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《大连理工大学》 2010年
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焦炉煤气中氢气和甲烷的吸附分离

刘艳娜  
【摘要】: 煤在炼焦过程中生成焦炭的同时得到副产品焦油和焦炉煤气。焦炉煤气中含有约50%的H2和30%的CH4,是一种含量丰富的氢气源,因此从焦炉煤气中分离氢气是焦炉煤气的一个重要应用途径。目前工业分离焦炉煤气中氢气主要采用变压吸附的方法,其中吸附剂是变压吸附的基础与核心。本文在研究商用分离焦炉煤气吸附剂的基础上,对现有广泛应用的活性炭和5A分子筛吸附剂进行制备和改性,并尝试利用新型吸附剂ETS-4的独特结构,使氢气和甲烷得到高效分离。 采用静态容积法分别测定了焦炉煤气中主要成分CH4、H2、N2、CO、CO2在商用吸附剂活性炭和5A分子筛上的的吸附平衡等温线,并利用Clausius-Claperyron方程计算各气体组分在不同吸附剂上的等量吸附热;通过模拟焦炉煤气吸附床的动态穿透曲线,得到操作过程中各组分的吸附特点及吸附床压力、原料气的流速对各组分气体吸附的影响。结果表明:对两种吸附剂来说,五种气体的平衡吸附量大小顺序均为:CO2CH4CON2H2,其中CO2的吸附量明显的大于其它四种气体;随着温度的增加,吸附量逐渐减小;其中CO2,CH4,CO,N2的吸附等温线均呈现为Ⅰ型等温线,H2的吸附等温线呈直线型。等量吸附热随吸附量变化有波动,但变化幅度并不大,说明这两种吸附剂表面吸附能比较均一,在吸附过程中可以忽略吸附质分子间的作用。从动态穿透曲线可以看出,随着原料气流量的减小和吸附压力的增加,气体在吸附床上的穿透时间延长,吸附剂对气体的吸附能力也逐渐增加。 采用次烟煤制备活性炭,考察制备参数如活化剂与原料的比例(碱煤比)、活化温度及活化时间等对活性炭孔结构的影响,并将其应用于CH4和H2的吸附分离,得到适合于CH4和H2吸附及分离的条件;对商用活性炭进行十二烷基磺酸钠和MgO的表面改性,考察改性后官能团的变化以及对CH4和H2的吸附分离能力。结果表明采用次烟煤制备活性炭时,当活性炭的孔径聚集在0.7-2 nm的超微孔范围内时,孔容积越大,甲烷的吸附量越大,CH4/H2的理想分离因子越大;适合于甲烷吸附及分离氢气与甲烷的活性炭最佳制备条件是:碱煤比为5,活化温度800℃,活化时间为90 min;适合于氢气吸附的活性炭最佳制备条件是:碱煤比为4,活化温度800℃,活化时间为60 min。经十二烷基磺酸钠和MgO改性后,CH4和H2的吸附量及CH4/H2理想分离因子均随十二烷基磺酸钠和Mg(NO3)2浓度的增加呈先增加后减小的趋势,且在浓度为2%和0.5 mol/L时达到最大;一定量的表面改性有助于活性炭吸附分离CH4和H2。 在A型分子筛合成体系中添加水溶性高聚物聚乙二醇PEG-1000合成了平均粒径为200-400 nm的亚微米A型分子筛;通过添加两性有机硅烷三甲氧基硅丙基二甲基十八烷基氯化铵(TPOAC)制备多级孔道A型分子筛。上述两种分子筛经过Sr2+交换得到了亚微米级及多级孔道的SrA吸附剂。经XRD、SEM、TEM、N2吸附及激光粒度等表征,确定产物具备亚微米级颗粒及多级孔道特征。通过静态吸附实验对制备的亚微米SrA、多级孔道SrA及工业级5A吸附剂的甲烷和氢气静态吸附量比较,结果表明,亚微米SrA及多级孔道SrA吸附剂的甲烷和氢气吸附量均高于工业级5A吸附剂,亚微米SrA吸附剂具有最大的甲烷和氢气吸附量。 采用水热合成法制备出外貌为丝状聚集体,形状类似于两个花椰菜头连在一起的NaETS-4微孔钛硅分子筛,并进行Sr2+离子交换。NaETS-4和SrETS-4的热重分析及XRD表征表明,分子筛经Sr2+离子交换后其热稳定性显著提高。采用脉冲色谱法将制备的NaETS-4及SrETS-4应用于氢气和甲烷的分离,结果表明CH4和H2在分子筛内部的传质主要受微孔扩散阻力的影响,而外膜传质阻力和大孔扩散阻力的影响较小;对NaETS-4来说,随着活化温度的升高,甲烷分子的亨利系数和扩散速率减小;经Sr2+离子交换后,甲烷和氢气分子的在吸附剂中的亨利系数增加,扩散速率减小,且随着活化温度的升高,CH4和H2的动力学选择系数增加,当活化温度为310℃时,动力学扩散选择系数达8.91,显示出了SrETS-4吸附剂很大的优势和开发应用前景。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TQ520

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【引证文献】
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1 陆僖;活性炭高选择性净化医用一氧化氮中二氧化氮的特性研究[D];华中科技大学;2011年
【参考文献】
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1 马跃龙,陈诵英,彭少逸;小颗粒NaY分子筛透明液相导向剂的制备及其性能[J];催化学报;1995年05期
2 杨振国;;膜分离在制氢装置中的应用[J];河北化工;2009年05期
3 周亚平,杨斌;气体超临界吸附研究进展[J];化学通报;2000年09期
4 李书荣,张文辉,王岭,单晓梅;不同变质程度的煤制活性炭孔隙结构分析[J];洁净煤技术;2004年01期
5 李启辉;吴国光;王共远;孙志强;李建亮;康虹;;焦炉煤气的利用与发展前景[J];能源技术与管理;2006年01期
6 李其京;许维秀;;水合物法分离技术的研究进展[J];科技信息(学术研究);2006年05期
7 高铁男,罗挽兰,贾同文,詹正坤,刘述全,王敬中,项寿鹤,李赫喧;用气相色谱法研究C_8芳烃在HZSM—5分子筛上的传质[J];离子交换与吸附;1994年02期
8 张凤辰;焦炉煤气的综合利用途径[J];煤矿机电;2005年02期
9 解强,陈清如;提高煤基活性炭质量的两个途径[J];煤炭转化;1996年01期
10 王重庆,刘晓勤,姚虎卿;表面改性活性炭对CO_2的吸附性能[J];南京化工大学学报(自然科学版);2000年02期
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1 李菲菲;频率响应法研究分子筛及改性分子筛的吸附性能[D];兰州大学;2008年
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1 黄立明;分子筛负载多金属催化剂及在加氢制备MXDA中的应用[D];浙江大学;2004年
【共引文献】
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1 张春;李村;吴振玉;王冬梅;康文斌;;掺杂Co的介孔SiO_2的制备与表征[J];安徽大学学报(自然科学版);2010年04期
2 原金海;谭世语;周志明;;水热法由富锰渣制备4A分子筛工艺初探[J];安徽化工;2008年03期
3 赵子辉;;浅谈往复式焦炉气压缩机的长周期运行[J];安徽化工;2011年03期
4 章璟嵩;于少明;;由膨润土合成介孔分子筛及其吸附性能研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2009年05期
5 李国莲;;改性活性炭吸附净化二氧化硫实验研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2010年02期
6 张国君;班红艳;吴红运;王家博;张丽华;高丽娟;;有机改性介孔硅材料在重金属废水处理中的应用[J];安徽农业科学;2011年12期
7 陈景茂;吴晋沪;王裕鑫;;利用稻壳灰水热合成A型沸石的工艺研究[J];安徽农业科学;2011年23期
8 王国媛;买文宁;肖珊;;微波诱导活性炭催化处理酸性靛蓝废水[J];安徽农业科学;2012年06期
9 陈君华;郭雨;周扬;周川成;周鑫;钱行;胡少强;;高比表面硫酸沉淀法纳米白炭黑的制备及表征[J];安徽科技学院学报;2012年01期
10 张家元,林炳昌;三带模拟移动床色谱分离过程的实验分析[J];鞍山钢铁学院学报;1999年05期
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1 孙国锋;王金渠;刘垚;孔春龙;;FAU型沸石膜的合成及其在气/液分离中的应用[A];第二届全国膜分离技术在食品工业中应用研讨会论文集[C];2006年
2 赵庆宇;王爱芳;孔春龙;鲁金明;杨建华;王金渠;;低模板剂法合成Silicalite-1沸石膜及其气体渗透性能[A];第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2007年
3 孙国锋;刘垚;王金渠;;FAU型沸石膜的合成及其在气/液分离中的应用[A];第三届中国膜科学与技术报告会论文集[C];2007年
4 龚德志;闫群英;刘旭松;蒋丽娟;姜斌;王国胜;;纯硅MCM-41的制备及表征[A];科学发展与社会责任(A卷)——第五届沈阳科学学术年会文集[C];2008年
5 王广建;曾娜;张晋;郭娜娜;;合成Ti-HMS分子筛的制备过程[A];中国化工学会2011年年会暨第四届全国石油和化工行业节能节水减排技术论坛论文集[C];2011年
6 徐慎颖;潘湛昌;肖楚民;魏志钢;胡光辉;;锯切花岗岩粉制备13X沸石分子筛[A];低碳技术与材料产业发展研讨会论文集[C];2010年
7 祝翠梅;魏长平;彭春佳;许洁;孙小飞;;MCM-41与8-羟基喹啉铝复合发光材料的制备与性能研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(1)[C];2007年
8 王广健;杨振兴;陈士夫;徐明霞;;离子液中介孔TiO_2的制备及其形成机理研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(7)[C];2007年
9 杜玉成;史树丽;何洪;;纳米棒状结构Ce_(0.7)Zr_(0.3)O_2制备及机理研究[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年
10 金建;肖强;;原位聚合PET/分子筛复合材料及性能研究[A];PPTS2005塑料加工技术高峰论坛论文集[C];2005年
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4 谢伟;Ti-MWW钛硅分子筛合成新方法及其催化性能的研究[D];华东师范大学;2011年
5 陈丽;具有多重孔结构的MFI型分子筛的合成及其催化性能的研究[D];华东师范大学;2011年
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7 夏洪应;微波加热典型物料制备高比表面积活性炭及演变机制[D];昆明理工大学;2009年
8 刘亚敏;新型固体胺吸附分离烟气中二氧化碳[D];浙江大学;2011年
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1 苏超;变压吸附管道流体动力学特性研究[D];山东科技大学;2010年
2 刘璇;云南萝芙木中育亨宾提取与分离的研究[D];中南林业科技大学;2009年
3 赵紫军;(MCM-41)-La_2O_3纳米复合材料的制备、表征及光学性质研究[D];长春理工大学;2010年
4 谷桂娜;介孔分子筛的合成及其孔道中脂肪酶固定化的研究[D];辽宁师范大学;2010年
5 孙伟杰;介孔分子筛的制备及对木瓜蛋白酶固定化研究[D];辽宁师范大学;2010年
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7 王友强;中孔二氧化钛光催化剂的制备及其在有机废水处理中的应用[D];郑州大学;2010年
8 李恒;氧化锰及其纳米复合材料的制备与性能研究[D];郑州大学;2010年
9 李敏艳;A1-SBA-15介孔材料的合成、表征及催化性能研究[D];郑州大学;2010年
10 苏会立;沸石参与的选择性催化醇需氧氧化研究[D];郑州大学;2010年
【同被引文献】
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1 赵瑞方;华坚;陈放;张志林;尹华强;田建;刘春琼;;麻风树果壳活性炭表面分形维数的实验研究[J];安全与环境学报;2008年02期
2 高首山,邓景屹,刘文川;活性碳纤维的化学改性[J];鞍山钢铁学院学报;2000年06期
3 王树森,曾美云,王志忠;气体分离用炭膜──膜孔径对膜分离特性的影响[J];北京工业大学学报;1994年02期
4 张一烽,龚张水,沈之荃;高选择性透过SO_2气体分离膜研究 Ⅰ.丙基乙烯基亚砜改性聚乙烯醇功能高分子的合成[J];高分子学报;1992年06期
5 朱石清;尹炳奎;朱南文;员帅波;寿宗奇;;污泥改性活性炭技术及其应用进展[J];中国给水排水;2006年24期
6 王贺礼;胡辉;李劲;赵全中;;脉冲放电产生医用NO副产物NO_2的去除[J];工业催化;2006年08期
7 陶冬民;孟冠华;欧承慧;刘宝河;;污泥活性炭的制备及其在焦化废水中的应用[J];安徽工业大学学报(自然科学版);2009年03期
8 李婕;羌宁;;活性炭吸附回收挥发性有机物的研究进展[J];化工环保;2008年01期
9 滕一万;武法文;王辉;李磊;张志炳;;CO_2/CH_4高分子气体分离膜材料研究进展[J];化工进展;2007年08期
10 阿依努尔·达吾提;迪丽努尔·塔力甫;阿布力克木·阿布力孜;司马义·努尔拉;;羊骨基活性炭对溶液中Pb(Ⅱ)的吸附性能[J];化工进展;2010年12期
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1 苏伟;椰壳基微孔活性炭制备与表征研究[D];天津大学;2003年
2 张兵;分子筛炭膜的制备、微结构及气体分离性能[D];大连理工大学;2007年
3 刘庆岭;功能炭膜的设计、制备及其气体分离性能[D];大连理工大学;2008年
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1 曾海;吸附法分离回收工业尾气中烯烃的研究[D];大连理工大学;2000年
2 王栋;生物质热裂解实验研究及热裂解产物利用[D];浙江大学;2004年
3 刘生;球状活性炭的研制[D];北京化工大学;2005年
4 周丕严;H_3PO_4、KOH活化法桐壳基活性炭的制备及其吸附性能的研究[D];福建师范大学;2007年
5 林云珠;氯化锌活化法桐壳基活性炭的制备及表征[D];福建师范大学;2007年
6 王贺礼;脉冲放电产生医用一氧化氮混合气中二氧化氮的去除方法研究[D];华中科技大学;2006年
7 张正敏;负载化离子液体用于酸性气体的分离[D];浙江大学;2008年
8 赵国锋;活性炭结构改性、表征及煤井甲烷提浓的应用研究[D];中国石油大学;2008年
【二级参考文献】
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1 赵璧英,张玉芬,段连运,谢有畅,唐有祺;乙烯在CuO/γ-Al_2O_3上吸附性能的研究[J];催化学报;1982年02期
2 张全信,刘希尧,雷鸣,徐仑;铜基催化剂的结构、物性及其对混合碳四选择加氢反应的催化性能[J];催化学报;2002年03期
3 赵同复,李斌,王振龙,李士杰,王建伟,郁灼;BaX分子筛的阳离子分布及其吸附分离对二甲苯的机理[J];催化学报;2005年08期
4 陆致龙,王蓉,柯俊,陈桦,慕旭宏,宗保宁;原始合金制备方法对Raney Ni催化剂结构及加氢活性的影响[J];催化学报;1997年02期
5 徐青,乐英红,高滋;化学液相沉积与沸石择形催化性能[J];催化学报;1998年04期
6 刘涛,徐国林,高颖,史克英,徐恒泳;Ni-Cu/α-Al_2O_3催化剂上天然气转化制备低能耗合成氨原料气[J];催化学报;1998年06期
7 杨全红,郑经堂,王茂章,张碧江;微孔炭的纳米孔结构和表面微结构[J];材料研究学报;2000年02期
8 周锦霞;张永春;郭新闻;宋伟杰;白洪亮;张安峰;;金属盐阴离子和阳离子对乙烯络合吸附性能影响[J];大连理工大学学报;2006年02期
9 李德伏,曾海,张艳,王金渠;分子筛吸附分离乙烯和氮气性能研究[J];低温与特气;2000年06期
10 林刚,陈晓惠,金石,蔺恕昌;气体膜分离原理、动态与展望[J];低温与特气;2003年02期
【相似文献】
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1 谢建林,郭勇义,吴世跃;常温下煤吸附甲烷的研究[J];太原理工大学学报;2004年05期
2 郭亮;彭晓峰;吴占松;;甲烷在成型纳米活性炭中的吸附动力学特性[J];化工学报;2008年11期
3 郑青榕;蔡振雄;陈武;戴乐阳;廖海峰;;甲烷在成型前后活性炭上吸附的初步试验[J];化工学报;2009年S1期
4 周来;冯启言;秦勇;;CO_2和CH_4在煤基质表面竞争吸附的热力学分析[J];煤炭学报;2011年08期
5 陈来元,徐竹生,张涛,李新生,林励吾;甲烷在Mo/HZSM-5催化剂上的脱氢聚合反应[J];物理化学学报;1995年07期
6 刘艳娜;靳立军;朱盛维;胡浩权;;煤基活性炭的制备及CH_4/H_2分离性能[J];煤炭转化;2010年02期
7 ;气敏半导体材料催化性能的研究[J];中国科学技术大学学报;1978年01期
8 琦;;用甲烷制造金刚石的尝试[J];化学通报;1985年01期
9 林治田;由水和二氧化碳制取甲烷[J];现代化工;1986年02期
10 陈烈强;;甲烷变换过程的用能分析研究[J];广州化工;1986年04期
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1 白杰;刘盛林;谢素娟;徐龙伢;林励吾;;甲烷芳构化反应中Mo/MCM-22和Mo/ZSM-5催化剂的比较[A];中国化工学会2003年石油化工学术年会论文集[C];2003年
2 张安杰;朱爱民;李小松;石川;;介质阻挡放电条件下甲烷部分氧化制甲醇的研究[A];第十四届全国等离子体科学技术会议暨第五届中国电推进技术学术研讨会会议摘要集[C];2009年
3 孙艳;周亚平;周理;;复合储气材料对氢、甲烷混和气体的储放气研究[A];中国太阳能学会2001年学术会议论文摘要集[C];2001年
4 张涯远;蒋政;张世超;朱庆山;;超临界干燥对La_(0.8)Sr_(0.2)FeMn_(1.5)Al_(9.5)O_(19-δ)六铝酸盐性能的影响[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(下)[C];2007年
5 张诺伟;黄传敬;高晓晓;翁维正;万惠霖;;甲烷部分氧化制合成气Co/MgO/HZSM-5催化剂的研究[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(上)[C];2007年
6 高晓晓;黄传敬;张诺伟;翁维正;万惠霖;;Ca调变的Co/Al_2O_3催化剂上甲烷部分氧化制合成气[A];第十三届全国催化学术会议论文集[C];2006年
7 陈龙;王健康;解启慧;王晓来;;Ni-Co-La-O催化剂上CH_4化学气相沉积法制备多壁碳纳米管[A];第十一届全国青年催化学术会议论文集(下)[C];2007年
8 宋月芹;贺德华;;Ni/ZrO_2催化剂上甲烷部分氧化制合成气的研究[A];第六届全国环境催化与环境材料学术会议论文集[C];2009年
9 冼萍;潘正现;钟莉莹;;两相UASB反应器处理木薯淀粉废水的启动运行特性研究[A];科学发展观与循环经济学术论文集[C];2004年
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1 记者  陈超;35亿年前微生物就能造甲烷[N];科技日报;2006年
2 新洲;日本利用海藻进行甲烷发电和废热供暖系统实验[N];中国海洋报;2004年
3 王俊鸣;欧美发现目前火星生命重要证据[N];科技日报;2004年
4 记者 陈勇;“卡西尼”在土卫六上看见“疑似湖泊”[N];新华每日电讯;2005年
5 解悦;南工大开发高效菌种让粪便转化成甲烷[N];江苏农业科技报;2009年
6 记者 杨骏;有雨有河,士卫六酷似地球40亿年前[N];新华每日电讯;2005年
7 吕静 王平才;北极甲烷面临解冻危险[N];中国石化报;2009年
8 辛 力;深海甲烷遇暖破冰升空污染大气[N];大众科技报;2003年
9 记者覃守超 通讯员谢文鹏;柳钢实施焦炉煤气氨回收技术改造[N];中国冶金报;2009年
10 本报记者 黄永明;甲烷:气候变化的引爆器[N];南方周末;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘艳娜;焦炉煤气中氢气和甲烷的吸附分离[D];大连理工大学;2010年
2 丁永杰;甲烷洁净高效转化途径的研究[D];华东师范大学;2011年
3 杨华清;Ni、NiH~+、NiO和MgO等活化甲烷的理论研究[D];四川大学;2002年
4 王华;组合多相催化技术及其在甲烷与小分子化合物耦合反应中的应用[D];中国科学院研究生院(大连化学物理研究所);2004年
5 史春开;甲烷低温燃烧反应分子筛负载Pd催化剂[D];厦门大学;2003年
6 夏文堂;硫酸锰溶液深度除钼新工艺及其基础理论研究[D];中南大学;2007年
7 刘振;甲烷经溴氧化途径制备高碳烃催化性能及工艺研究[D];湖南大学;2010年
8 张敏;低粘度季铵型阳离子淀粉的合成与应用研究[D];大连理工大学;2009年
9 薛春瑜;金属—有机骨架材料中流体吸附与扩散的分子模拟研究[D];北京化工大学;2009年
10 杨江峰;基于低浓煤层气CH_4/N_2吸附分离微孔材料的合成及其性能研究[D];太原理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓红;CH_4-CO_2低温转化合成含氧有机物的研究[D];太原理工大学;2002年
2 郭玉高;甲烷在甲醇和烃类混合溶剂中高压溶解度的研究[D];天津大学;2004年
3 荆瑞勇;改性尿素对农田温室气体排放的影响[D];西南农业大学;2005年
4 贾超;纳米铜锡氧化物的制备及催化性能的表征[D];北京化工大学;2005年
5 闫智慧;天然气(CH_4)催化燃烧催化剂的研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
6 宣东;金属负载的HZSM-5上甲烷和丙烷无氧芳构化反应研究[D];浙江大学;2006年
7 黎展毅;折流板反应器厌氧处理住宅小区生活污水试验性研究[D];广东工业大学;2006年
8 师春元;甲烷泄漏检测及扩散研究[D];西南交通大学;2006年
9 尹潇;甲烷制燃料电池氢源催化剂的设计改进[D];华中科技大学;2007年
10 何方方;冷等离子体裂解甲烷制C_2烃的实验研究及动力学模拟[D];四川大学;2004年
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