CH676437A5 - - Google Patents
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- CH676437A5 CH676437A5 CH3440/88A CH344088A CH676437A5 CH 676437 A5 CH676437 A5 CH 676437A5 CH 3440/88 A CH3440/88 A CH 3440/88A CH 344088 A CH344088 A CH 344088A CH 676437 A5 CH676437 A5 CH 676437A5
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Description
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CH676 437A5 CH676 437A5
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Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswaschen von Verunreinigungen aus einem Abgasstrom, wobei die im Abgasstrom befindlichen reaktionsfähigen Stoffe zumindest ungefährlich gemacht werden und in manchen Fällen durch die Reaktion in nützliche Stoffe umgewandelt werden. The invention relates to a method for washing out impurities from an exhaust gas stream, the reactive substances in the exhaust gas stream being made at least harmless and in some cases being converted into useful substances by the reaction.
Das Auswaschen von Verunreinigungen in einem Abgasstrom ist im aligemeinen teuer, hat einen grossen Einfluss auf die Umgebung, aber keinen oder nur einen nur geringen wirtschaftlichen Gewinn, es sei denn, dass durch das Waschen die Verunreinigungen in nützliche Stoffe umgewandelt werden können. Die Kosten für das Erstellen einer solchen Anlage sind hoch. Weiterhin verursachen die beim Waschen verwendeten Materialien, wie Oxyde, Karbonate oder Hydroxyde von Alkali- und/oder Erdalkalimetallen ständige Unkosten. Zusätzlich kommen noch diese Kosten hinzu, die beim Austragen der Reaktionsprodukte, die durch Reaktion der Waschmaterialien mit dem Abgas erzielt werden, ergeben, besonders dann, wenn diese Reaktionsprodukte giftige Anteile enthalten. Washing out contaminants in an exhaust gas stream is generally expensive, has a major impact on the environment, but has little or no economic benefit, unless washing can convert the contaminants into useful substances. The cost of building such a facility is high. Furthermore, the materials used in washing, such as oxides, carbonates or hydroxides of alkali and / or alkaline earth metals, cause constant expenses. In addition, there are the additional costs that arise when discharging the reaction products, which are obtained by reacting the washing materials with the exhaust gas, especially if these reaction products contain toxic components.
Es gibt eine wachsende Anzahl von Dampfkraftanlagen, die durch Verbrennen von biologischen Materialien (im folgenden Biomasse genannt) betrieben werden. Diese biologischen Materialien umfassen Holz, Torf oder Rückstände von Feldfrüchten, wobei bei der Verbrennung dieser Materialien nur wenig oder gar keine Schwefeloxyde entstehen und deshalb auch kein Waschen der gasförmigen Anteile des Abgasstroms nötig ist und auch nicht gemacht wird. Andererseits enthält die bei dieser Verbrennung entstandene Asche im wesentlichen Mengen Alkali-und Erdalkalimetallsalze, die im allgemeinen als Oxyde vorliegen oder, falls befeuchtet und/ oder mit Kohlendioxyd umgesetzt werden, als Hydroxyde oder Karbonate oder vielleicht als hydrati-sierte Salze von diesen. There is a growing number of steam power plants that are operated by burning biological materials (hereinafter referred to as biomass). These biological materials include wood, peat or residues of crops, with the combustion of these materials producing little or no sulfur oxides and therefore no washing of the gaseous components of the exhaust gas stream is necessary and is also not done. On the other hand, the ash formed during this combustion essentially contains alkali and alkaline earth metal salts which are generally present as oxides or, if moistened and / or reacted with carbon dioxide, as hydroxides or carbonates or perhaps as hydrated salts thereof.
Man hat herausgefunden, dass die Asche einer Dampfkraftanlage, bei der Alkali- und Erdalkalimetalloxyde, Hydroxyde und/oder Karbonate als wesentliche Bestandteile der Asche anfallen, beim Verfahren zum Waschen von Abgas anstelle der vorerwähnten üblichen Materialien verwendet werden kann, so dass diejenigen Stoffe, die sonst Abfallstoffe sind, für solche teuren Stoffe verwendet werden können, die sonst gekauft werden müssten. It has been found that the ashes of a steam power plant in which alkali and alkaline earth metal oxides, hydroxides and / or carbonates are formed as essential constituents of the ashes can be used in the method for scrubbing exhaust gas instead of the aforementioned conventional materials, so that those substances which otherwise are waste materials that can be used for expensive materials that would otherwise have to be bought.
Für diesen Zweck können auch andere Materialien verwendet werden, z.B. Abfälle oder Asche, die Kalium oder Natrium oder andere lösbare Salze aufweisen, die in Wasser gelöst eine basische Lösung (hoher pH-Wert) ergeben und die, wenn sie aus dem Abfall oder der Asche zurückgewonnen werden, einen wirtschaftlichen Nutzen haben. Other materials can also be used for this purpose, e.g. Waste or ashes containing potassium or sodium or other soluble salts which, when dissolved in water, give a basic solution (high pH) and which, if recovered from the waste or ashes, have an economic benefit.
In der folgenden Beschreibung und in den Ansprüchen wird die Asche aus der Verbrennung von Biomasse wie auch aus der Verbrennung von Indu-strieabfällen oder Kommunalabfällen oder anderen Nebenprodukten beim nachfolgend erläuterten Verfahren durch den allgemeinen Ausdruck «Asche» bezeichnet. In the following description and in the claims, the ashes from the combustion of biomass as well as from the combustion of industrial waste or municipal waste or other by-products in the process explained below are designated by the general term “ash”.
Bis heute können die im Abfall, z.B. bei den meisten Dampfkraftanlagen anfallenden unlösbaren To date, the waste, e.g. most insoluble steam power plants
Anteile der umgesetzten AsGhe leider noch nicht für irgendwelche Zwecke verwendet werden. Das Abfallmaterial braucht jedoch weiterhin kein ätzendes Material mehr zu sein und sollte in den meisten Fällen als ungefährliches Füllmaterial und in manchen Fällen sogar als Deckmaterial in der Landschaft verwendet werden können. In manchen Fällen, wo es die Zusammensetzung der Rückstände und die Transportkosten erlauben, soll das Material als Zuschlagstoff in Zementöfen verwendet werden können. In anderen Fällen soll der unlösliche Anteil des zu waschenden Materials als mineralischer Füllstoff oder bei der Herstellung von Calciumsul-fat oder Gips verwendet werden. Portions of the implemented AsGhe are unfortunately not yet used for any purposes. However, the waste material no longer needs to be a caustic material and should in most cases be used as a non-hazardous filling material and in some cases even as a covering material in the landscape. In some cases, where the composition of the residues and the transport costs allow, the material should be used as an additive in cement kilns. In other cases, the insoluble part of the material to be washed should be used as a mineral filler or in the production of calcium sulfate or gypsum.
In den Fällen, wo die die Asche produzierende Anlage nicht selbst über eine Dampfkraftanlage verfügt, bei der das Abgas mit dem hohen Schwefelgehalt entsteht und ein Waschen erforderlich macht, kann die Asche zu anderen Dampfkraftanlagen transportiert werden, bei denen dieses Problem besteht, oder zu solchen Anlagen, bei denen ein Brennstoff verwendet wird, der einen höheren Anteil an Schwefel aufweist, so dass auf diese Weise ein wirtschaftlicher Nutzen entsteht. Da die aus der Verbrennung von Biomasse entstandene Asche im allgemeinen Kalium- und andere Alkali- und Erdalkalimetallsalze enthält, die durch Verwendung der Wärme aus dem Abgas oder andere Abgaswärme austragbar ist, können die enthaltenen Alkali und Erdalkalimetallsalze ein wertvolles Nebenprodukt des Verfahrens sein. In cases where the ash-producing plant does not itself have a steam power plant, in which the exhaust gas with the high sulfur content is generated and requires washing, the ash can be transported to or to other steam power plants where this problem exists Plants in which a fuel is used that has a higher sulfur content, so that this results in an economic benefit. Since the ash generated from the combustion of biomass generally contains potassium and other alkali and alkaline earth metal salts which can be removed by using the heat from the exhaust gas or other exhaust gas heat, the alkali and alkaline earth metal salts contained can be a valuable by-product of the process.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird ausgegangen von einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Das erfindungsgemässe Verfahren ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 in Verbindung mit seinem Oberbegriff. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen 2 bis 9. The method according to the invention is based on a method according to the preamble of claim 1. The method according to the invention results from the characterizing part of patent claim 1 in connection with its preamble. Advantageous refinements of the method according to the invention result from the dependent claims 2 to 9.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens ergeben sich aus der folgenden Detailbeschreibung eines Ausführungsbeispiels einer zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Anlage, die in schematischer Weise in einer Figur dargestellt ist. Further details and advantages of the method according to the invention result from the following detailed description of an exemplary embodiment of a system suitable for carrying out the method according to the invention, which is shown schematically in a figure.
Von einem nicht dargestellten Mischtank aus, in dem Asche und Wasser zu einer Suspension gemischt werden, wird diese an der Stelle 8 durch eine Pumpe P über eine Rohrleitung 10 in einen Behandlungstank 12 gepumpt, dem zusätzliches Wasser von einer nicht dargestellten Quelle über einen Ein-lass 14 zugeführt wird, um eine verdünnte Suspension 16 zu erhalten. Die Asche wird von einer Verbrennungsstelle her geliefert, also z.B. einer Anlage, die mit Biomasse arbeitet oder einer Verbrennungsanlage, die mit Kehricht befeuert wird. From a mixing tank, not shown, in which ash and water are mixed to form a suspension, this is pumped at point 8 by a pump P via a pipeline 10 into a treatment tank 12, which receives additional water from a source, not shown, via a let 14 be fed to obtain a dilute suspension 16. The ashes are delivered from a combustion site, e.g. a plant that works with biomass or an incineration plant that is fired with waste.
Abgas von einem nicht dargestellten Zementofen, einer Verbrennungsanlage oder einer Dampfkraftanlage, wobei dieses Abgas ein oder mehrere der Oxyde an Schwefel, Stickstoff, Kohlenstoff und/oder Verbindungen von Halogenen und ihren Oxyden enthält, wird über einen Einlass 18 einem Wärmeaustauscher 22 zugeführt, aus dem das Gas gekühlt austritt. Flüssigkeit, die aus dem Abgasstrom im Wärmeaustauscher 22 kondensiert, wird Exhaust gas from a cement furnace, an incineration plant or a steam power plant, which exhaust gas contains one or more of the oxides of sulfur, nitrogen, carbon and / or compounds of halogens and their oxides, is fed via an inlet 18 to a heat exchanger 22 from which the gas exits cooled. Liquid that is condensed from the exhaust gas stream in the heat exchanger 22
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gesammelt und dem Behandlungstank 12 über eine Rohrleitung 44 zugeführt. Das aus dem Wärmeaustauscher 22 durch eine Rohrleitung 23 austretende Abgas wird durch einen Kompressor 20 und eine Rohrleitung 24 in Verteilerrohren 26 gefördert, die sich am Boden des Behandlungstanks 12 befinden. Um ein Absetzen der Feststoffe am Boden des Behandlungstanks 12 zu verhindern, kann die Suspension gerührt oder durch eine geeignete Vorrichtung umgewälzt werden, z.B. durch eine Umwälzpumpe 27. collected and fed to the treatment tank 12 via a pipeline 44. The exhaust gas emerging from the heat exchanger 22 through a pipeline 23 is conveyed through a compressor 20 and a pipeline 24 in distributor pipes 26, which are located at the bottom of the treatment tank 12. To prevent settling of the solids at the bottom of the treatment tank 12, the suspension can be stirred or circulated by a suitable device, e.g. by a circulation pump 27.
Das Abgas perlt durch die Suspension 16 aus Asche und Wasser und tritt dann oben aus dem Tank 12 als gewaschenes Abgas 28 aus. Die Suspension 16, eine Mischung aus behandelten Feststoffen, Wasser und gelösten Stoffen, wird von einer Pumpe 32 über eine Rohrleitung 30 in einen Absetztank 34 gepumpt, wo sich die Feststoffe absetzen und durch eine Pumpe 38 ausgetragen werden, während das mit gelösten Salzen beladene Wasser 37 in den Wärmeaustauscher 22 gepumpt wird, um das zugeführte Abgas zu kühlen. Aus der Salzlösung 37 wird Wasser verdampft und der entstehende Dampf entweicht durch ein Rohr 40 in die Atmosphäre oder er wird zur Wiedergewinnung der latenten Wärme kondensiert. Die Salze aus der Salzlösung 37 werden konzentriert und/oder ausgefällt und durch eine Rohrleitung 42 aus dem Wärmeaustauscher ausgetragen. Die kationischen Bestandteile der gewonnenen Salze sind in erster Linie Calcium, Kalium, Magnesium und Natrium. Die anionischen Bestandteile der Salze sind in erster Linie Sulfat, Karbonat und Nitrat. Die jeweilige Zusammensetzung der Salze hängt von der ursprünglichen Zusammensetzung der zu behandelnden Asche und von der Zusammensetzung des Abgases ab. The exhaust gas bubbles through the suspension 16 of ash and water and then emerges from the tank 12 at the top as washed exhaust gas 28. The suspension 16, a mixture of treated solids, water and solutes, is pumped by a pump 32 through a pipeline 30 into a settling tank 34 where the solids settle and are discharged by a pump 38 while the water laden with dissolved salts 37 is pumped into the heat exchanger 22 to cool the supplied exhaust gas. Water is evaporated from the salt solution 37 and the resulting steam escapes into the atmosphere through a pipe 40 or is condensed to recover the latent heat. The salts from the salt solution 37 are concentrated and / or precipitated and discharged from the heat exchanger through a pipe 42. The cationic components of the salts obtained are primarily calcium, potassium, magnesium and sodium. The anionic components of the salts are primarily sulfate, carbonate and nitrate. The respective composition of the salts depends on the original composition of the ash to be treated and on the composition of the exhaust gas.
Die Asche, die von einer mit Biomasse betriebenen Verbrennungsanlage stammt, kann unverbrannten Kohlenstoff enthalten, der in manchen Fällen im Wasser flottiert. Die in der Zeichnung dargestellte Anlage kann gewünschtenfalls derart modifiziert werden, indem der Kohlenstoff entfernt werden kann. In diesem Fall wird das den unverbrannten Kohlenstoff tragende Wasser 37 von der Oberfläche des Absetztanks 34 abgepumpt, gefiltert oder auf andere Weise so behandelt, dass der unverbrannte Kohlenstoff abgesondert wird, worauf dann das Wasser in den Prozess zurückgegeben wird. Falls nötig, kann die Suspension, die gelöstes Alkali und Erdalkalimetallsalze enthält, über eine nicht dargestellte Rohrleitung abgezogen und gefiltert oder auf andere Weise gereinigt werden, um die Partikel an einer Partikel-Ausscheidestelle zu entfernen. Die Lösung wird dann dem Wärmeaustauscher 22 zugeführt. The ashes from a biomass incinerator can contain unburned carbon, which in some cases floats in the water. If desired, the plant shown in the drawing can be modified in such a way that the carbon can be removed. In this case, the unburned carbon-bearing water 37 is pumped from the surface of the settling tank 34, filtered, or otherwise treated to separate the unburned carbon, and then the water is returned to the process. If necessary, the suspension, which contains dissolved alkali and alkaline earth metal salts, can be drawn off via a pipeline (not shown) and filtered or otherwise cleaned in order to remove the particles at a particle separation point. The solution is then fed to the heat exchanger 22.
Der Wärmeaustauscher 22 ist eine zwei Zwecken dienende Wärmeaustauscher-Kristallisations-Ein-heit bekannten Typs, die Wärme aus dem Abgasstrom gewinnt und diese Wärme einschliesslich der bei der Kondensation der Feuchtigkeit des Abgases frei werdenden latenten Wärme zum Verdampfen von Wasser nutzbar macht. The heat exchanger 22 is a dual-purpose heat exchanger crystallization unit of known type that extracts heat from the exhaust gas stream and utilizes that heat, including the latent heat released in the condensation of the exhaust gas moisture, to evaporate water.
Die ganze Anlage kann aus bekannten Komponenten mittels üblicher Verfahren gebaut werden. The entire system can be built from known components using conventional methods.
Beispielsweise kann der Behandlungstank ein Volumen von 3,8 Millionen Litern haben und mit einer Gasverteilungsvorrichtung sowie einer Rührvorrichtung versehen sein. Der Absetztank kann ein Volumen von etwa 380 000 Litern haben. Beide Tanks können aus nicht rostendem Stahl oder unter Verwendung anderer geeigneter Materialien, wie Gummi, die stark alkalischen oder sauren Lösungen standzuhalten vermögen, hergestellt werden. For example, the treatment tank can have a volume of 3.8 million liters and can be provided with a gas distribution device and a stirring device. The settling tank can have a volume of approximately 380,000 liters. Both tanks can be made of stainless steel or using other suitable materials, such as rubber, which can withstand strong alkaline or acidic solutions.
Das Grundprinzip, auf dem das vorliegende Verfahren basiert, ist die Rekombination und Reaktion zweier während des Brennens erzeugter Abfälle, um eine gegenseitige Neutralisierung der Abfälle zu bewirken. Der eine Abgasstrom enthält die Gase und gasförmigen Oxyde, die saure Lösungen im Wasser ergeben, und die anderen Partikel, wie Asche aus Biomasse oder Industrie-Verbrennungsanlagen oder städtische Verbrennungsanlagen, durch die die basischen Lösungen im Wasser gebildet werden. The basic principle on which the present method is based is the recombination and reaction of two wastes generated during the firing in order to effect a mutual neutralization of the wastes. One exhaust gas stream contains the gases and gaseous oxides that give acidic solutions in the water, and the other particles, such as ash from biomass or industrial incineration plants or urban incineration plants, through which the basic solutions are formed in the water.
Nach einer teilweisen Lösung im Wasser reagieren die zwei Abfallströme miteinander und neutralisieren einander. Im Fall von Asche bewirkt das Verfahren eine Reaktion oder ein Austragen der kaustischen Komponenten, so dass neutrale Feststoffe verbleiben, die als ungefährlicher Abfall zur Verfügung stehen. Gleichzeitig wird das durch die Suspension im Behandlungstank geleitete Abgas von einem beträchtlichen Teil der Halogene und den Oxyden von Schwefel, Stickstoff und Halogenen befreit, wobei Salze dieser Bestandteile gebildet werden. After a partial solution in the water, the two waste streams react with each other and neutralize each other. In the case of ash, the process causes the caustic components to react or discharge, leaving neutral solids that are available as non-hazardous waste. At the same time, the exhaust gas passed through the suspension in the treatment tank is freed from a considerable part of the halogens and the oxides from sulfur, nitrogen and halogens, salts of these components being formed.
Im folgenden wird ein Beispiel beschrieben. An example is described below.
Abgas, z.B. von einer Dampfkraftanlage, wurde mittels eines Kompressors 20 durch eine Rohrleitung 18 mit einem Durchsatz von 6000 m3 pro Minute durch den Wärmeaustauscher 22 gefördert. Die Zusammensetzung des Abgases kann schwanken, es enthält jedoch ungefähr 10% Wasser, 15% Kohlendioxyd, 65% Stickstoff, 10% Sauerstoff und 500 bis 1000 ppm Stickoxyde sowie 100 bis 1000 ppm Schwefeldioxyd. Im Wärmeaustauscher 22 wird das Abgas gekühlt und Wasser aus dem Abgas kondensiert, wodurch der Volumendurchsatz verringert wird. Das Abgas wird dann durch die Rohrleitungen 23 und 24 in die Verteilerrohre 26 gefördert und dann mit der Suspension 16 reagieren gelassen, wobei die Halogene und die Oxyde von Schwefel, Stickstoff, Kohlenstoff und der Halogene reagieren. Exhaust gas, e.g. from a steam power plant, was conveyed by means of a compressor 20 through a pipeline 18 with a throughput of 6000 m3 per minute through the heat exchanger 22. The composition of the exhaust gas can vary, but it contains approximately 10% water, 15% carbon dioxide, 65% nitrogen, 10% oxygen and 500 to 1000 ppm nitrogen oxides and 100 to 1000 ppm sulfur dioxide. In the heat exchanger 22, the exhaust gas is cooled and water from the exhaust gas is condensed, as a result of which the volume throughput is reduced. The exhaust gas is then conveyed through pipes 23 and 24 into manifolds 26 and then allowed to react with suspension 16, with the halogens and oxides of sulfur, nitrogen, carbon and the halogens reacting.
In den Behandlungstank 12 wurde Asche, z.B. mit einer Rate von 7200 bis 10 800 kg Trockengewicht pro Stunde eingeführt. Es wurde soviel Wasser zugesetzt, dass sich eine verdünnte Suspension mit bis zu 95% Wassergehalt ergab. Der Wassergehalt der Suspension wird durch die Anfangskonzentration von Alkali und Erdalkalimetallsalzen oder von anderen Metaltsalzen in der Asche bestimmt und ebenfalls vom gewünschten Grad der Austragung dieser Salze aus dem Rückstand. Ash, e.g. introduced at a rate of 7200 to 10 800 kg dry weight per hour. Sufficient water was added to give a dilute suspension with up to 95% water content. The water content of the suspension is determined by the initial concentration of alkali and alkaline earth metal salts or by other metal salts in the ash and also by the desired degree of removal of these salts from the residue.
Nach der Reaktion mit dem Abgas wird die Suspension der behandelten Asche mit einem Durchsatz von ungefähr 760 Litern pro Minute in den Absetztank 34 gepumpt. In diesem Tank setzen sich die Feststoffe unter Bildung einer Suspension aus After the reaction with the exhaust gas, the suspension of the treated ash is pumped into the settling tank 34 at a rate of approximately 760 liters per minute. The solids are exposed in this tank to form a suspension
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ungefähr 35% Wasser und 65% Feststoffen unter einer Lösung aus Wasser und löslichen Salzen, die während der Behandlung gelöst wurden, ab. Die wässrige Lösung wird durch den Auslass 37 mit einem Durchsatz von etwa 760 Litern pro Minute zum Wärmeaustauscher 22 gepumpt, um das Abgas zu kühlen und Wasser unter Erzeugung der Salz-Nebenprodukte zu verdampfen. Wie eingangs erwähnt, kann auch alter im Wässer schwebender Kohlenstoff entfernt werden. Die als Nebenprodukt anfallenden Salze werden durch die Rohrleitung 42 ausgetragen und entstehen in einer Menge von etwa 4500 bis 18 000 kg pro Tag. Die als Nebenprodukt anfallenden Salze enthalten Katiumsulfat, Calciumcarbonat und andere Salze mit kationischen Anteilen einschliesslich Kalium, Calcium, Magnesium und Natrium sowie anionischen Anteilen einschliesslich Karbonat, Sulfat und Nitrat. Ein Teil des Nitrats oxydiert Sulfit zu Sulfat. approximately 35% water and 65% solids under a solution of water and soluble salts dissolved during the treatment. The aqueous solution is pumped through outlet 37 to the heat exchanger 22 at a flow rate of about 760 liters per minute to cool the exhaust gas and evaporate water to produce the salt by-products. As mentioned at the beginning, old carbon suspended in water can also be removed. The salts obtained as a by-product are discharged through the pipeline 42 and are produced in an amount of approximately 4,500 to 18,000 kg per day. The by-product salts contain potassium sulfate, calcium carbonate and other salts with cationic components including potassium, calcium, magnesium and sodium as well as anionic components including carbonate, sulfate and nitrate. Part of the nitrate oxidizes sulfite to sulfate.
Das Verfahren und die Einrichtung, die oben als bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, lassen sich selbstverständlich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten. The method and the device, which have been described above as preferred exemplary embodiments, can of course be modified in a wide variety of ways without going beyond the scope of the invention.
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