CN105441142B - 一种清洁高效环保的汽油产品 - Google Patents

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Abstract

本发明一种清洁高效环保的汽油产品是一种新的内燃机燃料，它的馏分与汽油相似，但是燃点比较低(辛烷值低)，可以被压燃。这种汽油新产品的芳烃含量低，不含MTBE等各种添加剂，因此清洁；这种汽油新产品燃烧之后的尾气中，对人体和对环境有害物质的含量比普通汽油低，因此环保；使用这种汽油新产品的发动机可以采用高压缩比、高空气与燃料比，以及压燃点火技术，与普通汽油发动机相比热功效率比较高，因此高效。

Description

一种清洁高效环保的汽油产品
技术领域
本发明属于石油炼制和石油化工技术领域，是一种新的内燃机燃料油(成品油)产品。
背景技术
1、柴油发动机和汽油发动机的比较
汽油发动机一般将汽油喷入进气管同空气混合成为可燃混合气再进入汽缸，经火花塞点火燃烧膨胀作功。人们通常称它为点燃式发动机。而柴油机一般是通过喷油泵和喷油咀将柴油直接喷入发动机气缸，柴油与在气缸内经压缩后的空气均匀混合，在高温、高压下自燃，推动活塞作功。人们把这种发动机称为压燃式发动机。
通常，柴油发动机与汽油发动机相比热效率高30％，因而从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油发动机的推广使用具有重大意义。柴油发动机与汽油发动机相比具有功率大，寿命长，动力性能好的特点，它排放产生的温室效应比汽油低45％，一氧化碳与碳氢排放也低，在整车的使用寿命期氮氧化合物排放略大于汽油机。柴油机的不足之处是有害颗粒物排放大。
近年来，柴油发动机采用涡轮增压、中冷、直喷、尾气催化转换和颗粒捕集器等先进技术，柴油发动机汽车的排放已达到欧III、欧IV排放标准。在欧洲，柴油轿车已经比较普及，随着环保与节能和可持续发展的严格要求，今后汽车，特别是柴油小轿车将是一个发展趋势。目前我国一汽大众已经开发出捷达、宝来柴油轿车，并已在国内部分城市上市。
2、汽油标号的意义
市场上常见的汽油是90号、93号、97号(90#、93#、97#)无铅汽油。所谓90号、93号、97号是汽油的“辛烷值”含量指标，相当于它们分别含有90％、93％、97％的抗爆震能力强的“异辛烷”，以及10％、7％、3％的抗爆震能力差的“正庚烷”。于是辛烷值的高低就成了汽油发动机对抗爆震能力高低的指标。应该用97号汽油的发动机，如果用90号汽油，当然容易产生爆震。
异辛烷的标准辛烷值是100；正庚烷的标准辛烷值是0。
3、发动机压缩比与爆震
压缩比是指活塞在气缸中运动时，气缸中出现气体的最大体积和最小体积之比。活塞在最低点时气缸中气体体积最大，活塞在最高点时气缸中气体体积最小，前者叫气缸总容积，后者叫气缸燃烧室容积。压缩比＝汽缸总容积/燃烧室容积。压缩比是内燃机的重要指标。
压缩比越大，其压强越大，温度越高。从理论上讲，压缩比越大，发动机效率越高。汽油机的压缩比一般为4～6。柴油机的压缩比一般为15～18。但因为气缸受材料强度的限制，而且气缸内工质的温度不能超过燃料的燃点，所以压缩比不能太大。
四行程汽油发动机是利用活塞在气缸里往复运动，包括“进气、压缩、爆发、排气”四个行程，它吸入汽油与空气的混合物，然后压缩它，再用火花塞点爆它而获得动力，得到动力后，再排出点爆后的废气(尾气)。
四行程发动机用的燃料不一定是汽油，压缩天然气、液化石油气，甚至酒精，都可用来作为发动机的燃料。汽油之所以会成为主要燃料，是因为它相对容易取得，较容易储存，相对价廉。
正因为发动机可使用多种燃料，因此，在发动机发展之初，工程师们也做过许多尝试，除了尝试发动机不同的设计会有不一样的性能之外，也尝试使用不同的燃料会得到什么不同的效果。结果发现，当其它条件不变时，只要把发动机的压缩比提得愈高，就会得到更大的马力输出。然而，压缩比却不是可以无限制提高的，当压缩比提得太高时，发动机就会出现爆震现象。
所谓爆震是指：经过压缩的油和空气的混合气在被火花塞点火之后形成火焰燃烧面，在火焰燃烧面向前推进的过程中，尚未燃烧的油气混合气因为被进一步压缩而产生的高温点燃，形成自燃(爆燃)，当两团高爆火球在燃烧室里剧烈碰撞时，会产生如敲门一般的“喀、喀、喀”声，同时引起发动机震动。为了避免爆震现象发生，需要提高汽油的抗爆性，即提高汽油燃点，使其在较高温度和较高压力下不容易自燃，只能够被点燃。因此，对于高压缩比的发动机应该选用高标号汽油。
4、爆震与辛烷值
知道了爆震与燃料的关系后，工程师们开始把炼油厂里所产生的，可以作为发动机的各种油料逐一拿来测试和实验，结果发现，抗爆震效果最差的是“正庚烷”，因此工程师们就把最强的抗震指数100给了异辛烷，而最差的正庚烷则给了它一个0的抗震指数。于是，辛烷值的高低就成了汽油发动机对抗爆震能力高低的指标。
工程师们在实验室里，利用一部可调整压缩比的单缸发动机做试验，测得各种燃料的数据。在实验中，随着压缩比的逐渐提高，测试燃料从没有爆震、燃烧顺畅的状况，逐渐调整到开始出现爆震。当爆震一开始出现的时候，就去比对异辛烷与正庚烷混合物的状况，如果出现爆震的状况时机，正好与97份异辛烷和3份正庚烷的测试状况一模一样，那么这个测试油料的辛烷值就是97。所以，当我们说90号、93号、97号无铅汽油的时候，其实它的辛烷值只是一个对比值。
5、正确选择汽油标号
许多汽车用户误认为，汽油的标号就是油品纯净度和质量的标准，车辆使用标号越高的汽油越好，这种想法是错误的。汽油标号的高低只是表示汽油辛烷值的大小，应根据发动机压缩比的不同来选择不同标号的汽油。压缩比在8.5-9.5之间的中档轿车一般应使用93号汽油；压缩比大于9.5的轿车应使用97号汽油。高压缩比的发动机如果选用低标号汽油，会使汽缸温度剧升，汽油燃烧不完全，机器强烈震动，从而使输出功率下降，机件受损。低压缩比的发动机硬要用高标号油，就会出现“滞燃”现象，即压到了头它还不到自燃点，一样会出现燃烧不完全现象，对发动机也没什么好处。
6、表1是从网络上搜索到的纯碳氢化合物的辛烷值(仅供参考)
表1：烃类结构与辛烷值的关系
7、芳香烃与辛烷值
汽油中含有二甲苯、乙苯、甲乙苯、甲苯以及苯的其它衍生物，它们的辛烷值一般都比较高。例如：二甲苯的辛烷值为103；甲苯的辛烷值为104。由于它们是重要的化工原料，它们被提取之后，汽油的辛烷值会大幅度下降，不能满足市场对汽油品质的需要，于是出现了化工产品与汽油产品争原料的现象。
8、抗爆添加剂
汽油抗爆剂主要有烷基铅、甲基环戊二烯三羰基锰(MMT)、甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基叔戊基醚、叔丁醇、乙醇等。
芳香胺及其他含氮化合物的研究表明，尽管其具有一定的改进辛烷值的效果，但是由于其加入量大、毒性、排放等问题，尚未形成商品。四乙基铅及其化学混合物和物理混合物仍作为重要抗爆剂在某些地区广泛应用。烷基铅抗爆剂具有工艺简单、成本低廉、效果突出的优势，所以一直是效率很高的辛烷值改进剂。从使用性能与经济效果来看，目前还没有一种比得上烷基铅的抗爆剂。可以预见，一旦铅微尘能有效控制，烷基铅抗爆剂将继续服务于人类。甲基环戊二烯三羰基锰，作为四乙基铅辅助抗爆剂，后来作为单独抗爆剂使用。该剂有效地提高了汽油辛烷值。但MMT在发动机燃烧室内表面形成多孔性沉积物，使火花塞寿命缩短，容易造成环境中锰含量上升。尽管MMT有很多缺点，但是它毕竟是继烷基铅之后研究出来的高效抗爆剂。含氧化合物作为汽油新的调合组分，其中比较重要的有乙醇、甲基叔丁基醚和叔丁醇，都相当高的无铅辛烷值和调合辛烷值，但它们分别存在着蒸发性、互溶性、腐蚀性、毒性和废气排放以及经济性等问题。
MTBE不仅能有效提高汽油辛烷值，而且还能改善汽车性能，降低排气中CO含量，同时降低汽油生产成本。目前世界汽油用MTBE年产能力超过2100万吨。我国现有MTBE生产装置增加到27套，总年产能力达62万吨。国外也有人认为MTBE对环境对人体有毒副作用，燃烧之后的尾气含有微量人体致癌物质。据说美国有一些州已经立法禁止使用MTBE。
醇类用作汽油添加剂由于含有羟基而显示出不良效果，乙醇、丙醇和叔丁醇等低碳醇或其混合物用作汽油添加剂具有MTBE相似功能，还有价格优势，用作汽油调合剂具有较大的市场潜力。在汽油中加入10％乙醇可使调合汽油升级，经济价值极为可观。由于乙醇价格较高，其应用受到一定限制。
采用二茂铁、聚异丁烯基丁二酰亚胺、聚异丁烯钡盐等可组成一种具有抗爆功能，无毒，安全，稳定性好的无铅汽油抗爆添加剂。该添加剂用量小，成本低，使用方便，可提高辛烷值。聚异丁烯基丁二酰亚胺一般采用低卤素聚异丁烯基丁二酰亚胺
支链多的烷烃比直链烷烃在缸内燃烧性能好，即爆震程度小。在支链烷烃中异辛烷的爆震性很小。我们令之为100。从发动机台架试验和道路行车试验看甲醇汽油的抗爆性优于普通汽油。由于甲醇的耐受压性高。提高了汽油机的压缩比获得了较高的机械能。提高了热效率和动力性。在低转速下，其热距比普通汽油高，汽车的爬坡性能好。说明混合燃料中的氧基团在燃烧过程中，提高了燃烧速度，减少了压缩过程的能耗，增强了发动机效率，提高了燃机的节能效果。说明醇汽燃料的辛烷值其表现出来与普通汽油的抗震性相同。
9、石油、汽油、柴油、煤油(网络资料，不尽准确)
从地下抽出的原油是一种黑色的液体，称为石油。这种液体包含脂肪族碳氢化合物，或者仅由氢和碳组成的碳氢化合物。碳原子链接在一起，形成不同长度的碳链。
前四种链[CH4(甲烷)、C2H6(乙烷)、C3H8(丙烷)和C4H10(丁烷)]都是气体，它们的沸点分别是-107、-67，-43和-18℃。从C5H12开始以上的链，一直到C18H38，在室温下均为液体，而C19以上的链在室温下则全都是固体。
不同长度的碳链，其沸点将随长度升高，因此可以通过蒸馏的方式将它们分离。这就是在炼油厂所要进行的处理，对原油进行加热，不同长度的碳链将在各自的汽化温度时被分离出来。(有关详细信息，请参见如何进行石油精炼。)
在C5、C6和C7范围内的碳链都是非常轻、极易蒸发的清澈液体，称为石脑油(石脑油的馏分或许应该覆盖C5-C11，或者C5-C12)。
从C7H16到C11H24的碳链混合在一起，可用作汽油(汽油的馏分为C7-C11。汽油馏分或许可以扩大到C6-C12，但是未见包括C5的报道)。所有这些碳链的蒸发温度都低于水的沸点。
煤油在C12到C15的范围内，后面紧跟着的是柴油燃料(柴油的馏分为C16到C18范围)和更重的燃料油(例如供房子取暖用的取暖用油)。汽油、煤油和柴油的实际馏分可以根据市场的需求情况适当向上下两边拓展1-2个碳原子。
接下来是润滑油。这些油在常温下不会蒸发。例如，机油可以长时间在121℃的条件下运行而不蒸发。这些油当中，既包含非常轻(如3合1油)的油，也包含不同粘稠度的车用机油，还包含非常粘稠的齿轮油以及半固体润滑脂。凡士林也属于这类油。
高于C20范围的碳链将形成固体，从石蜡开始，然后是焦油，最后是用于铺设沥青路面的沥青。
以上这些不同的物质可以不全都源于原油。少部分成分可以来源于煤、植物油。它们之间的唯一区别就是碳链的长度不一样。
10、本发明的创造性思考
以往的研究主要集中在如何使得汽油适应不同压缩比的汽油发动机，如何提高汽油的辛烷值以增加发动机的压缩比，提高发动机的效率。那么，低辛烷值汽油燃点低、易于爆燃(自燃)的特性是否可以应用于柴油机，应用于压燃(点火)的其它类型内燃发动机。本发明通过实验研究了这个课题。所谓物极必反，汽油的辛烷值低到一定程度就不能应用于汽油发动机，却可以应用于压燃点火的发动机。发明人的实验已经证实了这一点。
发明内容
本发明一种清洁高效环保的汽油新产品，从表面上看它是一种辛烷值低于50的低标号汽油，实际上它是一种新的内燃机燃料油，而不是原来意义上的汽油。其产品特征之一是：这种汽油新产品可以被压燃，区别于现在的汽油，现在的汽油在汽油发动机内部需要被点火才能顺利燃烧。而本发明的新汽油产品却不能应用于现在的普通汽油发动机。即：使用本发明汽油新产品的内燃机可以采用高压缩比、高空气与燃料比技术，却不需要现在汽油发动机所必需的火花塞等电子点火系统。其产品特征之二是：这种汽油新产品的馏分与现在汽油的馏分相同或者相似，区别于可以被压燃的柴油产品。柴油产品也可以被压燃，柴油发动机也没有电子点火系统，但是柴油的馏分在C14-C18附近，本发明的汽油新产品的馏分与普通汽油相似，在C7-C11附近。
本发明汽油新产品的结构组成，主要为石油精馏的以C6-C12为主体的碳氢化合物，以及少量碳氢氧化合物和碳氢氧氮化合物。
作为拓展的范围，本发明的汽油新产品可以将馏分扩大到C5-C19，只要它的混合组分能够满足“可以被压燃，能够在发动机汽缸内部充分燃烧”两个条件。
另一方面，本发明的汽油新产品，由于其低辛烷值、低抗爆性，不能直接应用于现在的普通汽油发动机。
正如本说明书标题所示，本发明的汽油新产品具有清洁、高效、环保三个方面的优越性，那就是：
1、高效：由于这种新的内燃机燃料油可以被压燃，使用该燃料的内燃机可以采用高压缩比和高空气与燃料比，因此，使用这种汽油新产品的内燃机的热工效率比普通汽油发动机的热工效率高，即本发明的汽油新产品具有比普通汽油高的使用效率。
2、清洁：由于本发明的汽油新产品的辛烷值低(辛烷值可以是30、0，甚至为负数)，因此高辛烷值的二甲苯、乙苯、甲乙苯、甲苯等芳香烃以及苯及其各种衍生物的含量可以在本发明的汽油新产品中含量很低甚至为零(这一点与现在的汽油产品不同)，也不需要为了提高汽油的辛烷值而添加MTBE(甲基叔丁基醚)等添加剂。从严格的意义上讲，上述芳香烃和添加剂以及添加剂的制造过程对人体都是有害的。本发明的汽油新产品不含有或者很少含有芳香烃，不含有提高辛烷值的添加剂，因此是更加清洁的燃料油。
3、环保：相对于直链烷烃和支链烷烃而言，芳香烃和MTBE等添加剂的燃烧尾气中含有微量的对环境有害和对人体有害的氮氧化合物或者碳氮氧化合物，因此本发明的汽油新产品更加环保，此为其一。其二，现在的汽油产品为了增加或者保有辛烷值指标，生产环节多、工艺复杂，单位汽油产品的加工能耗和原料消耗均比本发明的汽油新产品高。因此，本发明的汽油新产品更加环保，更加环境友好。
本发明的汽油新产品采用普通汽油的馏分范围，适当降低直馏汽油的辛烷值即可得到。
由于这种汽油新产品对辛烷值指标的要求很低，所以根据季节的不同，可以在环境温度较低的季节将本发明的汽油新产品的馏分(组分)增加到碳5(C5)；或者增加到碳12-碳19。
为了区别于现在的汽油和柴油，本发明一种清洁、高效、环保的汽油新产品(一种新的可以被“压燃”的内燃机燃料油)因为其清洁、高效和环境友好等优异的性能而被发明人命名为“吉油”。取意于“吉祥如意”。“吉油”的英文名称被发明人命名为“Jil”或者“petrojil”。
本发明的“吉油”产品，可以设置不同的标号以适应不同的需要。它可以按照任意比例与柴油混合，改善吉油的使用性能，设置不同的标号；同时可以用于改善柴油的流动性和抗凝固性。
辛烷值不作为本发明产品的质量指标，可以作为不同标号产品的标识指标。本发明的新汽油产品只要能够与相应的高压缩比内燃机匹配，并在使用过程中被顺利压燃和充分燃烧即可。
“吉油”可以在柴油发动机使用，但是现在的柴油发动机结构并不适应“吉油”。
吉油可以添加少量燃料乙醇，作为混合燃料吉油。
相关权利要求是：
一种清洁高效环保的汽油新产品，它主要来源于石油，辛烷值较低，能够在内燃机内部被压燃，并且在汽缸内部被充分燃烧，这种内燃机的压缩比通常为16-19；它的主要馏分为C7-C11，各种碳链长度的组分(包括其异构体)的含量不同，具体含量可以根据市场和用户的需要任意组合。
它能够被压缩比为8-15的内燃机压燃；或者能够被压缩比为20-22的内燃机被压燃。
它的组成可以扩展到C6-C12；或者扩展到C5-C19，各种碳链长度的组分(包括其异构体)的含量不同，具体含量可以根据市场和用户的需要任意组合。
它应用于专业设计和专门制造的内燃机，这种内燃机具有16-19压缩比(类似于柴油机)；具有轻质燃料油所需要的润滑油系统和燃料油存储、输送系统(类似于汽油发动机)。
这种汽油新产品已经不再是原来意义上的汽油，为了区别于现在的汽油，也区别于柴油，本发明特命名该汽油新产品为“吉油”；“吉油”的英文名称为“jil”和“petrojil”。
可以用适用这种汽油新产品的内燃机的压缩比作为这种汽油新产品的标号，例如：标号为16的吉油可以在压缩比大于16的所有内燃机内部被压燃，最适合使用于压缩比16-18的内燃机；标号为14的吉油可以在压缩比大于14的内燃机内部被压燃，最适合使用于压缩比14-16的内燃机；同样，标号为10的吉油可以在压缩比大于10的所有内燃机内部被压燃，适合使用于压缩比10-14的内燃机，使得使用这种吉油的内燃机兼有柴油发动机的高效率和汽油发动机的低震动、小体积等等优点。
本发明的汽油新产品可以添加少量燃料乙醇，作为混合燃料油，同样满足“压燃和充分燃烧”的条件。
具体实施方式
本发明采用一台单缸20匹马力的旧柴油机(手动摇把启动)进行实验，成功地实现了下列实施例所述的燃料配方的压燃点火试验和内燃机运行试验。
实施例1：正庚烷，其辛烷值为0，能够被压燃。
实施例2：正己烷，其辛烷值为25，能够被压燃。
实施例3：正庚烷比正己烷为1比1时(混合前两组分体积相同)，其辛烷值相当于12.5，能够被压燃。
实施例4：正庚烷比0#柴油为1比1时(混合前两组分体积相同)，能够被压燃。
实施例5：正庚烷比正己烷比正戊烷为2比2比1时(混合前三组分体积比为2比2比1)，相当于辛烷值为22.2，混合油能够被压燃。
实施例6：正庚烷比正己烷比93#汽油为1比1比1，三种组分各占三分之一体积时(混合前各组分体积相同)，相当于39#汽油，辛烷值约为39.3，能够被压燃。
实施例7：重整汽油(重整生成油)经过芳烃抽提后的抽余油，辛烷值低于20时，能够被压燃。
实施例8：直馏汽油经过芳烃抽提后的抽余油，辛烷值低于30时，能够被压燃。
实施例9：低辛烷值汽油段馏分加碳5馏分(以下简称为汽油段馏分)，混合油的辛烷值低于20时，能够被压燃。
实施例10：低辛烷值汽油段馏分加低辛烷值煤油段馏分，混合油的辛烷值低于30时，能够被压燃。
实施例11：低辛烷值汽油段馏分加柴油段馏分，混合油的辛烷值低于20时，能够被压燃。
实施例12：低辛烷值汽油段馏分加低辛烷值煤油段馏分加柴油段馏分，混合油的辛烷值为20时，能够被压燃。
发明人相信，经过专业设计和专门制造的压燃点火内燃机，将更加支持本发明一种清洁高效环保的汽油新产品的大规模推广应用。从而实现发明人为了地球家园的环境友好、自然和谐，为了人类社会的美好明天做出较大贡献理想。

Claims (7)

1.一种清洁高效环保的汽油产品，其技术特征是：
它主要来源于石油，辛烷值低于50；它应用于一种专业设计和专门制造的内燃机，在内燃机内部被压燃，这种内燃机具有8-22的压缩比，同时具有适应汽油燃料所需要的润滑油系统和燃料油存储、输送系统；它的主要组分为C5-C19各种碳链长度的碳氢化合物，以及少量碳氢氧化合物和碳氢氧氮化合物。
2.根据权利要求1所述的一种清洁高效环保的汽油产品，其技术特征是：它主要来源于石油，辛烷值低于50；它应用于一种专业设计和专门制造的内燃机，在内燃机内部被压燃，这种内燃机具有16-19的压缩比，同时具有适应汽油燃料所需要的润滑油系统和燃料油存储、输送系统；它的主要组分为C5-C19各种碳链长度的碳氢化合物，以及少量碳氢氧化合物和碳氢氧氮化合物。
3.根据权利要求1所述的一种清洁高效环保的汽油产品，其技术特征是：它主要来源于石油，辛烷值低于50；它应用于一种专业设计和专门制造的内燃机，在内燃机内部被压燃，这种内燃机具有8-16的压缩比，同时具有适应汽油燃料所需要的润滑油系统和燃料油存储、输送系统；它的主要组分为C5-C19各种碳链长度的碳氢化合物，以及少量碳氢氧化合物和碳氢氧氮化合物。
4.根据权利要求1所述的一种清洁高效环保的汽油产品，其技术特征是：它主要来源于石油，辛烷值低于50；它应用于一种专业设计和专门制造的内燃机，在内燃机内部被压燃，这种内燃机具有19-22的压缩比，同时具有适应汽油燃料所需要的润滑油系统和燃料油存储、输送系统；它的主要组分为C5-C19各种碳链长度的碳氢化合物，以及少量碳氢氧化合物和碳氢氧氮化合物。
5.根据权利要求2所述的一种清洁高效环保的汽油产品，其技术特征是：它主要来源于石油，辛烷值低于50；它应用于一种专业设计和专门制造的内燃机，在内燃机内部被压燃，这种内燃机具有16-19的压缩比，同时具有适应汽油燃料所需要的润滑油系统和燃料油存储、输送系统；它的主要组分为C5-C19各种碳链长度的碳氢化合物，以及少量碳氢氧化合物和碳氢氧氮化合物；这种汽油产品添加少量燃料乙醇，作为混合燃料油。
6.根据权利要求3所述的一种清洁高效环保的汽油产品，其技术特征是：它主要来源于石油，辛烷值低于50；它应用于一种专业设计和专门制造的内燃机，在内燃机内部被压燃，这种内燃机具有8-16的压缩比，同时具有适应汽油燃料所需要的润滑油系统和燃料油存储、输送系统；它的主要组分为C5-C19各种碳链长度的碳氢化合物，以及少量碳氢氧化合物和碳氢氧氮化合物；这种汽油产品添加少量燃料乙醇，作为混合燃料油。
7.根据权利要求4所述的一种清洁高效环保的汽油产品，其技术特征是：它主要来源于石油，辛烷值低于50；它应用于一种专业设计和专门制造的内燃机，在内燃机内部被压燃，这种内燃机具有19-22的压缩比，同时具有适应汽油燃料所需要的润滑油系统和燃料油存储、输送系统；它的主要组分为C5-C19各种碳链长度的碳氢化合物，以及少量碳氢氧化合物和碳氢氧氮化合物；这种汽油产品添加少量燃料乙醇，作为混合燃料油。
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