CN104437496B - 一种脱硫剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种脱硫剂的制备方法,通过将多孔载体先浸于含钴、镁的第一浸渍液中,再浸于含铜的第二浸渍液中,并加入DMF(二甲基甲酰胺)和弱碱溶液,调节pH为6‑7,经过滤、干燥、焙烧,制备得到所述脱硫剂含有氧化钴、氧化镁、氧化铜三种活性组分,并在结构中形成有较多的Lewis酸亲硫中心,本发明所述脱硫剂在氧化钴、氧化镁、氧化铜三种活性组分的协同作用下,能同时脱除混合气体中的硫醇、硫化氢和噻吩等气态硫化物,有效避免脱硫反应过程中产生竞争效应,对单一硫化物和总硫的脱硫效率都很高,并且对单一硫化物的选择性较好,对单一硫化物的穿透硫容较高。

Description

一种脱硫剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种脱硫剂的制备方法,属于脱硫剂技术领域。
背景技术
硫化物广泛存在于天然气、石油伴生气、炼厂气、煤制气等工业气源中,不仅会造成环境污染、腐蚀金属管道和设备,还会导致下游催化剂因中毒而缩短寿命,甚至使有些催化反应无法进行。因此,工业气源中硫化物的脱除,不仅有助于延长催化剂寿命、保护金属管道和设备、提高产品质量,也可降低工业生产的生产成本、增加经济效益。
工业气源中的含臭硫化物主要为无H2S和部分有机硫,如硫醇、噻吩、硫醚等。其中,脱除硫化氢的脱硫技术比较成熟,但对于有机硫尤其是硫醇、噻吩、硫醚等脱除仍存在一些问题。目前常用的脱除有机硫的方法包括加氢脱硫法和催化氧化法。加氢脱硫法是将烃油包括液化石油气、石脑油、催化汽油等中的上述有机硫化物转化为无机硫化物除去,但该方法存在成本较高的缺点。催化氧化法是将硫醇转化为无臭味的硫醚、二硫化物等,然后再采用冷凝、吸收吸附等方法脱除,流程较为复杂,增加了设备投资和操作费用。
中国专利文献CN102172512A公开了一种可同时脱除噻吩、硫醇、硫醚和硫化氢等含臭杂质的脱硫剂及其制备方法。该脱硫剂含有的催化组分为:1%-10%重量的金属氧化物或金属盐,5%-20%重量的调变剂,0-1%重量的促进剂,载体为活性炭;所述硫化物脱硫剂的制备方法包括活性炭预处理、催化组分浸渍和干燥后处理三个步骤,按上述比例,将选定的、经水洗处理的活性炭以分浸或混浸的方式浸渍于上述金属氧化物或金属盐、调变剂和促进剂,然后于20-120℃下干燥4-30小时,即得。上述脱硫剂无需设置几个工段,能同时催化氧化脱除气体中的噻吩、硫醇、硫醚和硫化氢等含臭杂质,流程简单;然而,上述脱硫剂在脱硫反应过程中存在竞争效应,对单一硫化物的穿透硫容较低,对单一硫化物的选择性较差,进而导致脱硫时总硫容较低。此外,由于上述脱硫剂进行脱硫的机理为催化氧化,需在有氧状态下才能进行脱硫反应,对设备要求较高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的脱硫剂在用于同时脱除多种硫化物时,对单一硫化物的选择性较差,对单一硫化物的穿透硫容较低,进而导致脱总硫的硫容较低,从而提出一种选择性好、穿透硫容高的脱硫剂及其制备方法。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案为:
一种脱硫剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)按照摩尔比0.5-1.5:1-3:3-5分别称取可溶性钴盐、可溶性镁盐和可溶性铜盐,将所述可溶性钴盐和可溶性镁盐混合均匀并溶于水,得到第一浸渍液;将所述可溶性铜盐溶于水,得到第二浸渍液;
(2)将多孔载体浸于所述第一浸渍液中,控制固液质量比为1:1–1:3,室温下浸泡1-5h,经过滤、干燥,即得脱硫剂半成品;
(3)将步骤(2)所述的催化剂半成品浸于所述第二浸渍液中,控制固液质量比为1:1-1:3,之后按照质量比0.1:1-0.5:1加入DMF和弱碱溶液,并调节pH为6-7,经过滤、干燥、焙烧,即得所述脱硫剂。
步骤(2)中,所述多孔载体的比表面积不小于800m2/g。
所述多孔载体为活性炭、氧化铝、硅胶中的一种或几种的混合物。
步骤(2)中所述干燥温度为110-130℃,所述干燥时间为4-8h。
步骤(3)中所述弱碱溶液为氨水。
步骤(3)中,所述干燥为密闭干燥,所述干燥温度为100-130℃,所述干燥时间为4-8h;所述焙烧温度为300-400℃,所述焙烧时间为1-3h。
步骤(2)中将所述多孔载体浸于所述第一浸渍液之前,还对载体进行以下预处理:
a.取质量浓度为98wt%的浓硫酸和质量浓度为5wt%的H2O2溶液并混合均匀得到处理液,所述浓硫酸和所述H2O2溶液的质量比为1:0.5-1:2;
b.将所述多孔载体浸于所述处理液中,控制固液质量比为1:1-1:3;浸泡1-3h后取出,经水洗至中性,100-120℃烘干,即得预处理后的多孔载体。
所述可溶性钴盐为磺化肽菁钴、硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中的一种或几种的混合物;所述可溶性镁盐为硝酸镁、硫酸镁、醋酸镁、氯化镁中的一种或几种的混合物;所述可溶性铜盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的一种或几种的混合物。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
(1)本发明所述的脱硫剂的制备方法,通过将多孔载体先浸于含钴、镁的第一浸渍液中,再浸于含铜的第二浸渍液中,并加入DMF(二甲基甲酰胺)和弱碱溶液,调节pH为6-7,经过滤、干燥、焙烧,制备得到所述脱硫剂含有氧化钴、氧化镁、氧化铜三种活性组分,并在结构中形成有较多的Lewis酸亲硫中心,将所述脱硫剂用于对硫化氢、硫醇、噻吩等多种硫化物进行同时脱除时,能有效避免脱硫反应过程中产生竞争效应,对单一硫化物和总硫的脱硫效率都很高,较之现有技术中的脱硫剂在用于同时脱除多种硫化物时存在竞争效应,对单一硫化物的选择性变差,对单一硫化物的穿透硫容降低,其对硫化氢、硫醇的穿透硫容低于20%,对噻吩的穿透硫容甚至低于10%,进而导致脱除总硫的硫容不超过30%,本发明所述脱硫剂在氧化钴、氧化镁、氧化铜三种活性组分的协同作用下,能同时脱除混合气体中的硫醇、硫化氢和噻吩等气态硫化物,并且对单一硫化物的选择性较好,对单一硫化物的穿透硫容较高,其对硫化氢、硫醇、噻吩的穿透硫容均为25%以上,脱除总硫的硫容较高为35%以上。
同时,本发明通过先浸渍钴、镁活性组分,再浸渍铜活性组分,以及可溶性钴盐、可溶镁盐、可溶性铜盐的特定的配比与载体之间形成的协同性来实现本发明的有益技术效果,具体为:一方面可有效避免现有技术中氧化钴在活性炭表面易出现烧结而导致催化剂活性下降,另一方面避免先负载含量较多氧化铜易阻塞活性炭孔道,使之不能再负载其他活性组分,从而本发明方法能有效提高活性组分的分散度,制备得到脱硫剂的活性高。这种协同效果是现有技术中的其他技术方案的简单组合相比,具有不可预见性,本发明方法制备所得的脱硫剂具有更好的穿透硫容。
(2)本发明所述的脱硫剂的制备方法,还对载体进行所述预处理,从而有效改变载体表面的局部化学硬度、活性中心、比表面积、孔结构等物理化学性能,使其与目标脱除物质分子的化学硬度相匹配,有利于提高吸附选择性和吸附容量;此外,由于活性炭的灰分较大,用酸进行处理能去除活性炭孔道内的杂质和灰分,提高活性组分的负载率。
具体实施方式
以下实施例中以1重量份代表1g。
实施例1
本实施例提供一种脱硫剂,其组成包括:
多孔载体活性炭,1重量份;
氧化铜,5重量份;
氧化钴,1重量份;
氧化镁,1重量份。
进一步,提供一种制备所述脱硫剂的方法,包括如下步骤:
(1)按照摩尔比0.5:1:3分别称取磺化肽菁钴、硝酸镁和硝酸铜,将磺化肽菁钴和硝酸镁混合均匀后溶于水,得到第一浸渍液;将硝酸铜溶于水,得到第二浸渍液;
(2)将1重量份比表面积为800m2/g的活性炭先进行预处理,再浸于所述第一浸渍液中,控制固液质量比为1:1,室温下浸泡1h,经过滤、110℃干燥8h,即得脱硫剂半成品;
其中,对活性炭进行预处理的步骤具体如下:
a.按照重量比1:0.5取98wt%浓硫酸和5wt%H2O2并混合均匀,即得处理液;
b.将活性炭浸于所述处理液中,控制固液质量比为1:1;浸泡1h后取出,经水洗至中性、100℃烘干,即得预处理后的活性炭;
(3)将步骤(2)所述的催化剂半成品浸于所述第二浸渍液中,控制固液质量比为1:1,加入1.5重量份的DMF和15重量份质量浓度为15%氨水溶液,并调节pH为6,经过滤、100℃干燥8h、300℃焙烧3h,即得所述脱硫剂。
实施例2
本实施例提供一种脱硫剂,其组成包括:
多孔载体氧化铝,50重量份;
氧化铜,10重量份;
氧化钴,3重量份;
氧化镁,10重量份。
进一步,提供一种制备所述脱硫剂的方法,包括如下步骤:
(1)按照摩尔比1:2:4分别称取硝酸钴、硫酸镁和硫酸铜,将硝酸钴和硫酸镁混合均匀后溶于水,得到第一浸渍液;将硫酸铜溶于水,得到第二浸渍液;
(2)将50重量份比表面积为1000m2/g的氧化铝浸于所述第一浸渍液中,控制固液质量比为1:2,室温下浸泡2.5h,经过滤、120℃干燥6h,即得脱硫剂半成品;
(3)将步骤(2)所述的催化剂半成品浸于所述第二浸渍液中,控制固液质量比为1:2,加入1.5重量份的DMF和5重量份质量浓度为15%氨水溶液,并调节pH为6.5,经过滤、120℃干燥6h、350℃焙烧2h,即得所述脱硫剂。
实施例3
本实施例提供一种脱硫剂,其组成包括:
多孔载体硅胶,100重量份;
氧化铜,15重量份;
氧化钴,5重量份;
氧化镁,20重量份。
进一步,提供一种制备所述脱硫剂的方法,包括如下步骤:
(1)按照摩尔比1.5:3:5分别称取硫酸钴、醋酸镁和氯化铜,将硫酸钴和醋酸镁混合均匀后溶于水,得到第一浸渍液;将氯化铜溶于水,得到第二浸渍液;
(2)将100重量份比表面积为1200m2/g的硅胶浸于所述第一浸渍液中,控制固液质量比为1:3,室温下浸泡5h,经过滤、130℃干燥4h,即得脱硫剂半成品;
(3)将步骤(2)所述的催化剂半成品浸于所述第二浸渍液中,控制固液质量比为1:3,加入1.5重量份的DMF和3重量份质量浓度为15%氨水溶液,并调节pH为7,经过滤、130℃干燥4h、400℃焙烧1h,即得所述脱硫剂。
对比例1
本对比例提供一种脱硫剂的制备方法,步骤如下:
(1)按照摩尔比0.5:3分别称取硝酸钴和硫酸铜,将硝酸钴溶于水,得到第一浸渍液,将硫酸铜溶于水,得到第二浸渍液;
(2)将比表面积为800m2/g多孔载体活性炭浸于所述第一浸渍液中,室温下浸泡1h,经过滤、110℃干燥,即得脱硫剂半成品;
(3)将步骤(2)所述的催化剂半成品浸于所述第二浸渍液中,室温下浸泡3h,经过滤、干燥、焙烧,即得脱硫剂。
对比例2
本对比例提供一种脱硫剂的制备方法,步骤如下:
(1)按照摩尔比0.5:1:3分别称取硝酸钴、硫酸镁和硫酸铜,将硝酸钴和硫酸镁混合均匀后溶于水,得到第一浸渍液;将硝酸铜溶于水,得到第二浸渍液;
(2)将比表面积为800m2/g多孔载体活性炭浸于所述第二浸渍液中,室温下浸泡1h,经过滤、110℃干燥,即得脱硫剂半成品;
(3)将步骤(2)所述的催化剂半成品浸于所述第一浸渍液中,室温下浸泡3h,经过滤、干燥、焙烧,即得脱硫剂。
实验例
将实施例1-3以及对比例1和对比例2制备得到的脱硫剂依次编号为A-E,并分别对上述脱硫剂A-E对于单一硫化物的脱除硫容和总硫容进行测定,测定结果见表1-表4。
测定方法具体如下:
(1)混合气体中H2S气体的脱除
原料气用4000ppm的H2S气体(其余为高纯N2),空速1000h-1、反应温度30℃,常压。脱硫剂装填量0.5g,脱硫剂反应终点出口尾气硫含量控制为0.05ppm,尾气中硫含量分析采用色谱法。
硫容计算公式:
S=(V*C)/M
S:硫容,%;
V:气体的体积;
C:气体中COS的浓度,mg/m3
M:脱硫剂的装剂量;
(2)混合气体中硫醇气体的脱除
原料气中的硫醇含量为5000ppm,其他条件保持不变,硫容计算方式保持不变。
(3)混合气体中噻吩气体的脱除
原料气中的噻吩含量为500ppm,其他条件保持不变,硫容计算方式保持不变。
(4)气体中总硫的脱除(对应表4)
制备原料混合气总含量为5000ppm,其中硫化氢:硫醇:噻吩=1:1:0.1(体积比),其他条件保持不变,硫容计算方式保持不变。
表1-不同脱硫剂样品的H2S硫容测定结果
样品编号 反应温度/℃ 穿透硫容/% 出口精度/ppm
A 40 25.28 0.05
B 40 30.34 0.05
C 40 25.76 0.05
D 40 19.28 0.05
E 40 18.21 0.05
表2-不同脱硫剂样品的硫醇硫容测定结果
样品编号 反应温度/℃ 穿透硫容/% 出口精度/ppm
A 40 27.48 0.05
B 40 35.92 0.05
C 40 30.23 0.05
D 40 15.42 0.05
E 40 19.97 0.05
表3-不同脱硫剂样品的噻吩硫容测定结果
样品编号 反应温度/℃ 穿透硫容/% 出口精度/ppm
A 40 25.33 0.05
B 40 26.79 0.05
C 40 26.28 0.05
D 40 6.35 0.05
E 40 9.44 0.05
表4-不同脱硫剂样品的总硫容测定结果
结果显示,本发明方法制备得到的脱硫剂(样品A-C),分别用于脱除不同单一硫化物时,对单一硫化物的穿透硫容较高,均大于25%;用于同时脱除气体中多种硫化物时,对单一硫化物的选择性较好,穿透总硫容较高;而对比例样品D和E,分别用于脱除不同单一硫化物时,对单一硫化物的穿透硫容较低,用于同时脱除气体中多种硫化物时,对单一硫化物的选择性较差,穿透总硫容较低。可见,本发明方法制备所得的脱硫剂具有更好的穿透硫容以及选择性,不论应用于脱除不同来源的单一硫化合物还是有针对性的脱除多种硫化合物中的一种或几种,都具有较好的技术效果,这是现有技术中的其他脱硫剂所不具备的。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (23)

1.一种脱硫剂的制备方法,包括如下步骤:
(1)按照摩尔比0.5-1.5:1-3:3-5分别称取可溶性钴盐、可溶性镁盐和可溶性铜盐,将所述可溶性钴盐和可溶性镁盐混合均匀并溶于水,得到第一浸渍液;将所述可溶性铜盐溶于水,得到第二浸渍液;
(2)将多孔载体浸于所述第一浸渍液中,控制固液质量比为1:1-1:3,室温下浸泡1-5h,经过滤、干燥,即得脱硫剂半成品;
(3)将步骤(2)所述的脱硫剂半成品浸于所述第二浸渍液中,控制固液质量比为1:1-1:3,之后按照DMF和弱碱溶液质量比0.1:1-0.5:1加入DMF和弱碱溶液,并调节pH为6-7,经过滤、干燥、焙烧,即得所述脱硫剂。
2.根据权利要求1所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述多孔载体的比表面积不小于800m2/g。
3.根据权利要求1或2所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,所述多孔载体为活性炭、氧化铝、硅胶中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1-2任一所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述干燥温度为110-130℃,所述干燥时间为4-8h。
5.根据权利要求3所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中所述干燥温度为110-130℃,所述干燥时间为4-8h。
6.根据权利要求1-2或5任一所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述弱碱溶液为氨水。
7.根据权利要求3所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述弱碱溶液为氨水。
8.根据权利要求4所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,步骤(3)中所述弱碱溶液为氨水。
9.根据权利要求1-2或5或7-8任一所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述干燥为密闭干燥,所述干燥温度为100-130℃,所述干燥时间为4-8h;所述焙烧温度为300-400℃,所述焙烧时间为1-3h。
10.根据权利要求3所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述干燥为密闭干燥,所述干燥温度为100-130℃,所述干燥时间为4-8h;所述焙烧温度为300-400℃,所述焙烧时间为1-3h。
11.根据权利要求4所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述干燥为密闭干燥,所述干燥温度为100-130℃,所述干燥时间为4-8h;所述焙烧温度为300-400℃,所述焙烧时间为1-3h。
12.根据权利要求6所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述干燥为密闭干燥,所述干燥温度为100-130℃,所述干燥时间为4-8h;所述焙烧温度为300-400℃,所述焙烧时间为1-3h。
13.根据权利要求1-2或5或7-8或10-12任一所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中将所述多孔载体浸于所述第一浸渍液之前,还对载体进行以下预处理:
a.取质量浓度为98wt%的浓硫酸和质量浓度为5wt%的H2O2溶液并混合均匀得到处理液,所述浓硫酸和所述H2O2溶液的质量比为1:0.5-1:2;
b.将所述多孔载体浸于所述处理液中,控制固液体积比为1:1-1:3;浸泡1-3h后取出,经水洗至中性,100-120℃烘干,即得预处理后的多孔载体。
14.根据权利要求3所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中将所述多孔载体浸于所述第一浸渍液之前,还对载体进行以下预处理:
a.取质量浓度为98wt%的浓硫酸和质量浓度为5wt%的H2O2溶液并混合均匀得到处理液,所述浓硫酸和所述H2O2溶液的质量比为1:0.5-1:2;
b.将所述多孔载体浸于所述处理液中,控制固液体积比为1:1-1:3;浸泡1-3h后取出,经水洗至中性,100-120℃烘干,即得预处理后的多孔载体。
15.根据权利要求4所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中将所述多孔载体浸于所述第一浸渍液之前,还对载体进行以下预处理:
a.取质量浓度为98wt%的浓硫酸和质量浓度为5wt%的H2O2溶液并混合均匀得到处理液,所述浓硫酸和所述H2O2溶液的质量比为1:0.5-1:2;
b.将所述多孔载体浸于所述处理液中,控制固液体积比为1:1-1:3;浸泡1-3h后取出,经水洗至中性,100-120℃烘干,即得预处理后的多孔载体。
16.根据权利要求6所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中将所述多孔载体浸于所述第一浸渍液之前,还对载体进行以下预处理:
a.取质量浓度为98wt%的浓硫酸和质量浓度为5wt%的H2O2溶液并混合均匀得到处理液,所述浓硫酸和所述H2O2溶液的质量比为1:0.5-1:2;
b.将所述多孔载体浸于所述处理液中,控制固液体积比为1:1-1:3;浸泡1-3h后取出,经水洗至中性,100-120℃烘干,即得预处理后的多孔载体。
17.根据权利要求9所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)中将所述多孔载体浸于所述第一浸渍液之前,还对载体进行以下预处理:
a.取质量浓度为98wt%的浓硫酸和质量浓度为5wt%的H2O2溶液并混合均匀得到处理液,所述浓硫酸和所述H2O2溶液的质量比为1:0.5-1:2;
b.将所述多孔载体浸于所述处理液中,控制固液体积比为1:1-1:3;浸泡1-3h后取出,经水洗至中性,100-120℃烘干,即得预处理后的多孔载体。
18.根据权利要求1-2或5或7-8或10-12或14-17任一所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,所述可溶性钴盐为磺化肽菁钴、硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中的一种或几种的混合物;所述可溶性镁盐为硝酸镁、硫酸镁、醋酸镁、氯化镁中的一种或几种的混合物;所述可溶性铜盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的一种或几种的混合物。
19.根据权利要求3所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,所述可溶性钴盐为磺化肽菁钴、硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中的一种或几种的混合物;所述可溶性镁盐为硝酸镁、硫酸镁、醋酸镁、氯化镁中的一种或几种的混合物;所述可溶性铜盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的一种或几种的混合物。
20.根据权利要求4所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,所述可溶性钴盐为磺化肽菁钴、硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中的一种或几种的混合物;所述可溶性镁盐为硝酸镁、硫酸镁、醋酸镁、氯化镁中的一种或几种的混合物;所述可溶性铜盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的一种或几种的混合物。
21.根据权利要求6所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,所述可溶性钴盐为磺化肽菁钴、硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中的一种或几种的混合物;所述可溶性镁盐为硝酸镁、硫酸镁、醋酸镁、氯化镁中的一种或几种的混合物;所述可溶性铜盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的一种或几种的混合物。
22.根据权利要求9所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,所述可溶性钴盐为磺化肽菁钴、硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中的一种或几种的混合物;所述可溶性镁盐为硝酸镁、硫酸镁、醋酸镁、氯化镁中的一种或几种的混合物;所述可溶性铜盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的一种或几种的混合物。
23.根据权利要求13所述的脱硫剂的制备方法,其特征在于,所述可溶性钴盐为磺化肽菁钴、硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中的一种或几种的混合物;所述可溶性镁盐为硝酸镁、硫酸镁、醋酸镁、氯化镁中的一种或几种的混合物;所述可溶性铜盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜中的一种或几种的混合物。
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