Winkler Prins Encyclopedie

E. de Bruyne, G.B.J. Hiltermann en H.R. Hoetink (1947)

Gepubliceerd op 28-12-2022

COKES

betekenis & definitie

(voor halfcokes z laagtemperatuurdestillatie) is de naam van het koolstofrijke vaste residu, dat achterblijft, als men bepaalde brandstoffen, speciaal steenkool, onder afsluiting van lucht op hoge temperatuur verhit (zgn. droog destilleert). Behalve de gewone cokes uit steenkool zijn voor het practisch gebruik van belang de cokes die vervaardigd wordt uit turf (turfcokes), bruinkool (bruinkoolcokes of grude) en het vaste residu, dat overblijft bij de destillatie van zware fracties van petroleumproducten (petroleumcokes).

Chemisch is het begrip cokes uitgebreider. Men verstaat dan onder cokes elk koolstofrijk vast residu, dat bij droge destillatie van een organische stof achterblijft, dus bijv. ook houtskool, suikerkool, beenderkool etc. Gewone steenkoolcokes bevat ca 84-90 pct koolstof, 0,5-1,0 pct waterstof en 1-2 pct zwavel+phosphor. De rest wordt gevormd door onzuiverheden (water+as).

Niet uit alle steenkoolsoorten kan men het product verkrijgen, dat algemeen als cokes bekend is. Verhit men bijv. anthraciet of magerkool onder afsluiting van lucht op hoge temperatuur, dan blijft een koolstofrijk residu over, dat niet is samengebakken. Het bestaat uit poeder, niet uit de grijze harde stukken van poreuze structuur, die men als cokes kent. Hetzelfde is het geval bij droge destillatie van vlamkool.

Slechts zeer bepaalde steenkoolsoorten zijn dus voor de normale cokesbereiding bruikbaar, en wel de gaskolen en de vetkolen.Voor de lichtgasbereiding, waarbij het in de eerste plaats aankomt op een zo hoog mogelijke productie van gas, gebruikt men gaskolen. Dit zijn steenkolen welke bij droge destillatie 28-35 pct gas (vluchtige stoffen) geven. De cokes die hierbij ontstaat, de gascokes, is feitelijk een bijproduct. Door het hoge gehalte aan vluchtige stoffen van het uitgangsproduct is gascokes zeer poreus en, daar de temperatuur bij de gasbereiding aan de lage kant is, betrekkelijk donker van kleur.

Zij is ook weinig stevig en heeft een doffe klank. Als huisbrandstof heeft gascokes een zeer goede naam daar zij gemakkelijk ontsteekt (ontstekingstemperatuur ca 550 gr. C.).

Komt het er echter op aan een goede industriecokes te maken, d.w.z. stevige, harde stukken cokes, dan moet men uitgaan van vetkool (20-28 pct vluchtige stoffen) daar deze het hoogste „bakkend vermogen”, d.w.z. de sterkste cokesvormende eigenschappen bezit. De vetkool wordt dan in speciale ovens (kamerovens) op hogere temperatuur verhit dan bij de bereiding van gascokes gebruikelijk is. De op deze wijze verkregen cokes is zuiver grijs van kleur, fijn poreus en zeer hard. Zij is minder makkelijk brandbaar dan gascokes daar de ontstekingstemperatuur bij ca 700 gr.

C. ligt. Zij wordt speciaal gebruikt voor metallurgische doeleinden (gieterij en hoogoven) waarbij eis is, dat de cokes aan hoge druk (hoogoven) en aan ruwe behandeling (bij het storten) weerstand kan bieden zonder te vergruizelen.

De cokesbereiding heeft plaats in retorten (buisvormige ovens met halfronde doorsnede) of in kamerovens, resp. cokesovens (langwerpige rechthoekige kamers, die aan de beide lange zijkanten verhit worden). In Nederland treft men de gewone horizontale retorten nog slechts aan op kleinere gasfabrieken. Een verbetering van dit type retorten zijn de verticale retorten, die ten slotte tot de moderne continu werkende apparaten van grote afmeting werden geperfectionneerd. Van dit laatste type noemen wij de systemen Glover-West en Woodall-Duckham.

De grootste Engelse gasfabriek, die in Beckton, werkt nog steeds met gewone verticale retorten. Men gaat daar in de nabije toekomst echter ook over tot het invoeren van kamerovens.

In Nederland werken de grote gasfabrieken alle met kamerovens, het zijn dan ook eigenlijk geen gasfabrieken maar cokesfabrieken, die vetkool verwerken tot kamerovencokes.

Tijdens de overgang in cokes wordt de steenkool plastisch. Daar de verhitting in de kamers van de beide wanden uit geschiedt, is nabij beide verhitte wanden reeds cokes gevormd, wanneer in het midden van de oven nog onveranderde steenkool aanwezig is. Van elk der wanden uit gerekend heeft men dus in de in bedrijf zijnde oven eerst een laag cokes, daarna een laag in ontgassing zijnde kolen doordrenkt met teer (de zgn. teernaad) en daarna nog onveranderde kool.

Naarmate de tijd voortschrijdt bewegen beide teernaden zich van de wand uit naar het midden van de oven en is minder en minder onveranderde kool aanwezig. Wanneer beide teernaden elkaar bereikt hebben, hetgeen in het midden van de oven geschiedt, is de cokesvorming beëindigd.

In de teernaad spelen zich allerlei processen af, die het onderwerp van veel studie zijn geweest. Vermeld zij slechts, dat de kool in de teernaad smelt en ontleedt en dat de cokes hierin gevormd wordt. Vermeld zij tevens, dat tijdens de cokesvorming, een druk kan optreden, de zgn. zweldruk, die bij bepaalde koolsoorten zó hoog kan zijn dat de ovenwanden worden ontzet.

De destillatiegassen en teer ontsnappen door de gloeiende cokeslaag (d.w.z. aan de wandzijde) en ondergaan daar ontleding en omzetting onder invloed van de hoge temperatuur (thermisch cracken). Daarbij ontstaan o.a. naphthaline en anthraceen, bekende bestanddelen van de steenkoolteer. Ook de „vrije koolstof der teer” en de grafietafzettingen, die men dikwijls in retorten waarneemt, vinden hier haar oorsprong.

Daar de cokes, nadat zij in de teernaad gevormd is, krimpt, zal in het midden van de oven, parallel aan de zijwanden, een spleet aanwezig zijn, wanneer de beide teernaden elkaar bereikt hebben. Bij het „drukken” van de kamers komt de cokes daarom als twee parallel naast elkaar liggende lagen uit de ovens.

Wij maakten reeds onderscheid tussen gascokes en kamerovencokes. Daarnaast bestaat ook het begrip gieterijcokes of gietcokes. Deze wordt vrijwel uitsluitend gefabriceerd door de cokesfabrieken aan de vetkoolmijnen. Meestal lopen de begrippen gietcokes en kamerovencokes parallel.

Aan de Nederlandse mijnen (Maurits en Emma) echter noemt men de gewone kamerovencokes mijncokes en verstaat men onder gietcokes een speciaal product, dat in kleinere kamerovens onder langduriger verhitten op hogere temperatuur uit zeer speciale steenkoolmengsels wordt vervaardigd. Dit product is nog harder en minder brandbaar dan de normale kamerovencokes of mijncokes en wordt voor speciale doeleinden tegen een hogere prijs in de handel gebracht. Er is dus scherp onderscheid te maken tussen buitenlandse en Nederlandse gietcokes.

Voordat zij in de handel komt wordt de cokes meestal gebroken en gezeefd. De afmeting van ca 10-20 mm heet parelcokes, onder 10 mm spreekt men van cokesbries. Gebroken grote stukken kamerovencokes (stevige, hoekige stukken ten gevolge van de hardheid) noemt men gebroken cokes of brechcokes. Met trots kunnen wij constateren, dat de Nederlandse mijnen met de cokesbereiding aan de top staan.

Dit werd bereikt door een zeer nauwgezette studie over de korrelgrootte en het watergehalte van de uitgangskool en door een zeer intensieve menging van bepaalde koolsoorten.

Cokes vindt hoofdzakelijk toepassing als huisbrand (centrale verwarming), in generatoren (bijv. voor het bereiden van watergas) en in de metallurgische industrie (hoogovens en koepelovens). In verband met het gebruik in generatoren zij nog opgemerkt, dat de gasfabriek en de cokesfabriek een groot deel van de vervaardigde cokes zelf in eigen generatoren gebruiken voor het vervaardigen van het generatorgas waarmede de retorten en kamerovens worden verhit.

De toepassing van cokes voor het smelten van metalen vindt haar oorzaak in het feit, dat cokes een zeer zuivere brandstof is daar teer en gassen zijn afgedreven tijdens de verhitting. Van oudsher heeft men aan de brandstof, die diende voor het smelten van metalen, zeer hoge eisen gesteld wat de zuiverheid betreft. Oorspronkelijk werd daarom voor dit doel uitsluitend houtskool gebezigd. De voortschrijdende ontbossing dwong echter naar andere brandstof om te zien en het was de cokesbereiding, die hier uitkomst bracht.

In direct verband hiermede is het begrijpelijk, dat aan de cokes voor metallurgische doeleinden speciale eisen worden gesteld wat de zuiverheid (speciaal het zwavel- en phosphorgehalte) betreft.

De in de aanvang genoemde bruinkoolcokes of grude wordt in speciaal hiervoor geconstrueerde ovens als huisbrandstof gebruikt. Grote verbreiding heeft zij, behalve plaatselijk, echter niet gevonden.

Turfcokes werd in de oorlog gebruikt in generatorauto’s. Van veel belang is de turfcokesbereiding thans echter niet. Mogelijk, dat in turfrijke streken de bereiding er van interessant kan zijn (turfcokes is zeer zuiver); een groot nadeel is echter de geringe opbrengst daar turf zeer veel (ca 60-80 pct) gas geeft. Dit gas is bovendien slechts van geringe waarde.

Petroleumcokes, ook wel Dubb’s cokes genoemd, heeft groter technisch belang. Een nadeel is, dat het zwavelgehalte van petroleumcokes meestal zeer hoog is (ca 3 pct); daartegenover staat het voordeel, dat deze cokes zeer weinig ashoudend is (ca 0,5 pct as). Daardoor is de verbrandingswarmte van petroleumcokes zeer hoog (ca 8600 cal/kg). De verbrandingswarmte van gewone cokes is ca 6700-7200 cal/kg.

Petroleumcokes wordt in de industrie gebruikt voor het opwekken van stoom. Door het lage asgehalte is de vuurtemperatuur zeer hoog en daarom verstookt men, om de roosterstaven te sparen die zouden wegsmelten, de cokes hetzij op een laag as of op een bed van vuurvaste steen. Als bijzonderheid zij opgemerkt, dat de as van petroleumcokes soms zeer rijk is aan vanadium (10 pct en meer) en dat zij daarom dikwijls wordt verzameld en verkocht, waarbij dan het vanadiumgehalte bepalend is voor de prijs.

Het onderzoek van cokes omvat vnl. het bepalen van de onzuiverheden (as en water). Het water gehalte kan, dit in verband met de poreuze structuur, soms aanzienlijk zijn.

Verder wordt ook de hardheid (drukproeven, wrijfproeven en valvastheidsproeven), het zwavelen phosphorgehalte en de temperatuur waarbij de as verweekt dikwijls bepaald.

Daarnaast is ook de brandbaarheid van de cokes van belang. Wij hebben reeds opgemerkt, dat gascokes gemakkelijker ontsteekt dan gietcokes. Een vuur, opgebouwd uit gascokes, is dan ook gemakkelijker regelbaar dan een vuur opgebouwd uit gietcokes, d.w.z. bij verminderen van de luchttoevoer gaat een vuur van gietcokes gauwer uit dan een vuur van gascokes. Deze eigenschappen bleken ook in de techniek van belang te zijn, vandaar dat er veel onderzoekingen zijn verricht en theorieën opgesteld over de brandbaarheid van cokes.

Van Nederlandse zijde is hieraan o.a. deelgenomen door A. Korevaar en schrijver dezes.

Meer en meer is men tot het inzicht gekomen, dat tussen de verschillende cokessoorten niet zulke grote verschillen bestaan als oorspronkelijk wel werd gedacht. Tenminste niet als men de cokessubstantie zelf beschouwt. In de practijk heeft men echter, behalve met de cokessubstantie, te maken met het feit dat de stukgrootte en de poreusheid van verschillende cokessoorten zeer verschillend zijn. En deze laatste twee factoren bleken wel degelijk bepalend te zijn voor het technisch gedrag van cokes.

Zo is bijv. een vuur, dat opgebouwd is uit kleine stukken, steeds beter regelbaar dan een vuur dat is opgebouwd uit grote stukken. Wanneer bij een installatie dan ook moeilijkheden worden ondervonden wat de regelbaarheid betreft zal men meestal baat vinden door op een kleinere stukgrootte over te gaan.

Vermelden wij ten slotte nog de „crilical airblast test” een technische laboratoriummethode, die ten doel heeft gegevens omtrent de brandbaarheid van een cokes te verschaffen. Hierbij wordt op een miniatuur rooster (draadgaas) een cokeskolom van nauwkeurig genormaliseerde korrelgrootte tot gloeien gebracht en de hoeveelheid lucht bepaald, die deze kolom gedurende 20 min. juist brandende kan houden.

D. J. W. KREULEN F.INST.P.

Lit.: O. Simmersbach, Koks-Chemie (1914); R. A. Mott and R.

V. Wheeler, Coke for Blastfurnaces. ist report Midland Coke Research Committee (1930); H. Kurz und F. Schuster, Koks (1938); R.

A. Mott and R. V. Wheeler, The Quality of Coke. 2nd report (1939); F.

M. H. Taylor, Production and Utilization of Coke (1939); Methods of Test for Transport Gas Producer Fuels (C.A.B. test), British Standard 1264 (1945)» H. H.

Lowry, Chemistry of Coal Utilization (1945); D. J. W. Kreulen, Elements of Coal-Chemistry (1948); Coke oven manager’s association, The History of Coke Making (1936).