann, arbeiten seit drei Jahren an der Kapazitätsgrenze. Für die Kokerei der Hüttenwerke Krupp Mannesmann im Duisburger Süden (Huckingen) wurde am 3. Juni 2005 ein Genehmigungsantrag für die Erweiterung um eine weitere Batterie bei der Bezirksregierung Düsseldorf gestellt. Die Genehmigung wurde am 13. Januar 2006 erteilt. Sie wurde bisher jedoch nicht in Anspruch genommen.

Im Dezember 2005 wurde die Sanierung der Zentralkokerei Saar GmbH, Dillingen beschlossen. Das Konzept sieht den Bau einer neuen dritten Batterie vor. Nach deren Inbetriebnahme wird die alte Batterie Nr. 1 abgeheizt und neu aufgebaut. Danach geht die zweite alte Batterie außer Betrieb.

Industriepolitik

Durch den hohen Kokspreis meinen einige Kohlebefürworter es sei nun wieder wirtschaftlich, in Deutschland Kohle zu fördern und neue Schächte abzuteufen. So existieren Pläne für ein neues, angeblich subventionsfrei zu erstellendes Bergwerk nördlich Hamm.<ref>http://www.ascheberg.de/134.html</ref> Skeptiker sehen in einer Investition im derzeitigen Wirtschaftszyklus jedoch bereits volkswirtschaftliche Folgekosten durch die nächste Absatzkrise. Außerdem ist noch offen, wie die Förderung ohne Subventionen möglich sein soll.

Literatur

• Walter Buschman: Zechen und Kokereien im rheinischen Steinkohlenbergbau. Aachener Revier und westliches Ruhrgebiet. Mann, Berlin 1998, ISBN 3-7861-1963-5
• Dietmar Osses: Kohle, Koks, Kultur. Die Kokereien der Zeche Zollverein. Stiftung Industriedenkmalpflege und Geschichtskultur, Dortmund ca. 2002, ISBN 3-935783-09-4
• Franz Michael Ress: Geschichte der Kokereitechnik. Glückauf, Essen 1957
• Fritz Schreiber: Entwicklung und gegenwärtiger Stand der Kokereiindustrie Niederschlesiens. Springer, Berlin 1911 (Digitalisat)
• Michael Farrenkopf (Hrsg.): Koks. Die Geschichte eines Wertstoffes, 2 Bde. Deutsches Bergbau-Museum, Bochum 2003.

Weblinks

• Informationen zum Kokereiverfahren, eine Website des „Arbeitskreises Thyssen-Kokereien“
• Bilder von Kokereien in Europa und Nordamerika
• Fotografien von Kokereien

<references/>

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