CN106753464A - 锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置及热解方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置，包括电子垃圾热解反应器和蓄热式燃气加热系统；电子垃圾热解反应器包括反应器壳体和物料热解组件，物料热解组件横穿反应器壳体；蓄热式燃气加热系统包括蓄热式燃烧装置及烟气通道，烟气通道为反应器壳体和物料热解组件之间配合形成的密闭空间，烟气通道与蓄热式燃烧装置相连通。本发明还公开了一种利用上述热解装置对电子垃圾进行热解的方法，该方法包括用蓄热式燃气加热系统对锥形螺旋壳体进行加热和物料热解两个步骤。利用发明中的热解装置和热解方法可实现连续进出物料，热源稳定性好，热解工艺简单，热解效率高。
Description
技术领域
本发明属于垃圾热解技术领域，尤其涉及一种锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置及热解方法。
背景技术
近年来，各种电子产品日新月异，且新旧更替越来越快，由此而产生的电子垃圾正以指数级的增长。其含有的重金属元素会严重的污染环境，电子垃圾如果处理不当就会产生二恶英等有毒有害气体造成二次污染。目前用于电子线路板的处理方法主要由机械物理法、冶金提取法、生物处理法和热解法等等，其中机械物理法、冶金提取法、生物处理法等主要侧重于电路板中金属的回收，采用热解法不仅能够回收线路板中的金属而且也能实现线路板中树脂、玻璃纤维等非金属成分的资源化。
采用热解法处理电子垃圾的过程中会用到电子垃圾热解反应器，现有的电子垃圾热解反应器多采用热重实验设备，采用的装置为固定床热解实验装置，该装置主要包括电阻炉、热解反应器、氮气瓶以及气体收集袋等，其中电阻炉提供热源，其内部有一个空间，热解反应器为一个圆柱形容器，物料便放入热解反应器中。热解实验时，首先把装有物料的热解反应器放入到电阻炉内，然后打开氮气瓶通入氮气开始吹扫，吹扫足够时间后，电阻炉通电产生高温温度场，物料便开始热解，气袋开始收集气体，等气体不再生成时，实验结束，待炉体自然冷却至40℃，打开炉体，取出热解残余物，做称重及元素分析，最后关闭仪器。上述固定床热解实验方法，热解工艺复杂，能耗较高，且不能实现连续进出料的，相应的也不能实现物料连续热解。
此外,现有技术中公开了一种电子垃圾熔融气化装置，该装置包括通过管道顺次连接的五个部分：由熔融气化炉和相配置的密闭均匀给料机、一次热风分布管、熔渣前床构成的电子垃圾熔融气化部分；由燃烧氧化器和相配置的点火室、燃烧室、二次热风分布管构成的烟气氧化部分；由热风交换及相配置的一次鼓风机、二次鼓风机构成的热风制造部分；由低压余热锅炉构成的热能回收部分；由布袋除尘器、引风机、脱硫塔、脱销塔、烟囱构成的烟气净化部分。上述装置利用直接配置在燃烧氧化器的出口处的热风交换器截获电子垃圾燃烧烟气中的部分高温热能制造600℃以上的一、二次热风回用于电子垃圾的熔融燃烧和氧化燃烧，这种热解方式效率低，工艺复杂，且同样存在不能实现连续进出料的问题。
由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。
发明内容
本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置及热解方法，所述热解装置能够实现物料的连续进出，热解效率高，节能效果显著。
本发明所采用的技术方案为：
一种锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置，包括电子垃圾热解反应器和蓄热式燃气加热系统，所述电子垃圾热解反应器包括反应器壳体和物料热解组件，物料热解组件横穿反应器壳体，且物料热解组件的两个末端均裸露在反应器壳体的外部；所述蓄热式燃气加热系统包括用于产生热烟气的蓄热式燃烧装置以及用于输送热烟气的烟气通道，烟气通道为上述反应器壳体和物料热解组件之间配合形成的密闭空间，烟气通道与蓄热式燃烧装置相连通。
所述物料热解组件包括锥形螺旋壳体和设置在锥形螺旋壳体内的锥形推进螺旋，锥形螺旋壳体自反应器壳体一侧穿入并延伸穿过反应器壳体的另一侧，锥形螺旋壳体的两个末端分别裸露在反应器壳体的外部，锥形螺旋壳体上设置有物料进口、渣料出口和油气出口，其中，物料进口和渣料出口分别位于反应器壳体的两侧，渣料出口和油气出口位于反应器壳体的同侧；锥形推进螺旋包括螺旋轴和沿螺旋轴的轴向设置的螺旋叶片，螺旋叶片与螺旋轴同轴转动，螺旋轴的一端伸出锥形螺旋壳体，螺旋叶片的整体长度与锥形螺旋壳体的长度相同。
所述蓄热式燃烧装置包括依次相连的换向阀、蓄热室和燃烧室，燃烧室与上述烟气通道相连通，所述蓄热式燃烧装置还包括燃气管线、空气管线和烟气管线，其中，燃气管线与燃烧室相连，空气管线和烟气管线均与换向阀相连。
所述换向阀、蓄热室和燃烧室各有两个，其对称分布在反应器壳体的左右两侧，两个燃烧室分别对应连接烟气通道的两侧；与两套换向阀、蓄热室、燃烧室相对应，所述燃气管线分支为两条燃气管支线，空气管线分支为两条空气管支线，烟气管线分支为两条烟气管支线，工作时，蓄热室燃烧装置的两侧交替进行燃烧-排烟气。
所述蓄热室内设置有蓄热体，蓄热体为陶瓷球或陶瓷蜂窝体。
所述锥形螺旋壳体由耐热钢制成，锥形螺旋壳体的厚度为5～8mm。
所述物料进口位于锥形螺旋壳体的左上部，渣料出口位于锥形螺旋壳体的右下部，油气出口位于锥形螺旋壳体的右上部；锥形螺旋壳体从其左端到其右端，其直径逐渐增大；锥形推进螺旋从其左端到其右端，其直径逐渐增大。
所述反应器壳体的外部包裹有保温材料。
所述保温材料为保温棉，且保温棉的外围周圈包裹有镀锌铁板。
本发明还公开了一种利用上述的锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置对电子垃圾进行热解的方法，该方法包括如下步骤：
步骤1，开启蓄热式燃气加热系统：蓄热式燃烧装置的两侧一侧为燃烧侧，一侧为排烟侧，开启燃烧侧的空气管支线，空气经燃烧侧的空气管支线、换向阀、蓄热室进入燃烧室，然后开启燃烧侧的燃气管支线，燃气经燃气管支线进入燃烧侧的燃烧室，启动点火枪点燃空气与燃气的混合气体，混合气体在燃烧侧的燃烧室内燃烧后产生烟气，烟气进入反应器壳体内的烟气通道并给锥形螺旋壳体加热，之后烟气经烟气通道进入排烟侧的燃烧室，并依次经排烟侧的蓄热室、换向阀、烟气管支线排放至外部环境空间；经过一个换向周期后，两侧换向阀换向，燃烧侧变为排烟侧，排烟侧变为燃烧侧，如此周而复始，两侧交替燃烧/排烟；
步骤2，物料热解：待蓄热式燃气加热系统稳定之后，锥形螺旋壳体被加热至600～700℃，此时便可在物料进口放入电子垃圾物料，物料进入到锥形螺旋壳体之后，在锥形推进螺旋的带动下边向前移动边被热解，直至移动到渣料出口被热解完毕，热解产生的气体从油气出口排出，剩余的热解渣料从渣料出口排出。
由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：
1、利用本发明中的锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置，能够实现连续进出物料，物料在热解反应器内被平铺，与锥形螺旋壳体充分接触，高温锥形螺旋壳体通过辐射和导热两种方式给物料加热，因此物料能够被充分快速的热解，且物料在热解过程中被锥形推进螺旋逐渐向前推进，实现了边热解边推进的功能。
2、本发明中的推进螺旋和螺旋壳体均设计为锥形，在物料进口位置推进螺旋和螺旋壳体的直径较小，随着物料向前推进，推进螺旋和螺旋壳体的直径逐渐变大，直至渣料出口位置推进螺旋和螺旋壳体的直径最大，这样的结构设计方便了物料向前推进，且随着物料边向前推进边热解，热解气生成量也逐渐增加，且推进螺旋和螺旋壳体的直径逐渐变大，方便了热解气体的顺利排出。
3、本发明利用蓄热式燃气加热系统作为热解反应器的热源，其燃料为诸如天然气、液化石油气等高热值燃气，且采用蓄热式燃烧方式，助燃空气被蓄热室预热到高温，使燃烧更加稳定，燃烧效率更高。
4、本发明的蓄热式燃气加热系统与热解反应器连接在一起组成锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置，实现了连续进出物料、物料被连续的快速充分热解以及高效节能等功能。
附图说明
图1为根据本发明实施例的锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置的热解反应器结构示意图。
图2为本发明实施例的锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置的结构示意图。
其中，
10、锥形推进螺旋 11、物料进口 12、渣料出口 13、油气出口14、锥形螺旋壳体15、反应器壳体 16、烟气通道 17、金属蜂窝体18、通孔 20、蓄热式燃气加热系统 20-1、左侧燃烧室 20-2、右侧燃烧室 21-1、左侧蓄热室 21-2、右侧蓄热室 22-1、左侧换向阀 22-2、右侧换向阀 23、燃气管线 23-1、左侧燃气管支线 23-2、右侧燃气管支线 24、空气管线24-1、左侧空气管支线 24-2、右侧空气管支线 25、烟气管线 25-1、左侧烟气管支线 25-2、右侧烟气管支线
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1至图2所示，一种锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置，包括电子垃圾热解反应器和蓄热式燃气加热系统20：
所述电子垃圾热解反应器包括反应器壳体15、锥形螺旋壳体14和设置在锥形螺旋壳体14内的锥形推进螺旋10，反应器壳体15的外部包裹有保温材料，用以减小壁面的散热损失，优选保温材料为保温棉，且保温棉的外围周圈包裹有镀锌铁板；反应器壳体15上开设有供锥形螺旋壳体14穿过的通孔18，锥形螺旋壳体14自反应器壳体15一侧穿入并延伸穿过反应器壳体15的另一侧，锥形螺旋壳体14的左右端分别裸露在反应器壳体15的外部，锥形螺旋壳体14上设置有物料进口11、渣料出口12和油气出口13，其中，物料进口11位于锥形螺旋壳体14的左上部，渣料出口12位于锥形螺旋壳体14的右下部，油气出口13位于锥形螺旋壳体14的右上部；锥形螺旋壳体14从其左端到其右端，其直径逐渐增大；锥形推进螺旋10从其左端到其右端，其直径逐渐增大；所述锥形螺旋壳体14由高温耐热钢制成，能够承受1000℃以上的高温，锥形螺旋壳体14的厚度为5～8mm；所述锥形推进螺旋10包括螺旋轴和沿螺旋轴的轴向设置的螺旋叶片，螺旋叶片与螺旋轴同轴转动，螺旋轴的左端伸出锥形螺旋壳体14后与外部电机相连，螺旋叶片的整体长度与锥形螺旋壳体14的长度相同；锥形推进螺旋10在外部电机的带动下以一定的转速转动，物料进入到热解反应器之后，随着温度的升高而逐渐被热解，同时被向前推进，直至出口前被热解完毕，热解产生的热解气体从油气出口13被排出，热解后的渣料从渣料出口12排出。
所述蓄热式燃气加热系统20包括用于产生热烟气的蓄热式燃烧装置以及用于输送热烟气的烟气通道16，烟气通道16为上述反应器壳体15和锥形螺旋壳体14的外围之间配合形成的密闭空间，烟气通道16与蓄热式燃烧装置相连通。
所述蓄热式燃烧装置包括：
左侧燃烧室20-1、左侧蓄热室21-1、左侧换向阀22-1、由燃气管线23分支出的左侧燃气管支线23-1、由空气管线24分支出的左侧空气管支线24-1、由烟气管线25分支出的左侧烟气管支线25-1，其中，左侧燃气管支线23-1与左侧燃烧室20-1相连通，左侧空气管支线24-1和左侧烟气管支线25-1均与左侧换向阀22-1相连，左侧换向阀22-1与左侧蓄热室21-1相连，左侧蓄热室21-1与左侧燃烧室20-1相连。
右侧燃烧室20-2、右侧蓄热室21-2、右侧换向阀22-2、由燃气管线23分支出的右侧燃气管支线23-2、由空气管线24分支出的右侧空气管支线24-2、由烟气管线25分支出的右侧烟气管支线25-2，其中，右侧燃气管支线23-2与右侧燃烧室20-2相连通，右侧空气管支线24-2和右侧烟气管支线25-2均与右侧换向阀22-2相连，右侧换向阀22-2与右侧蓄热室21-2相连，右侧蓄热室21-2与右侧燃烧室20-2相连。
其中，空气管线24为燃料提供助燃空气，空气通过空气管线24首先通过换向阀然后进入蓄热室吸热，至蓄热室出口被加热至高温，再进入燃烧室与燃气混合燃烧；燃气管线23为燃烧反应提供燃气，由于采用高热值燃气，只需空气单蓄热即可稳定燃烧，因此燃气并未采用蓄热方式进行预热；烟气管线25为烟气排放管道，燃烧产物烟气通过此管线排放至外部环境空间。
所述换向阀用于空气/烟气换向，当一侧处于燃烧状态时，蓄热室通过换向阀与空气管线24连通，进而给燃烧提供高温助燃空气；当一侧处于排烟状态时，换向阀换向，此时蓄热室通过换向阀便与烟气管线25连接，烟气便排向外部环境空间。
所述蓄热室是空气/烟气换热的媒介，蓄热室内的蓄热体优选陶瓷蜂窝体，当一侧处于燃烧状态时，空气从蓄热室底部进入蓄热室，陶瓷蜂窝体被逐渐冷却；当一侧处于排烟状态时，烟气从蓄热室顶部进入蓄热室，陶瓷蜂窝体被逐渐加热。
所述的燃烧室既是燃气的燃烧空间，又是烟气的排出口，当作为燃烧空间时，燃气和空气首先在燃烧室内燃烧，生成的高温烟气再进入反应器壳体15内部，燃烧在燃烧室内进行避免高温火焰直接烧灼锥形螺旋壳体14；当作为烟气排放出口时，烟气自此处排出，然后依次进入蓄热室、换向阀，最后排向外部空间。
正常工作时，蓄热室燃烧装置的两侧交替进行燃烧-排烟气。
本发明通过下面步骤实现锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置的物料热解过程：
步骤1：蓄热式燃气加热系统加热过程：
初始假设左侧为燃烧侧，右侧为排烟侧燃烧侧：
空气通过空气管支线24-1进入左侧换向阀22-1，然后再进入左侧蓄热室21-1吸收热量，最后进入左侧燃烧室20-1与燃气混合燃烧，燃烧产生高温烟气进入到反应器壳体15内的烟气通道16，并给锥形螺旋壳体14加热，之后烟气经烟气通道16进入排烟侧的燃烧室；排烟侧：烟气通道16内的烟气通过右侧燃烧室20-2进入到右侧蓄热室21-2，右侧蓄热室21-2被高温烟气加热的同时烟气被蓄热体冷却，然后烟气进入到右侧换向阀22-2，最后进入到烟气管支线25-2排放到外部环境空间；经过一个换向周期后，两侧换向阀换向，燃烧侧变为排烟侧，排烟侧变为燃烧侧，如此周而复始，两侧交替燃烧/排烟。
步骤2，物料热解过程：
等燃气加热系统稳定之后，锥形螺旋壳体14被加热到600-700℃，此时便可在物料进口11放入物料，物料进入到锥形螺旋壳体14之后，在锥形推进螺旋10的带动下边向前移动边被热解，直至移动到渣料出口12被热解完毕，热解产生的气体被从油气出口13排出，剩余的热解渣料从渣料出口12排出。
本发明采用类似原螺旋输送机装置作为物料热解反应器，物料边热解边向前移动，实现了连续进出料和连续热解；且创造性的引入蓄热式燃气燃烧加热系统，为热解装置提供了一个高效稳定的热源。
为进一步解释该发明，给出下述具体实施例：
蓄热式燃气加热系统采用天然气作为燃气，天然气量为2Nm3/h，空气量为22Nm3/h，电子垃圾物料(电路板、电线、键盘等等)被制成3-6mm的颗粒，进口物料量为1kg/h，最终得到的热解渣料为0.8kg/h，产生的热解油气为0.286Nm3/h，实现了连续进出物料，且热解过程中，温度持续保持在600℃-700℃，热源稳定性很好。
对热解后的固体残留物进行检测，发现主要成分是不可热解的碳和金属，金属包括铜、镍、铁等等，不含有树脂及玻璃纤维等可热解的成分，热解效果很好。
油气化验成分如下：
表1电子垃圾热解气成分
| 名称 | H2 | CO2 | O2 | N2 | CH4 | CO |
| 含量(％) | 43.6 | 8.4 | 1.5 | 4.7 | 19.9 | 21.9 |
可见，解热中可燃成分很高，因此热解气热值较高，具有较高的利用价值。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是点连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置，其特征在于，包括电子垃圾热解反应器和蓄热式燃气加热系统，
所述电子垃圾热解反应器包括反应器壳体和物料热解组件，物料热解组件横穿反应器壳体，且物料热解组件的两个末端均裸露在反应器壳体的外部；
所述蓄热式燃气加热系统包括用于产生热烟气的蓄热式燃烧装置以及用于输送热烟气的烟气通道，烟气通道为上述反应器壳体和物料热解组件之间配合形成的密闭空间，烟气通道与蓄热式燃烧装置相连通。
2.根据权利要求1所述的锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置，其特征在于，
所述物料热解组件包括锥形螺旋壳体和设置在锥形螺旋壳体内的锥形推进螺旋，
锥形螺旋壳体自反应器壳体一侧穿入并延伸穿过反应器壳体的另一侧，锥形螺旋壳体的两个末端分别裸露在反应器壳体的外部，锥形螺旋壳体上设置有物料进口、渣料出口和油气出口，其中，物料进口和渣料出口分别位于反应器壳体的两侧，渣料出口和油气出口位于反应器壳体的同侧；
锥形推进螺旋包括螺旋轴和沿螺旋轴的轴向设置的螺旋叶片，螺旋叶片与螺旋轴同轴转动，螺旋轴的一端伸出锥形螺旋壳体，螺旋叶片的整体长度与锥形螺旋壳体的长度相同。
3.根据权利要求1所述的锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置，其特征在于，所述蓄热式燃烧装置包括依次相连的换向阀、蓄热室和燃烧室，燃烧室与上述烟气通道相连通，所述蓄热式燃烧装置还包括燃气管线、空气管线和烟气管线，其中，燃气管线与燃烧室相连，空气管线和烟气管线均与换向阀相连。
4.根据权利要求3所述的锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置，其特征在于，所述换向阀、蓄热室和燃烧室各有两个，其对称分布在反应器壳体的左右两侧，两个燃烧室分别对应连接烟气通道的两侧；与两套换向阀、蓄热室、燃烧室相对应，所述燃气管线分支为两条燃气管支线，空气管线分支为两条空气管支线，烟气管线分支为两条烟气管支线，工作时，蓄热室燃烧装置的两侧交替进行燃烧-排烟气。
5.根据权利要求3或4所述的锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置，其特征在于，所述蓄热室内设置有蓄热体，蓄热体为陶瓷球或陶瓷蜂窝体。
6.根据权利要求2所述的锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置，其特征在于，所述锥形螺旋壳体由耐热钢制成，锥形螺旋壳体的厚度为5～8mm。
7.根据权利要求2或6所述的锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置，其特征在于，所述物料进口位于锥形螺旋壳体的左上部，渣料出口位于锥形螺旋壳体的右下部，油气出口位于锥形螺旋壳体的右上部；锥形螺旋壳体从其左端到其右端，其直径逐渐增大；锥形推进螺旋从其左端到其右端，其直径逐渐增大。
8.根据权利要求1至4任一项权利要求所述的锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置，其特征在于，所述反应器壳体的外部包裹有保温材料。
9.根据权利要求8所述的锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置，其特征在于，所述保温材料为保温棉，且保温棉的外围周圈包裹有镀锌铁板。
10.一种利用权利要求1至9所述的锥形螺旋蓄热式燃气电子垃圾热解装置对电子垃圾进行热解的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1，开启蓄热式燃气加热系统：
蓄热式燃烧装置的两侧一侧为燃烧侧，一侧为排烟侧，开启燃烧侧的空气管支线，空气经燃烧侧的空气管支线、换向阀、蓄热室进入燃烧室，然后开启燃烧侧的燃气管支线，燃气经燃气管支线进入燃烧侧的燃烧室，启动点火枪点燃空气与燃气的混合气体，混合气体在燃烧侧的燃烧室内燃烧后产生烟气，烟气进入反应器壳体内的烟气通道并给锥形螺旋壳体加热，之后烟气经烟气通道进入排烟侧的燃烧室，并依次经排烟侧的蓄热室、换向阀、烟气管支线排放至外部环境空间；经过一个换向周期后，两侧换向阀换向，燃烧侧变为排烟侧，排烟侧变为燃烧侧，如此周而复始，两侧交替燃烧/排烟；
步骤2，物料热解：
待蓄热式燃气加热系统稳定之后，锥形螺旋壳体被加热至600～700℃，此时便可在物料进口放入电子垃圾物料，物料进入到锥形螺旋壳体之后，在锥形推进螺旋的带动下边向前移动边被热解，直至移动到渣料出口被热解完毕，热解产生的气体从油气出口排出，剩余的热解渣料从渣料出口排出。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112920820A (zh) * | 2021-02-04 | 2021-06-08 | 中国五环工程有限公司 | 一种固废脱气热解装置及包括该装置的熔融气化系统 |
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2016
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