CN103717713B - 通过链烷烃异构化单元与重整装置的并行操作而改进的方法研究 - Google Patents

通过链烷烃异构化单元与重整装置的并行操作而改进的方法研究 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种精炼石脑油的方法,该方法使得后续的汽油共混物具有更高的辛烷值。某些实施方案包括:将石脑油原料分离为轻质石油脑和重质石油脑;将重质石脑油分离为链烷烃料流和非链烷烃料流;将轻质石油脑引入第一异构化单元,将链烷烃流体引入第二异构化单元;将非链烷烃流体引入重整装置,并将所得流出物合并以形成汽油共混物。与没有将链烷烃料流引入第二异构化单元而制得的汽油共混物相比,所得汽油共混物的特性得到了改善。

Description

通过链烷烃异构化单元与重整装置的并行操作而改进的方法研究
技术领域
本发明涉及用于精炼石脑油的方法。更具体而言,本发明的实施方案利用两个异构化单元和重整单元来制备辛烷值高于石脑油的汽油共混物和/或制备用于石化产品的浓缩重整油。
背景技术
汽油是通常具有4至12个碳原子且沸点在约35℃至200℃的烃的复杂混合物。其为多个精炼厂料流的共混物,其能满足由性能要求和政府规定这两者指定的特定规格。典型的汽油共混料流通常包含辛烷值提升添加剂(含氧化物(oxygenate)),如甲基叔丁基醚(MTBE)或四乙基铅,如表I所示。
表I:典型的汽油共混成分
通常,FCC石脑油和重整物占汽油的大约三分之二。由于FCC石脑油和重整物含有高含量的芳族化合物和烯烃,因此它们还是汽油的主要辛烷来源。
图1示出了根据现有技术实施方案的工艺流程的简化示意图。将石脑油原料2引入第一分离器10,其在此被分离为轻质石油脑12和重质石油脑14。轻质石油脑12通常主要包含C5和C6链烷烃。然后将轻质石油脑12引入第一异构化单元20,从而使轻质石油脑12异构化以形成轻质异构化油22。重质石油脑14进入重整单元30,在此重质石脑油14被重整为重整油32。然后轻质异构化油22和重整油32在汽油混合器40中混合在一起以形成汽油共混物42。
多年来,安全和环保意识促使汽油规格发生改变。例如,1995年至2005年的欧洲汽油规格在表2中示出,其示出了近年来汽油规格发生了逐渐改变。在世界其它地区也观察到了类似的趋势。
表II:欧洲委员会汽油规格
参数 1995 2000 2005 2005+
辛烷值;RON - 95 95 95
芳族化合物,体积% - 42 35 <35
苯,体积% 5 1 1 <1
硫,ppmw 1000 150 50/10 <10
烯烃,体积% - 18 18 10
氧,最大重量% 2.7 2.7 2.7 -
Rvp,psi - 8.7 8.7 8.7
表II也示出了在保持高辛烷值的同时,芳族化合物、烯烃和苯的含量逐渐降低。美国已经要求芳族化合物的含量小于30体积%,而苯含量被限制为0.8%。此外,汽油中芳族化合物的水平也将降低,特别是由于汽油中的高沸点部分(主要为芳族化合物)被由此除去,使得蒸馏终点(通常表征为90%馏出温度)降低。此外,由于芳族化合物是辛烷的主要来源,因此降低芳族化合物的水平将使汽油池存在辛烷缺口。因此,对于精炼厂而言,辛烷值桶(octane-barrel)的维持将成为持久的挑战。
随着汽油中芳族化合物的含量降低,由于重整油几乎为芳族化合物,因此汽油池中的重整油部分相应降低。因此,精炼厂不能再主要依赖于芳族化合物作为辛烷来源。一种对生态有利的提高辛烷值的方式是以正链烷烃为代价来提高支链烷烃的浓度。因此,希望的是提高具有高辛烷值的异烷烃。
期望获得一种改进的石脑油精炼的方法,该方法能够获得改进的汽油共混物流和/或生产用于石化产品的浓缩重整油。
发明内容
本发明涉及一种满足这些需求中的至少一种的方法。在一个实施方案中,用于精炼石脑油的方法包括以下步骤:将石脑油原料分离为轻质石油脑和重质石油脑;将所述轻质石油脑引入处于第一异构化条件的第一异构化单元,从而制备轻质异构化油;将所述重质石脑油分离为重质正链烷烃和重质非链烷烃(其可包含重质非链烷烃石脑油);将所述重质正链烷烃引入处于第二异构化条件的第二异构化单元,从而制备重质异构化油;将所述重质非链烷烃引入处于重整条件的重整装置,从而制备重整油;以及将所述轻质异构化油、重质异构化油和重整油各自的至少一部分合并以形成汽油共混物。有利的是,与没有将重质正链烷烃引入处于第二异构化条件下的第二异构化单元而形成的第二汽油共混物相比,本发明的汽油共混物具有更高的辛烷值。在一个实施方案中,所述汽油共混物具有至少90的目标辛烷值。在一个实施方案中,所述汽油共混物具有大于100的目标辛烷值,并且更优选地具有约120的目标辛烷值。
优选地,所述轻质石油脑包含具有6个或更少的碳原子的链烷烃,并且更优选包含具有5或6个碳原子的链烷烃。在一个实施方案中,第一异构化为C5/C6异构化单元。优选地,重质正链烷烃包含具有大于6个碳原子且小于13个碳原子的链烷烃,更优选地包含具有7至12个碳原子(包括端值)的链烷烃,并且甚至更优选地包含具有7至11个碳原子(包括端值)的链烷烃。优选地,所述重质非链烷烃包含具有大于6个碳原子且小于13个碳原子的非链烷烃,更优选包含具有7至12个碳原子(包括端值)的非链烷烃,甚至更优选地包含具有7至11个碳原子(包括端值)的非链烷烃。
优选地,所述重质正链烷烃包含具有大于6个碳原子且小于12个碳原子的链烷烃,更优选地包含具有大于6个碳原子且小于11个碳原子的链烷烃。
优选地,所述重质非链烷烃包含具有大于6个碳原子且小于12个碳原子的非链烷烃,更优选地包含具有大于6个碳原子且小于11个碳原子的非链烷烃。
在一个实施方案中,通过利用分子筛吸附、蒸馏、提取或是它们的组合而从重质石脑油料流中分离出重质正链烷烃料流。在另一个实施方案中,重质异构化油包含支链链烷烃,使得与重质正链烷烃相比,重质异构化油包含更多的支链链烷烃。在另一个实施方案中,该方法可包括以下步骤:将至少一部分所述重整油作为芳族化合物来源引入精炼厂。在另一个实施方案中,所述汽油共混物具有得以改善的特性,其特征在于:辛烷值在90至97的范围内、芳族化合物浓度低于35体积%、并且苯浓度低于0.8体积%。在另一个实施方案中,所述汽油共混物含有小于30体积%的芳族化合物。
在一个实施方案中,所述第一异构化条件包括:所述第一异构化单元保持处于100℃至300℃的第一异构化温度,并且所述第一异构化单元保持处于275psig至450psig的第一异构化压力。在另一个实施方案中,所述第二异构化条件包括:所述第二异构化单元保持处于100℃至300℃的第二异构化温度,并且所述第二异构化单元保持处于300psig和700psig的第二异构化压力。在另一个实施方案中,所述重整条件包括:所述重整装置保持处于450℃至550℃的重整温度,并且所述重整装置保持处于70psig至300psig的重整压力。在一个实施方案中,由于除去了正链烷烃,因此有利的是,本发明使重整温度比常规重整装置的重整温度低约10℃至30℃。
在本发明的另外的实施方案中,用于精炼石脑油的方法包括以下步骤:将石脑油原料分离为轻质石油脑和重质石油脑;将所述轻质石油脑引入处于第一异构化条件下的第一异构化单元,从而制备轻质异构化油;将所述重质石脑油分离为重质正链烷烃和重质非链烷烃;将所述重质正链烷烃引入处于第二异构化条件下的第二异构化单元,从而制备重质异构化油;将所述重质非链烷烃料流引入处于重整条件下的重整装置,从而制备重整油;以及将所述轻质异构化油、所述重质异构化油和所述重整油各自的至少一部分合并以形成汽油共混物,其中所述汽油共混物具有改善的特性,所述汽油共混物的特征在于:辛烷值在90至97的范围内、芳族化合物浓度低于35体积%、并且苯浓度低于0.8体积%;其中所述轻质石脑油包含具有5个或6个碳原子的链烷烃;其中所述第一异构化条件包括:第一异构化温度为100℃至300℃,第一异构化压力为275psig至450psig;其中所述重质非链烷烃包含具有大于6个碳原子且小于11个碳原子的非链烷烃;其中所述重质正链烷烃包含具有大于6个碳原子且小于11个碳原子的链烷烃;其中所述重质异构化油所包含的直链链烷烃的辛烷值高于重质正链烷烃的辛烷值;其中所述第二异构化条件包括:第二异构化温度为100℃至300℃,第二异构化压力为300psig至700psig;其中所述重整条件包括:重整温度为450℃至550℃,重整压力为70psig至300psig。在另外的实施方案中,可通过利用分子筛吸附、蒸馏、提取或是它们的组合而从所述重质石脑油流体中分离出重质正链烷烃料流。
附图说明
参照下面的说明书、权利要求书和附图,本发明的这些以及其他特征、方面和优点将会变得更容易理解。然而需要注意的是,附图仅示出了本发明的若干实施方案,因此不能认为附图是对本发明范围的限制,因为本发明的范围还承认其他等效的实施方案。
图1为根据现有技术的实施方案的工艺流程示意图。
图2为重整液体产率与重整油辛烷值间的关系的图示。
图3为贫石脑油和富石脑油的常规转化的图示。
图4为重整装置温度和C5+液体产率与原料中环烷烃和芳族化合物含量间的关系的图示。
图5为根据本发明实施方案的工艺流程示意图。
发明详述
虽然将会结合若干实施方案对本发明进行说明,但是应当理解的是,并不旨在将本发明限于那些实施方案。相反,本发明旨在包括可以包括在由随附的权利要求书所限定的本发明的精神和范围内的所有的替换形式、变型和等价形式。
考虑到环境规章和汽油组合物中的料流,有利的是,将燃料中的烃成分由芳族化合物和烯烃转换为环烷烃和支链链烷烃,从而保持有益的辛烷值,同时将与芳族化合物和烯烃有关的污染物减至最少水平。
在一个实施方案中,用于精炼石脑油的方法包括以下步骤:将石脑油原料分离为轻质石油脑和重质石油脑;将重质石脑油分离为链烷烃料流和非链烷烃料流;将轻质石油脑引入第一异构化单元;将链烷烃料流引入第二异构化单元;将非链烷烃料流引入重整单元,并将所得流出物合并从而形成汽油共混物。与没有将链烷烃料流引入第二异构化单元而制得的汽油共混物相比,所得汽油共混物的特性得到改善。
重整装置
如上所述,具有高芳族化合物含量的重整油通常是以常规方式提供的汽油的主要辛烷来源。供应至重整装置的常规原料(例如重质石脑油)主要包含C7–C11链烷烃(P)、环烷烃(N)和芳族化合物(A)。重整的目的在于由环烷烃和链烷烃制备可用于各种应用的芳族化合物。在这些化学品中,芳族化合物流过反应器时大部分未发生改变,而环烷烃快速且有效地脱氢成为芳族化合物。因此,环烷烃转化的完成主要是在反应器的初始部分(或是多反应器重整装置中的第一反应器中)发生的,即使在较温和的操作(温和的温度)下也是如此。然而,由于链烷烃的转化需要更高的温度和更长的停留时间,因此,链烷烃难以转化。有些链烷烃的转化是在反应器体系的末端在高度苛刻的操作条件下发生的,其主要裂解为轻质气体。因此,为了提高链烷烃的转化率,需要高度苛刻的操作条件。然而,由于过度裂解,这会导致液体产量下降。如图2所示,尽管由于芳族化合物含量增加而使辛烷值升高,但是观察到液体产量发生明显损失。
表II:C6&C7烃的相对反应速率
*所有速率均是相对于正己烷的脱氢环化速率而言的
表III归纳了在重整条件下(压力:70-300psig;温度:450-550℃;氢与烃的摩尔比("H2/HC"):5-7),C6链烷烃和C7链烷烃以及环烷烃的相对速率。对于所有可能的反应,链烷烃的反应速率相对较低,特别是与烷基环己烷的脱氢反应速率相比更是如此。液体产率损失主要归因于链烷烃的裂化。另外,在重整温度下,链烷烃的异构化程度是非常低的,这是因为异构化反应是平衡反应,而低温有利于生产支链链烷烃。相反地,环烷烃脱氢形成芳族化合物的反应是快速的,并且几乎进行完全。环烷烃脱氢形成芳族化合物的反应是链烷烃脱氢环化反应的若干倍。因此,在常规重整装置中,芳族化合物(和辛烷)主要是通过环烷烃的脱氢反应制得的。另外,氢气也主要是通过该反应制备的。
根据原料中链烷烃的浓度,供入重整装置的石脑油可以分为“贫石脑油”和“富石脑油”。具有高浓度链烷烃的石脑油有时称为“贫石脑油”。贫石脑油很难处理,并且通常会产生太多的轻质烃,因此总体上产生的液体产率较低。具有低浓度链烷烃的石脑油有时称为“富石脑油”,其相对容易处理并且具有更高的液体产率。因此,富石脑油使重整单元的操作更容易并且更有效率,因此与贫石脑油相比,富石脑是更为有利的重整装置原料。图3示意性示出了在常规重整装置运行条件下贫石脑油和富石脑油的常规转化。图3表明:对于该常规情况,由富石脑油制得的重整油的液体产率比使用贫石脑油制得的重整油的液体产率多出约10重量%。此外,由富石脑油得到的重整油中所包含的芳族化合物多于由贫石脑油得到的重整油,这将最终产生具有更高辛烷值的汽油共混物。
常规的重质石油脑原料含有大约10%-40%的正链烷烃。利用诸如吸附、蒸馏、提取等已知方法将正链烷烃从重质石脑油中分离出来,这将制得两种原料:即用于第二异构化单元(C7+异构化装置)的正链烷烃(C7+),和不含正链烷烃的剩余部分(非链烷烃重质石脑油),由于后者的链烷烃含量较低,因此对于重整装置而言其是更理想的原料。随着重质非链烷烃中链烷烃的减少,环烷烃和芳族化合物含量提高并且原料变为富石脑油。在重整装置中对该原料的处理将更容易,并且重整装置的性能得到大幅改善;这可由以下现象得到证实:更高的液体产率、更低的反应器温度(更长的催化剂寿命)、重整油中芳族化合物含量更高、并且排放气体中的氢浓度更高。
图4示出了预期的液体产量升高和运行温度下降与原料中环烷烃和芳族化合物间的关系。图4中的点是实验数据。由于更低的温度有利于生成异构体,因此重整单元的运行温度并不在异构化反应的最佳温度范围内。因此,在专用的第二异构化单元中,C7+链烷烃的异构化反应将大幅改善异构化反应,同时还使裂化降至最低水平。因而,本发明的某些实施方案能够大幅提高液体产率和产品质量,并且具有以下的切实益处:(1)重整装置性能提高;(2)重整油中芳族化合物含量升高,由此使得用于石化产品应用的芳族化合物的分离变得更容易;(3)由于裂化较少,因而排放气体中的氢气浓度提高,从而使氢气的分离更容易;(4)由于具有对C7+正链烷烃而言最佳的运行条件,因此使得异构化油的质量得以提升并且使裂化最小化;以及(5)由于裂化较少,因此H2消耗降低。
现在参见图5。将石脑油原料2引入第一分离器10中,在此处石脑油原料2被分离为轻质石油脑12和重质石油脑14。轻质石油脑12主要包含C5链烷烃和C6链烷烃,然后将轻质石油脑12引入第一异构化单元20,以使轻质石油脑12异构化,从而形成轻质异构化油22。重质石油脑14主要包含C7+石油脑,使重质石油脑14进入第二分离器15中,在此处重质石油脑14被分离为两种料流:重质正链烷烃17和重质非链烷烃19。本领域普通技术人员将能够理解到:完全除去链烷烃是很难的,因此,重质非链烷烃很可能含有少量的正链烷烃。在任何情况下,与重质石油脑14相比,重质非链烷烃19所含的正链烷烃的量大幅下降。使重质正链烷烃17进入第二异构化单元25,从而使重质正链烷烃17异构化以形成重质异构化油27。将重质非链烷烃19引入重整单元30,在重整单元30中重质非链烷烃19被重整为重整油32。在汽油混合器40中,将轻质异构化油22、重质异构化油27和重整油32共混在一起,从而形成汽油共混物42。在该实施方案中,与图1的汽油共混物42相比,图5中汽油共混物42的特性得到改善。在可任选的实施方案中,可将重整油32的分馏(slipstream)34作为芳族化合物来源送入精炼厂50。
实施例#1–在没有第二异构化单元的情况下石脑油的精炼
以下实施例示出了根据现有技术进行的方法。在常规的重整条件下,将100kg的重质石油脑引入重整装置,在该重质石脑油中,60重量%为链烷烃、27.5重量%为环烷烃、并且12.5重量%为芳族化合物。所得重整物包含20.4kg的非芳族化合物和47.6kg的芳族化合物,由此产生的总液体产量为68kg(或者占最初原料的68重量%),并且研究辛烷值("RON")为约100。实施例#1的结果总结示出于下表IV中:
表III:实施例#1的数据(现有技术)
实施例#2–本发明的示例性实施方案
下面为根据本发明的实施方案进行的例子。使用100kg的重质石油脑第二样品作为原料流,该重质石脑油具有与实施例#1所用的重质石脑油相同的组成。然而,在将所述重质石脑油送入重整装置之前,从所述重质石脑油中提取出约40kg(大约67%)的链烷烃并将该链烷烃送至异构化单元。由此留下60kg的原料流用于重整装置。在这种情况下,重整装置(由于链烷烃含量较低)在比实施例#1中的重整装置更温和的条件下运行(大约10℃至20℃),而没有减少液体产量。所得重整油包含13.4kg的非芳族化合物和40.6kg的芳族化合物;由此获得的总液体产量为约54kg,这占重整装置原料的约90重量%。此外,第二异构化单元产生的总液体产率为大约95重量%(40kg产生了38kg)。那么,由异构化单元和重整装置总体获得的总液体产量为约92重量%,并且RON为约120。实施例#2的结果总结示出于下表V中:
表IV:实施例#2的数据(本发明的实施方案)
原料(重整装置) 重量(kg) 重量%
链烷烃 20 33.3%
环烷烃 27.5 45.8%
芳族化合物 12.5 20.8%
共计 60.0 100.0%
重整油(C5+产量) 重量(kg) 重量%
非芳族化合物 13.4 25%
芳族化合物 40.6 75%
共计 54.0 90%
第二异构化单元 重量(kg) 重量%
重质链烷烃(原料流) 40 100%
异构化油(流出物) 38 95%
如上所述,与实施例#1相比,实施例#2具有更高的液体产率(92重量%v.68重量%)、更高的RON(120v.100)以及更温和的操作条件。其优点总结示出于下表V中:
表V:实施例#1和#2的比较
实施例#1 实施例#2
总液体产率 68 92
RON 100 ~120
虽然结合本发明的具体实施方案对本发明进行了说明,但是,显然的是,根据前述说明,多种替换、修改和变型对于本领域的技术人员来说都是显而易见的。因此,本发明旨在包含落入随附权利要求书的精神和广泛范围内的所有这些替换、修改和变型。本发明可以适当地包括所公开的元素、由所公开的元素组成或基本上由所公开的元素组成,本发明还可以缺省未披露的元素的情况下实施。此外,涉及顺序的语言(例如第一和第二)应当被理解为示例性含义而非限制性含义。例如,本领域技术人员能够理解某些步骤可以在合并成一个步骤。

Claims (18)

1.一种用于精炼石脑油的方法,该方法包括以下步骤:
(a)将石脑油原料分离为轻质石油脑和重质石油脑,其中所述轻质石脑油包含具有6个或更少碳原子的链烷烃;
(b)将所述轻质石油脑引入处于第一异构化条件下的第一异构化单元,从而制备轻质异构化油;
(c)将所述重质石脑油分离为重质正链烷烃和重质非链烷烃;
(d)将所述重质正链烷烃引入处于第二异构化条件下的第二异构化单元,从而制备重质异构化油;
(e)将所述重质非链烷烃引入处于重整条件下的重整单元,从而制备重整油;以及
(f)将所述轻质异构化油、所述重质异构化油和所述重整油各自的至少一部分合并以形成汽油共混物,其中所述汽油共混物具有至少为90的目标辛烷值。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述轻质石油脑包含具有5或6个碳原子的链烷烃。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述重质正链烷烃包含具有大于6个碳原子且小于13个碳原子的链烷烃。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述重质非链烷烃包含具有大于6个碳原子且小于13个碳原子的非链烷烃。
5.根据权利要求1或2中任一项所述的方法,其中所述重质正链烷烃包含具有大于6个碳原子且小于12个碳原子的链烷烃。
6.根据权利要求1所述的方法,其中所述重质非链烷烃包含具有大于6个碳原子且小于12个碳原子的非链烷烃。
7.根据权利要求1所述的方法,其中所述重质正链烷烃包含具有大于6个碳原子且小于11个碳原子的链烷烃。
8.根据权利要求1所述的方法,其中所述重质非链烷烃包含具有大于6个碳原子且小于11个碳原子的非链烷烃。
9.根据权利要求1所述的方法,其中所述重质正链烷烃流体是通过利用分子筛吸附、蒸馏、提取或是它们的组合而从所述重质石脑油料流中分离出来的。
10.根据权利要求1所述的方法,其中所述重质异构化油包含支链链烷烃,使得与所述重质正链烷烃相比,所述重质异构化油包含更多的支链链烷烃。
11.根据权利要求1所述的方法,还包括:将至少一部分所述重整油作为芳族化合物来源引入精炼厂。
12.根据权利要求1所述的方法,其中所述汽油共混物具有改善的特性,其特征在于:辛烷值在90至97的范围内、芳族化合物浓度低于35体积%、并且苯浓度低于0.8体积%。
13.根据权利要求1所述的方法,其中所述第一异构化条件包括:所述第一异构化单元保持处于100℃至300℃的第一异构化温度,并且所述第一异构化单元保持处于275psig至450psig的第一异构化压力。
14.根据权利要求1所述的方法,其中所述第二异构化条件包括:所述第二异构化单元保持处于100℃至300℃的第二异构化温度,并且所述第二异构化单元保持处于300psig至700psig的第二异构化压力。
15.根据权利要求1所述的方法,其中所述重整条件包括:所述重整单元保持处于450℃至550℃的重整温度,并且所述重整单元保持处于70psig至300psig的重整压力。
16.根据权利要求1所述的方法,其中所述汽油共混物包含小于35体积%的芳族化合物。
17.一种精炼石脑油的方法,该方法包括以下步骤:
(a)将石脑油原料分离为轻质石油脑和重质石油脑,其中所述轻质石脑油包含具有5个或6个碳原子的链烷烃;
(b)将所述轻质石油脑引入处于第一异构化条件下的第一异构化单元,从而制备轻质异构化油,其中所述第一异构化条件包括:第一异构化温度为100℃至300℃,并且第一异构化压力为275psig至450psig;
(c)将所述重质石脑油分离为重质正链烷烃和重质非链烷烃,其中所述重质非链烷烃包含具有大于6个碳原子且小于11个碳原子的非链烷烃,其中所述重质正链烷烃包含具有大于6个碳原子且小于11个碳原子的链烷烃;
(d)将所述重质正链烷烃引入处于第二异构化条件下的第二异构化单元,从而制备重质异构化油,其中所述重质异构化油所包含的支链链烷烃的辛烷值高于所述重质正链烷烃的辛烷值,其中所述第二异构化条件包括:第二异构化温度为100℃至300℃,并且第二异构化压力为300psig至700psig;
(e)将所述重质非链烷烃引入处于重整条件下的重整单元,从而制备重整油,其中所述重整条件包括:重整温度为450℃至550℃,并且重整压力为70psig至300psig;以及
(f)将所述轻质异构化油、所述重质异构化油和所述重整油各自的至少一部分合并以形成汽油共混物,其中所述汽油共混物具有改善的特性,其特征在于:辛烷值在90至97的范围内、芳族化合物的浓度低于35体积%、并且苯的浓度低于0.8体积%。
18.根据权利要求17所述的方法,其中所述重质正链烷烃料流是通过利用分子筛吸附、蒸馏、提取或是它们的组合而从所述重质石脑油料流中分离出来的。
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