CN104528765A - 一种氨碱-联碱循环生产工艺及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及氨碱-联碱循环生产氯化钠、纯碱、液氨、氯化铵、氯化钙、碳酸钙的工艺。用卤水、二氧化碳、电石渣为原料用氨碱法生产纯碱,产生的废液废渣注入盐井采卤,除硝后生成的硫酸钙及注入的碱渣留在盐井内储存,采出的卤水送入盐钙联产装置,先生产固体盐,剩下的溶液一部分与纯碱反应生产碳酸钙,一部分作为液体氯化钙,一部分蒸发生产二水氯化钙。利用前述得到的固体盐、氨及二氧化碳为原料用联碱法生产纯碱和氯化铵。湿氯化铵加入到氨碱废液中进行分解。该工艺增加了循环生产的效率,产率,减少了环境的污染。纯碱、纯度、氯化铵、固体盐纯度分别高达99.0%、99.9%、99.5%、95%,固体钙含量为74%,液体钙可优化配置,碳酸钙粒度为纳米-亚微米级。
Description
技术领域
本发明涉及一种氨碱-联碱循环生产工艺及在大型井矿盐开采上的应用。
背景技术
典型的井矿盐生产工艺过程如图1所示,它包括:用淡水注入盐井中采出饱和卤水,然后蒸发或真空蒸发得到固体盐,并产生作为废料的盐泥。该生产工艺易导致地质隐患。
纯碱工艺是化学工业的基础部分,纯碱生产工艺主要为氨碱工艺、联碱工艺以及天然碱工艺,应用多且生产规模大的化学合成制碱工艺为氨碱法。典型的氨碱法制碱工艺过程,如附图2所示。
氨碱法生产中,每生产1吨纯碱将产生300-350kg的废渣(干基),主要含碳酸钙、氢氧化镁、氧化钙等,目前氨碱企业一般都是采用外排堆放或倾倒远海的方法处理废渣。而氨碱法每生产1t纯碱会产生8-10m3的废液,其大致成份为:CaCl295-115g/l;NaCl 50-51g/l。就氨碱废液利用处理而言,目前世界范围内的氨碱企业大多是采用外排方式处理,即:首先采取措施调节氨碱废液的PH值,达到标准后对外排放。虽然目前环保标准中还没有氨碱废液中氯化钙、氯化钠限排指标,但大量的含盐量较高的氨碱废液的排放还是会对环境造成影响,另外,大量的NaCl、CaCl2等随废液排放掉是非常可惜的,不但造成了资源浪费,而且不符合现代化企业的要求。
由于需要处理的氨碱废液数量巨大,加上环境条件的制约,以及处理利用成本的限制,因此,虽然上述技术得到一定的应用,但处理利用氨碱废液数量较少,大部分氨碱废液还是被排放掉。
中国专利申请200910183644(CN101629484A)公开了一种氨碱废液用于硫酸钠型盐矿注井采卤的资源化利用方法,将氨碱废液直接,或在氨碱废液中加入淡水后,替代淡水注入盐矿井下,溶解岩盐形成矿卤,经自然沉降后,开采出矿卤。该发明将氨碱废液用于硫酸钠型盐矿采卤,利用氨碱废液含CaCl2和硫酸钠型盐矿的特点,用氨碱废液直接或兑水后注入盐矿井下采卤,得到硫酸钠含量低的高品质卤水,既降低了卤水中的硫酸钠含量,又回收了氨碱废液中的NaCl与CaCl2,氨碱废液得到了资源化利用,减少了废物的排放。所制得的卤水可以用于真空制盐、卤水制碱、矿卤日晒制盐以及其它化学工业。但是,该方法的工艺中的硫酸根脱除、硫酸钙沉淀过程全部在地下矿井中完成,由于地下情况复杂,矿盐的品位差别大,开采后的卤水质量难以得到保证,开采有效率低,工业化生产难以实现,因此,在控制原料卤水质量,工业化生产容易实现上仍然有待进一步优化,卤水开采的有效率需要进一步提高。
中国专利ZL200710113925.7,公开了电石泥用于氨碱法纯碱生产的方法,采用电石泥排放废气后进行增稠处理,除去电石泥清液,电石泥清液会用于乙炔发生系统,将增稠处理后的电石泥浆料输送至氨碱法纯碱生产工序,调配成Ca(OH)2浓度为155-165滴度的石灰乳,之后将调制的石灰乳用于氨碱法生产中的氨回收和盐水精制中。
中国专利CN103641139A,公开了一种岩盐或岩盐伴生矿井下卤水脱硝方法,将制碱或其它化工行业残余的氯化钙与采卤注井水混合,然后注入矿井中,将卤水中硫酸钠转化为硫酸钙和有用的氯化钠,硫酸钙饱和后形成晶体直接沉于矿井中。
中国专利ZL102205979B公开了利用硫酸钠型井矿盐的盐、碱和任选的钙产品的联合循环生产工艺,它包括以下步骤:1)、利用氨碱法用卤水制备Na2CO3,获得固体碳酸钠,同时产生氨碱废液和氨碱废渣,2)、以上步骤的废液代替淡水被注入硫酸钠型盐矿井下采卤,到高钙卤水;同时在地下留下了溶腔,即盐腔,3)、以上步骤2)的高钙卤水进行真空蒸发,导致结晶,得到固体氯化钠和二水氯化钙,和任选的液体钙产品,和/或3)、以上步骤2)的高钙卤水与高硝卤水按照一定的比例混合,形成硫酸钙沉淀,去除硫酸钙沉淀物,获得低硝卤水;4)、将以上步骤1)生产的废渣注入在步骤2)所形成的地下盐腔,或注入其它通常用淡水注井采卤后所留下的盐腔,其中,所述高钙卤水是指CaCl2含量为30-120g/L和NaCl含量为100-250g/L的卤水;所述高硝卤水是指NaCl含量为250-320g/L、Na2SO4含量为12.5g/L-27g/L以及其它杂质含量<7g/L的卤水;所述低硝卤水是指Na2SO4含量为0.1-12g/L和NaCl含量为100-330g/L的卤水。
上述专利文献中均没有公开一种氨碱、盐钙、联碱联合并循环生产工艺,并解决该联合生产工艺中,因场地较大,循环生产困难,多次开采后,地质容易塌方,造成资源浪费,生产过程中的废液废渣造成环境污染,及提高产品产量及纯度等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氨碱-联碱循环生产工艺,涉及氯化钠、纯碱、液氨、氯化铵、氯化钙、碳酸钙、硫酸钙等七种产品联合循环生产的工艺,包括如下工艺步骤:
1)以盐井一采出的卤水、经合成氨装置产出的氨及副产物二氧化碳、电石法PVC产生的固体废弃物电石渣为原料,采用氨碱法生产得到纯碱及废液废渣。
该步骤中盐井一采出的卤水、经合成氨装置产出的氨及副产物二氧化碳、电石法产生的固体废弃物电石渣的投入量为每吨纯碱消耗卤水5-5.5m3、消耗二氧化碳300~350Nm3、消耗电石渣1.2-1.5t、消耗氨3-5kg。进一步优选为盐井一采出的卤水、合成氨装置的氨及副产物二氧化碳、电石法产生的固体废弃物电石渣的投入量为每吨纯碱消耗卤水5.1m3/t碱、消耗二氧化碳330Nm3/t碱、消耗电石渣1.3t/t碱、消耗氨3.5kg。
2)将步骤1)的废液废渣,90-95%注入盐井二中,采卤,5-10%注入盐井一中,用于除硝,采出的低硝卤水(所述的低硝卤水是指脱除浓度为10g/L及以上的硫酸钠后得到的卤水。)继续注入氨碱法生产装置,如此循环。
所述的盐井一还可以为至少两个盐井串联而成;所述的井盐二、三还可以为至少两个井盐串联而成;流程为:盐井一--精制盐水--氨碱法装置--盐井二--盐井二采出卤水--盐钙联产--盐--联碱法装置。
3)将步骤2)的盐井二采出的卤水在100-120℃的高温下蒸发后得到高钙卤水,将高钙卤水和/或氨碱法产生的废液废渣注入盐钙联产装置,盐钙联产装置蒸发提浓,先分离固体盐,剩余的部分为氯化钙水溶液,将该氯化钙水溶液分成如下部分:一部分与步骤2)采出的卤水混合,析出固体盐,然后进入蒸发或注入盐井二;一部分直接注入盐井二或盐井三利用地下溶腔储钙;一部分作为液体氯化钙产品;一部分经蒸发后生产氯化钙固体产品;一部分作为生产其它钙产品的原料;
按氯化钙的质量比例计,6%-10%用于地下储存留在盐井二或盐井三内,30%-50%作为液体氯化钙产品,30%-50%经蒸发后生产氯化钙固体产品,0%-20%作为生产其它钙产品的原料。
上述的步骤1)中所述的经氨碱法得到的废液为含有质量百分比浓度为9-11%的氯化钙溶液;步骤3)中的氯化钙水溶液的质量百分比浓度为28-42%。
所述的盐钙联产装置为至少4效蒸发器串联组成的多效蒸发器。
4)将步骤3)得到的固体盐,步骤1)中的经合成氨装置产出的产品液氨及副产物二氧化碳作为原料,经联碱法生产得到纯碱和氯化铵,将得到的氯化铵,加入步骤1)氨碱法工序;提高废液浓度,降低步骤2)注井量,实现盐、碱、钙产品产量比例的可调。
5)将步骤3)得到的氯化钙水溶液、步骤1)氨碱法、步骤4)联碱法产生的高温纯碱溶液作为原料,注入到碳酸钙装置内进一步合成得到碳酸钙;或者将步骤3)得到的氯化钙水溶液与芒硝反应,合成高品质硫酸钙;可以生产任意市场需要的钙产品。还步骤中还包括将碳酸钙装置、硫酸钙装置产生的卤水直接打入盐井二或盐井三。
经过以上步骤后完成氨碱-联碱循环生产工艺。
本发明将上述的氨碱-联碱循环生产工艺应用于开采井矿盐上。
本发明的工艺原理如下:
步骤一:
2CmHn+O2=2mCO+n H2;
2C+O2=2CO;
C+H2O=CO+H2;
CO+H2O=CO2+H2;
H2+N2=NH3;
Ca2C+H2O=Ca(OH)2+C2H2;
NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl;
2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2;
2NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O。
该步骤中得到纯度大于99%以上的纯碱,其废液含CaCl2及未参与反应的NaCl。
步骤二:
CaCl2+Na2SO4=CaSO4+2NaCl。
该步骤用制碱废液注井采出卤水,一部分氯化钙与芒硝反应得到硫酸钙沉淀,存储于盐井中,不仅填补了盐井的溶腔,减少了地质灾害,且经脱销后得到低硝卤水,循环应用于下一过程。
步骤三:
CaCl2+2H2O=CaCl2·2H2O。
该步骤经过盐钙联产后得到固体二水氯化钙产品。
步骤四:
NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3+NH4Cl;
2NaHCO3=Na2CO3+H2O+CO2。
该步骤中得到的纯碱及氯化铵的纯度达到99%及以上。
步骤五:
2NH4Cl+Ca(OH)2=2NH3+CaCl2+2H2O。
该步骤将生产的氯化铵的2-5%加入到步骤1)氨碱法的蒸氨工序,提高废液浓度,降低步骤2)注井量,实现盐、碱、钙产品产量的可调。
步骤六:
CaCl2+Na2CO3=CaCO3+2NaCl;
CaCl2+Na2SO4=CaSO4+2NaCl。
该步骤将步骤3)得到的氯化钙水溶液、步骤1)步骤4)得到的高温纯碱溶液作为原料,注入碳酸钙装置内进一步合成得到碳酸钙;或者将步骤3)得到的氯化钙水溶液与芒硝反应,合成高品质硫酸钙。可以生产任意市场需要的钙产品。将该步骤中得到的废液与制碱废液一同注入盐井下,用于填补盐井的空腔。上述工艺在合理利用与开采井矿盐上,具有如下有益效果:
利用合成氨的副产物二氧化碳及电石法PVC产生的废弃物电石渣,而不用一般工序中的石灰窑生产二氧化碳和石灰,减少了对环境的污染,充分利用原料,减少资源浪费,降低资金投入。
将氨碱法得到的废液进注入盐井中,得到沉淀硫酸钙,填补了盐井的空腔,减少了地质灾害,同时该硫酸钙可再次取出利用。
本发明涵盖了卤水回收利用及卤水精制的过程,增加了循环生产的效率、产率、纯度,减少了环境的污染。
采用上述步骤得到的纯碱纯度高达99.0%及以上,液氨的纯度高达99.5%以上,固体钙含量为74%以上,液体钙可根据客户所需进行纯度的优化配置,如42%、36%、38%等,固体盐纯度为95%及以上,氯化铵的纯度为99.0%以上,碳酸钙的粒度为纳米-亚微米级,并低于0.2微米,其纯度为99.9%及以上。
附图说明
图1为典型的井矿盐生产工艺过程。
图2为典型的氨碱法制碱工艺过程。
图3为本发明氨碱-联碱循环生产工艺过程。
具体实施方式
实施例1
本发明以湖北宜化双环科技股份有限公司的生产工艺为例。
1)、以盐井一采出的卤水经精制得到的精制卤水(含氯化钠310g/L;硫酸钠5g/L)、经合成氨装置产出的氨及副产物二氧化碳、电石法产生的固体废弃物电石渣为原料,采用氨碱法生产得到纯碱及废液废渣;井盐一采出的卤水、经合成氨装置产出的氨及副产物二氧化碳、电石法产生的固体废弃物电石渣消耗比例为每吨纯碱消耗卤水5.1m3/t碱、消耗二氧化碳330Nm3/t碱、消耗电石渣1.3t/t碱、消耗氨3.5kg。
2)、将步骤1)的废液废渣注入另一盐井二中,所述的井盐一为五个井盐串联而成;所述的井盐二为五个井盐串联而成。所述的经氨碱法得到的氯化钙废液质量百分比浓度为10%。流程为:盐井一--精制盐水--氨碱法装置--盐井二--盐井二出卤水--盐钙联产--盐--联碱法装置。
3)、将步骤2)的盐井二中采出的卤水注入盐钙联产装置(所述的盐钙联产装置为至少4效蒸发器串联组成的多效蒸发器),经分离得到固体盐,剩余的部分为氯化钙水溶液,按氯化钙的质量比例计,8%作为生产碳酸钙的原料,45%作为液体氯化钙产品,37%经蒸发后生产二水氯化钙,10%作为卤水除硝留在盐井二内。
4)、将步骤3)得到的固体盐,步骤1)中的经合成氨装置产出的产品液氨及副产物二氧化碳作为原料,经联碱法生产得到纯碱和氯化铵。
5)、将步骤4)得到的氯化铵的5%补入到步骤1)中的氨碱法装置,以补充氨碱生产过程中的氨损耗。
6)、该步骤将步骤3)得到的氯化钙水溶液、步骤1)步骤4)得到的高温纯碱溶液作为原料,注入碳酸钙装置内进一步合成得到碳酸钙产品。将该步骤中得到的废液与制碱废液一同注入盐井下,用于填补盐井的空腔。
经过上述步骤后,完成氨碱-联碱循环生产工艺。
采用上述步骤得到的纯碱纯度高达99.2%及以上,液氨的纯度高达99.5%及以上,固体钙含量为74.5%,液体钙可根据客户所需进行纯度的优化配置,如42%,固体盐纯度为95%,氯化铵的纯度为99.5%,碳酸钙的粒度为0.1微米,其纯度为99.9%。
实施例2
本发明以湖北宜化双环科技股份有限公司的生产工艺为例。
1)、以盐井一采出的卤水经精制得到的精制卤水(含氯化钠305g/L;硫酸钠6g/L)、经合成氨装置产出的氨及副产物二氧化碳、电石法产生的固体废弃物电石渣为原料,采用氨碱法生产得到纯碱及废液废渣;井盐一采出的卤水、经合成氨装置产出的氨及副产物二氧化碳、电石法产生的固体废弃物电石渣消耗比例为每吨纯碱消耗卤水5.2m3/t碱、消耗二氧化碳335Nm3/t碱、消耗电石渣1.34t/t碱、消耗氨3.8kg。
2)、将步骤1)的废液废渣注入另一盐井二中,所述的井盐一为五个盐井串联而成;所述的井盐二为五个井盐串联而成。所述的经氨碱法得到的氯化钙废液质量百分比浓度为9.7%。流程为:盐井一--精制盐水--氨碱法装置--盐井二--盐井二出卤水--盐钙联产--盐--联碱法装置。
3)、将步骤2)的盐井二中采出的卤水注入盐钙联产装置(所述的盐钙联产装置为至少4效蒸发器串联组成的多效蒸发器),经分离得到固体盐,剩余的部分为氯化钙水溶液,按氯化钙的质量比例计,6%作为生产碳酸钙的原料,41%作为液体氯化钙产品,44%经蒸发后生产二水氯化钙,9%作为卤水除硝留在盐井二内。
4)、将步骤3)得到的固体盐,步骤1)中的经合成氨装置产出的产品液氨及副产物二氧化碳作为原料,经联碱法生产得到纯碱和氯化铵。
5)、将步骤4)得到的氯化铵的3%补入到步骤1)中的氨碱法装置,以补充氨碱生产过程中的氨损耗。
6)、该步骤将步骤3)得到的氯化钙水溶液、步骤1)步骤4)得到的高温纯碱溶液作为原料,注入碳酸钙装置内进一步合成得到碳酸钙产品。将该步骤中得到的废液与制碱废液一同注入盐井下,用于填补盐井的空腔。
经过上述步骤后,完成氨碱-联碱循环生产工艺。
采用上述步骤得到的纯碱纯度高达99.1%及以上,液氨的纯度高达99.5%及以上,固体钙含量为74.9%,液体钙可根据客户所需进行纯度的优化配置,如42%,固体盐纯度为95.3%,氯化铵的纯度为99.5%,碳酸钙的粒度为0.1微米,其纯度为99.9%。
实施例3
本发明以湖北宜化双环科技股份有限公司的生产工艺为例。
1)、以盐井一采出的卤水经精制得到的精制卤水(含氯化钠308g/L;硫酸钠5.5g/L)、经合成氨装置产出的氨及副产物二氧化碳、电石法产生的固体废弃物电石渣为原料,采用氨碱法生产得到纯碱及废液废渣;井盐一采出的卤水、经合成氨装置产出的氨及副产物二氧化碳、电石法产生的固体废弃物电石渣消耗比例为每吨纯碱消耗卤水5.17m3/t碱、消耗二氧化碳332Nm3/t碱、消耗电石渣1.32t/t碱、消耗氨3.7kg。
2)、将步骤1)的废液废渣注入另一盐井二中,所述的井盐一为五个盐井串联而成;所述的井盐二为五个井盐串联而成。所述的经氨碱法得到的氯化钙废液质量百分比浓度为9.9%。流程为:盐井一--精制盐水--氨碱法装置--盐井二--盐井二采出卤水--盐钙联产--盐--联碱法装置。
3)、将步骤2)的盐井二中采出的卤水注入盐钙联产装置(所述的盐钙联产装置为至少4效蒸发器串联组成的多效蒸发器),经分离得到固体盐,剩余的部分为氯化钙水溶液,按氯化钙的质量比例计,5.4%作为生产碳酸钙的原料,48%作为液体氯化钙产品,39.4%经蒸发后生产二水氯化钙,7.2%作为卤水除硝留在盐井二内。
4)、将步骤3)得到的固体盐,步骤1)中的经合成氨装置产出的产品液氨及副产物二氧化碳作为原料,经联碱法生产得到纯碱和氯化铵。
5)、将步骤4)得到的氯化铵的4%补入到步骤1)中的氨碱法装置,以补充氨碱生产过程中的氨损耗。
6)、该步骤将步骤3)得到的氯化钙水溶液、步骤1)步骤4)得到的高温纯碱溶液作为原料,注入碳酸钙装置内进一步合成得到碳酸钙产品。将该步骤中得到的废液与制碱废液一同注入盐井下,用于填补盐井的空腔。
经过上述步骤后,完成氨碱-联碱循环生产工艺。
采用上述步骤得到的纯碱纯度高达99.0%及以上,液氨的纯度高达99.5%及以上,固体钙含量为74.3%,液体钙可根据客户所需进行纯度的优化配置,如42%及38%等,固体盐纯度为95.5%,氯化铵的纯度为99.0%,碳酸钙的粒度为50-80nm,其纯度为99.99%。
Claims (10)
1.一种氨碱-联碱循环生产工艺,其特征在于,包括如下工艺步骤:
以盐井一采出的卤水经过盐水精制得到的精制盐水、合成氨装置产出的液氨及副产物二氧化碳、电石法产生的固体废弃物电石渣为原料,采用氨碱法生产得到纯碱及废液废渣;
将步骤1)的废液废渣,90-95%注入盐井二中,采卤,5-10%注入盐井一中,用于除硝,采出的低硝卤水继续注入氨碱法生产装置,如此循环;
将步骤2)的盐井二采出的卤水在100-120℃的高温下蒸发后得到高钙卤水,将高钙卤水和/或氨碱法产生的废液废渣注入盐钙联产装置,盐钙联产装置蒸发提浓,先分离固体盐,剩余的部分为氯化钙水溶液,将该氯化钙水溶液分成如下部分:一部分与步骤2)采出的卤水混合,析出固体盐,然后进入蒸发或注入盐井二;一部分直接注入盐井二或盐井三利用地下溶腔储钙;一部分作为液体氯化钙产品;一部分经蒸发后生产氯化钙固体产品;一部分作为生产其它钙产品的原料;
将步骤3)得到的固体盐,步骤1)中的经合成氨装置产出的产品液氨及副产物二氧化碳作为原料,经联碱法生产得到纯碱和氯化铵,将得到的氯化铵,加入步骤1)氨碱法工序;
将步骤3)得到的氯化钙水溶液、步骤1)氨碱法、步骤4)联碱法产生的高温纯碱溶液作为原料,注入到碳酸钙装置内进一步合成得到碳酸钙;或者将步骤3)得到的氯化钙水溶液与芒硝反应,合成高品质硫酸钙;
经过以上步骤后完成氨碱-联碱循环生产工艺。
2.根据权利要求1所述的氨碱-联碱循环生产工艺,其特征在于:步骤1)中盐井一采出的卤水经过精制成的精制盐水、合成氨装置产出的氨及副产物二氧化碳、电石法产生的固体废弃物电石渣的投入量为每吨纯碱消耗精制盐水5-5.5m3、二氧化碳300-350 Nm3、电石渣1.2-1.5t、氨3-5kg。
3.根据权利要求1所述的氨碱-联碱循环生产工艺,其特征在于:步骤1)中所述的经氨碱法得到的废液为含有质量百分比浓度为9-11%的氯化钙溶液;步骤3)中的氯化钙水溶液的质量百分比浓度为28-42%。
4.根据权利要求1所述的氨碱-联碱循环生产工艺,其特征在于:步骤2)中所述的盐井一还可以为至少两个盐井串联而成;所述的井盐二、三还可以为至少两个井盐串联而成;流程为:盐井一--精制盐水--氨碱法装置--盐井二--盐井二采出卤水--盐钙联产--盐--联碱法装置。
5.根据权利要求1所述的氨碱-联碱循环生产工艺,其特征在于:步骤3)中剩余部分的氯化钙水溶液中,按氯化钙的质量比例计,6%-10%用于地下储存留在盐井二或盐井三内,30%-50%作为液体氯化钙产品,30%-50%经蒸发后生产氯化钙固体产品,0%-20%作为生产其它钙产品的原料。
6.根据权利要求1所述的氨碱-联碱循环生产工艺,其特征在于:步骤4)中生产的氯化铵中2-5%补入到步骤1)中的氨碱法生产中。
7.根据权利要求1所述的氨碱-联碱循环生产工艺,其特征在于:该循环生产工艺还包括将碳酸钙装置、硫酸钙装置产生的卤水直接打入盐井二或盐井三。
8.根据权利要求1所述的氨碱-联碱循环生产工艺,其特征在于:所述的盐钙联产装置为至少4效蒸发器串联组成的多效蒸发器。
9.根据权利要求1所述的氨碱-联碱循环生产工艺,其特征在于:所述的低硝卤水是指脱除浓度为10g/L及以上的硫酸钠后得到的卤水。
10.权利要求1-9任一项所述的氨碱-联碱循环生产工艺在开采井矿盐上的应用。
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