CN111562247B - 硫化氢和二氧化碳在线分析装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种硫化氢和二氧化碳在线分析装置及方法,属于天然气分析技术领域。该方法包括:采用气液分离器、过滤器、稳压器分别对目标天然气原料气进行气液分离处理、过滤处理、稳压处理;获取硫化氢的浓度与硫化氢的特征拉曼峰高或面积之间的第一关系式;获取二氧化碳的浓度、二氧化碳的特征拉曼峰高或面积、正丁烷的干扰峰高或面积之间的第二关系式;采用激光拉曼分析仪检测目标天然气原料气中硫化氢的实际拉曼光谱、二氧化碳的实际拉曼光谱、正丁烷的实际拉曼光谱,并根据第一关系式和第二关系式,同时确定目标天然气原料气中硫化氢和二氧化碳的浓度,满足净化厂脱硫碳工艺及时调整的需求。
Description
技术领域
本发明涉及天然气分析技术领域,特别涉及一种硫化氢和二氧化碳在线分析装置及方法。
背景技术
随着《GB-17820天然气》的修订,天然气中硫化氢的含量指标由原来的20mg/m3变至6mg/m3,这对天然气原料气的净化工艺和天然气原料气气质分析提出更高的要求。由于天然气原料气来自于不同的气井,其气质不稳定,硫化氢含量在90g/m3-120g/m3之间波动,二氧化碳含量在50-100g/m3之间波动。因此,需要净化厂脱硫碳工艺及时调整,以使天然气原料气中的硫化氢和二氧化碳含量满足要求。基于上述,提供一种能够在线检测天然气原料气中的硫化氢和二氧化碳含量的方法是十分必要的。
目前,通过激光硫化氢分析仪来在线检测天然气原料气中硫化氢的含量,不能满足净化厂脱硫碳工艺及时调整的需求。
发明内容
本发明实施例提供了一种硫化氢和二氧化碳在线分析装置及方法,可解决上述技术问题。具体技术方案如下:
一方面,本发明实施例提供了一种硫化氢和二氧化碳在线分析方法,所述方法包括:
使用天然气原料气输出件将目标天然气原料气输出;
采用气液分离器对所述目标天然气原料气进行气液分离处理;
采用过滤器对经所述气液分离处理后的目标天然气原料气进行过滤处理;
采用稳压器对经所述过滤处理后的目标天然气原料气进行稳压处理;
获取硫化氢的浓度与硫化氢的特征拉曼峰高或面积之间的第一关系式;
获取二氧化碳的浓度、二氧化碳的特征拉曼峰高或面积、正丁烷的干扰峰高或面积之间的第二关系式;
采用激光拉曼分析仪检测经所述稳压处理后的目标天然气原料气中硫化氢的实际拉曼光谱、二氧化碳的实际拉曼光谱、正丁烷的实际拉曼光谱;
根据所述第一关系式和所述硫化氢的实际拉曼光谱,确定目标天然气原料气中硫化氢的浓度;
根据所述第二关系式、所述二氧化碳的实际拉曼光谱、所述正丁烷的实际拉曼光谱,确定目标天然气原料气中二氧化碳的浓度。
在一种可能的设计中,所述获取硫化氢的浓度与硫化氢的特征拉曼峰高或面积之间的第一关系式,包括:
获取硫化氢浓度不同的多个硫化氢标准物;
采用所述激光拉曼分析仪分别检测多个硫化氢标准物中硫化氢的标准拉曼光谱;
根据每个硫化氢标准物的标准拉曼光谱,确定不同浓度的硫化氢对应的特征拉曼峰高或面积;
将不同浓度的硫化氢对应的特征拉曼峰高或面积与硫化氢的不同浓度拟合,得到所述第一关系式。
在一种可能的设计中,所述第一关系式为:
在一种可能的设计中,所述获取二氧化碳的浓度、二氧化碳的特征拉曼峰高或面积、正丁烷的干扰峰高或面积之间的第二关系式,包括:
获取二氧化碳浓度不同的多个二氧化碳标准物;
采用所述激光拉曼分析仪分别检测多个二氧化碳标准物中二氧化碳的标准拉曼光谱;
根据每个二氧化碳标准物的标准拉曼光谱,确定不同浓度的二氧化碳对应的特征拉曼峰高或面积;
获取正丁烷浓度不同的多个正丁烷标准物;
采用所述激光拉曼分析仪分别检测多个正丁烷标准物中正丁烷的标准拉曼光谱;
根据多个正丁烷的标准拉曼光谱、多个二氧化碳的标准拉曼光谱,确定正丁烷对二氧化碳的干扰峰高或面积;
将不同浓度的二氧化碳对应拉曼峰高或面积、二氧化碳的浓度、正丁烷对二氧化碳的干扰峰高或面积拟合,得到所述第二关系式。
在一种可能的设计中,所述第二关系式为:
另一方面,本发明实施例提供了一种硫化氢和二氧化碳在线分析装置,所述装置包括:顺次连通的天然气原料气输出件、气液分离器、过滤器、稳压器、激光拉曼分析仪、废气处理件;
所述天然气原料气输出件与所述气液分离器之间的管线上、所述气液分离器与所述过滤器之间的管线上、所述过滤器与所述稳压器之间的管线上、所述稳压器与所述激光拉曼分析仪之间的管线上、所述激光拉曼分析仪与所述废气处理件之间的管线上均具有流量调节阀;
所述天然气原料气输出件、所述气液分离器、所述过滤器、所述稳压器、所述激光拉曼分析仪、所述废气处理件、所述流量调节阀及管线的壁上均具有防腐层;
所述激光拉曼分析仪用于检测目标天然气原料气中硫化氢的浓度及二氧化碳的浓度。
在一种可能的设计中,所述天然气原料气输出件、所述气液分离器、所述过滤器、所述稳压器、所述激光拉曼分析仪、所述废气处理件之间均通过管线可拆卸连接。
在一种可能的设计中,所述天然气原料气输出件、所述气液分离器、所述过滤器、所述稳压器、所述激光拉曼分析仪、所述废气处理件之间通过管线螺纹连接或法兰连接。
在一种可能的设计中,所述过滤器包括串联连接的多个子过滤器。
在一种可能的设计中,所述废气处理件为放空火柜。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括:
本发明实施例提供的硫化氢和二氧化碳在线分析装置,通过气液分离器对目标天然气原料气进行气液分离处理,过滤器对目标天然气原料气进行过滤处理,稳压器对目标天然气原料气进行稳压处理,激光拉曼分析仪能够同时且高精度地检测目标天然气原料气中硫化氢的浓度及二氧化碳的浓度,进而能够满足净化脱硫碳工艺及时调整的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的硫化氢和二氧化碳在线分析方法流程图;
图2是本发明实施例提供的硫化氢和二氧化碳在线分析装置结构示意图;
图3是实施例1中硫化氢浓度与特征峰强度之间的关系示意图;
图4是实施例1中二氧化碳浓度与特征峰强度之间的关系示意图;
图5是实施例1中二氧化碳干扰峰强度与正丁烷特征峰强度之间的关系示意图。
其中,附图标记分别表示:
1-天然气原料气输出件,
2-气液分离器,
3-过滤器,
4-稳压器,
5-激光拉曼分析仪,
6-废气处理件,
7-流量调节阀。
具体实施方式
除非另有定义,本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域技术人员通常理解的相同的含义。
拉曼光谱是一种散射光谱,不同物质对应的散射光谱不同,不同含量的物质所对应的拉曼峰的高度或面积不同,因此通过拉曼光谱可以对物质进行定性分析和定量分析。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
一方面,本发明实施例提供了一种硫化氢和二氧化碳在线分析方法,如附图1所示,该方法包括:
步骤101、使用天然气原料气输出件1将目标天然气原料气输出。
其中,天然气原料气输出件1可以为带有流量调节阀7的天然气原料气储罐,以方便将天然气原料气储罐中的天然气原料气输出。
步骤102、采用气液分离器2对目标天然气原料气进行气液分离处理。
采用气液分离器2对目标天然气原料气进行气液分离处理,以避免目标天然气原料气携带水分腐蚀设备和管线。
步骤103、采用过滤器3对经气液分离处理后的目标天然气原料气进行过滤处理。
过滤器3可以对目标天然气原料气进行多级过滤处理,以能够将目标天然气原料气中的固体颗粒杂质完全过滤除去。
举例来说,过滤器3可以包括多级子过滤器,以能够将目标天然气原料气中大于0.1微米的颗粒物完全过滤掉。
步骤104、采用稳压器4对经过滤处理后的目标天然气原料气进行稳压处理。
稳压器4能够调整目标天然气原料气的流量和压力,进而使其稳定地进入激光拉曼分析仪5中,利于激光拉曼分析仪5对其进行分析处理。
举例来说,稳压器4能够将目标天然气原料气的压力调节至0.1-0.5MPa,流速调节至≤0.003MPa/cm2。
步骤105、获取硫化氢的浓度与硫化氢的特征拉曼峰高或面积之间的第一关系式。
可选地,步骤105包括但不限于以下子步骤:
步骤1051、获取硫化氢浓度不同的多个硫化氢标准物。
其中,硫化氢标准物包括硫化氢和氮气。硫化氢的摩尔分数可以为0.1%-10%,例如可以为0.1%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、10%等。
步骤1052、采用激光拉曼分析仪5分别检测多个硫化氢标准物中硫化氢的标准拉曼光谱。
需要说明的是,在获取硫化氢的标准拉曼光谱之前,需要先将激光拉曼分析仪5的压力调节至参考恒定压力,将激光拉曼分析仪5的温度设置为25℃,并稳定10min。然后采用纯氩气测定激光拉曼分析仪5的基线。
需要说明的是,每隔一段时间(7天或更长)采用纯氩气校准基线,并排出气液分离器2中的水。
步骤1053、根据每个硫化氢标准物的标准拉曼光谱,确定不同浓度的硫化氢对应的特征拉曼峰高或面积。
步骤1054、将不同浓度的硫化氢对应的特征拉曼峰高或面积与硫化氢的不同浓度拟合,得到第一关系式。
其中,第一关系式为:
步骤106、获取二氧化碳的浓度、二氧化碳的特征拉曼峰高或面积、正丁烷的干扰峰高或面积之间的第二关系式。
可选地,步骤106包括但不限于以下子步骤:
步骤1061、获取二氧化碳浓度不同的多个二氧化碳标准物。
其中,二氧化碳标准物包括二氧化碳和氮气。二氧化碳的摩尔分数可以为0.01%-11%,例如可以为0.01%、0.05%、0.1%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%、6.5%、7%、7.5%、8%、8.5%、9%、9.5%、10%、11%等。
步骤1062、采用激光拉曼分析仪5分别检测多个二氧化碳标准物中二氧化碳的标准拉曼光谱。
步骤1063、根据每个二氧化碳标准物的标准拉曼光谱,确定不同浓度的二氧化碳对应的特征拉曼峰高或面积。
步骤1064、获取正丁烷浓度不同的多个正丁烷标准物。
其中,正丁烷标准物包括正丁烷和氮气。正丁烷的摩尔分数可以为0.01%-6%,例如可以为0.01%、0.05%、0.1%、1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%、5%、5.5%、6%等。
步骤1065、采用激光拉曼分析仪5分别检测多个正丁烷标准物中正丁烷的标准拉曼光谱。
步骤1066、根据多个正丁烷的标准拉曼光谱、多个二氧化碳的标准拉曼光谱,确定正丁烷对二氧化碳的干扰峰高或面积。
具体地,以正丁烷的特征峰强度对二氧化碳的特征峰强度作图,即得到正丁烷的特征峰强度对二氧化碳的特征峰强度的影响。
步骤1067、将不同浓度的二氧化碳对应拉曼峰高或面积、二氧化碳的浓度、正丁烷对二氧化碳的干扰峰高或面积拟合,得到第二关系式。
其中,第二关系式为:
如此,能消除天然气原料气中正丁烷对二氧化碳的影响,以高精度地检测天然气原料气中二氧化碳的含量。
步骤107、采用激光拉曼分析仪5检测经稳压处理后的目标天然气原料气中硫化氢的实际拉曼光谱、二氧化碳的实际拉曼光谱、正丁烷的实际拉曼光谱。
步骤108、根据第一关系式和硫化氢的实际拉曼光谱,确定目标天然气原料气中硫化氢的浓度。
步骤109、根据第二关系式、二氧化碳的实际拉曼光谱、正丁烷的实际拉曼光谱,确定目标天然气原料气中二氧化碳的浓度。
可以理解的是,确定目标天然气原料气中硫化氢和二氧化碳的浓度均为经稳压处理后的目标天然气原料气中硫化氢和二氧化碳的浓度。
本发明实施例提供的硫化氢和二氧化碳在线分析方法,通过气液分离器2对目标天然气原料气进行气液分离处理,过滤器3对目标天然气原料气进行过滤处理,稳压器4对目标天然气原料气进行稳压处理。基于第二关系式,能够消除正丁烷对二氧化碳的影响,激光拉曼分析仪5能够同时且高精度地检测目标天然气原料气中硫化氢的浓度及二氧化碳的浓度,进而能够满足净化脱硫碳工艺及时调整的需求。
另一方面,本发明实施例提供了一种硫化氢和二氧化碳在线分析装置,如附图2所示,该装置包括:通过管线顺次连通的天然气原料气输出件1、气液分离器2、过滤器3、稳压器4、激光拉曼分析仪5、废气处理件6;天然气原料气输出件1与气液分离器2之间的管线上、气液分离器2与过滤器3之间的管线上、过滤器3与稳压器4之间的管线上、稳压器4与激光拉曼分析仪5之间的管线上、激光拉曼分析仪5与废气处理件6之间的管线上均具有流量调节阀7;天然气原料气输出件1、气液分离器2、过滤器3、稳压器4、激光拉曼分析仪5、废气处理件6、流量调节阀7及管线均具有防腐性能;激光拉曼分析仪5用于同时检测目标天然气原料气中硫化氢的浓度及二氧化碳的浓度。
需要说明的是,激光拉曼分析仪5可以检测天然气原料气中的硫化氢、二氧化碳、正丁烷,且检测范围为0.1%-100%(浓度)。
本发明实施例提供的硫化氢和二氧化碳在线分析装置,通过气液分离器2对目标天然气原料气进行气液分离处理,过滤器3对目标天然气原料气进行过滤处理,稳压器4对目标天然气原料气进行稳压处理,激光拉曼分析仪5能够高精度且同时检测目标天然气原料气中硫化氢的浓度及二氧化碳的浓度,进而能够满足净化脱硫碳工艺及时调整的需求。
作为一种示例,天然气原料气输出件1、气液分离器2、过滤器3、稳压器4、激光拉曼分析仪5、废气处理件6之间均通过管线可拆卸连接。
如此,利于天然气原料气输出件1、气液分离器2、过滤器3、稳压器4、激光拉曼分析仪5、废气处理件6之间的可拆卸连接。
具体地,天然气原料气输出件1、气液分离器2、过滤器3、激光拉曼分析仪5、废气处理件6之间可以为螺纹连接或法兰连接。螺纹连接及法兰连接的方式容易设置,方便拆装。
作为一种示例,过滤器3包括串联连接的多个子过滤器。
通过多个子过滤器的多级过滤,利于将目标天然气原料气中的固体颗粒完全过滤除去。
每个子过滤器3中的滤芯可以为不锈钢材质的滤芯,也可以为玻璃纤维材质的滤芯,以在腐蚀性气体的作用下不会被腐蚀。
作为一种示例,废气处理件6为放空火柜。
如此,能够将经过激光拉曼分析仪5分析后的目标天然气原料气燃烧,避免其污染环境。
作为一种示例,激光拉曼分析仪5安装在装有空调的正压防爆机柜中,防爆机柜中安装有硫化氢报警仪,机柜中的温度可以为25℃。
作为一种示例,所有部件的防腐材料可以为抗硫腐蚀材料316L,也可以为其他能够防止硫化氢腐蚀的材料。
以下将通过一些实施例进一步地描述本发明。
实施例1
本实施例采用本发明实施例提供的硫化氢和二氧化碳在线分析方法对目标天然气原料气中的硫化氢和二氧化碳含量进行检测,具体检测步骤如下:
在进行分析前,先将激光拉曼分析仪的压力调节至0.1MPa,温度为25℃,稳定10min后,采用激光拉曼分析仪检测中国石油西南油气田分公司天然气研究院生产的硫化氢摩尔分数不同的多个硫化氢标准物,具体参数详见下表1。
表1
需要说明的是,拉曼峰高即光子数,拉曼峰高越大,其对应的光子数越多。
以硫化氢的摩尔分数对其特征峰强度作图,得到附图3,进一步确定第一关系式如下:
采用激光拉曼分析仪检测中国石油西南油气田分公司天然气研究院生产的二氧化碳摩尔分数不同的多个二氧化碳标准物,具体参数详见下表2。
表2
采用激光拉曼分析仪检测中国石油西南油气田分公司天然气研究院生产的正丁烷摩尔分数不同的多个正丁烷标准物,具体参数详见下表3。
表3
进而确定第二关系式如下:
将目标天然气原料气由天然气原料气输出件输出至气液分离器,经气液分离处理后,目标天然气原料气进入过滤器,经过滤器的过滤处理,目标天然气原料气进入稳压器,经稳压器的稳压处理,进入激光拉曼分析仪进行分析。
通过激光拉曼分析仪分析目标天然气原料得到硫化氢、二氧化碳、正丁烷的特征拉曼峰强度分别为3502.6、3782.3、46.6。代入第一关系式和第二关系式后,得到硫化氢的摩尔分数为6.31%,二氧化碳的摩尔分数为3.75%。
综上,发明实施例提供的硫化氢和二氧化碳在线分析装置及方法能够同时检测天然气原料气中的硫化氢和二氧化碳的浓度,进而能够满足净化脱硫碳工艺及时调整的需求。
上述所有可选技术方案,可以采用任意结合形成本公开的可选实施例,在此不再一一赘述。
以上所述仅为本发明的说明性实施例,并不用以限制本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种硫化氢和二氧化碳在线分析方法,其特征在于,所述方法包括:
使用天然气原料气输出件(1)将目标天然气原料气输出;
采用气液分离器(2)对所述目标天然气原料气进行气液分离处理;
采用过滤器(3)对经所述气液分离处理后的目标天然气原料气进行过滤处理;
采用稳压器(4)对经所述过滤处理后的目标天然气原料气进行稳压处理;
获取硫化氢的浓度与硫化氢的特征拉曼峰高或面积之间的第一关系式;
获取二氧化碳浓度不同的多个二氧化碳标准物;所述二氧化碳标准物包括二氧化碳和氮气;
采用激光拉曼分析仪(5)分别检测所述多个二氧化碳标准物中二氧化碳的标准拉曼光谱;
根据每个二氧化碳标准物的标准拉曼光谱,确定不同浓度的二氧化碳对应的特征拉曼峰高或面积;
获取正丁烷浓度不同的多个正丁烷标准物;所述正丁烷标准物包括正丁烷和氮气;
采用所述激光拉曼分析仪(5)分别检测所述多个正丁烷标准物中正丁烷的标准拉曼光谱;
根据多个正丁烷的标准拉曼光谱、多个二氧化碳的标准拉曼光谱,以正丁烷的特征峰强度对二氧化碳的特征峰强度作图,得到正丁烷对二氧化碳的干扰峰高或面积;
将不同浓度的二氧化碳对应的特征拉曼峰高或面积、二氧化碳的浓度、正丁烷对二氧化碳的干扰峰高或面积拟合,得到第二关系式;所述第二关系式为:
采用所述激光拉曼分析仪(5)检测经所述稳压处理后的目标天然气原料气中硫化氢的实际拉曼光谱、二氧化碳的实际拉曼光谱、正丁烷的实际拉曼光谱;
根据所述第一关系式和所述硫化氢的实际拉曼光谱,确定目标天然气原料气中硫化氢的浓度;
根据所述第二关系式、所述二氧化碳的实际拉曼光谱、所述正丁烷的实际拉曼光谱,确定目标天然气原料气中二氧化碳的浓度。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述获取硫化氢的浓度与硫化氢的特征拉曼峰高或面积之间的第一关系式,包括:
获取硫化氢浓度不同的多个硫化氢标准物;
采用所述激光拉曼分析仪(5)分别检测多个硫化氢标准物中硫化氢的标准拉曼光谱;
根据每个硫化氢标准物的标准拉曼光谱,确定不同浓度的硫化氢对应的特征拉曼峰高或面积;
将不同浓度的硫化氢对应的特征拉曼峰高或面积与硫化氢的不同浓度拟合,得到所述第一关系式。
4.一种硫化氢和二氧化碳在线分析装置,其特征在于,所述装置包括:通过管线顺次连通的天然气原料气输出件(1)、气液分离器(2)、过滤器(3)、稳压器(4)、激光拉曼分析仪(5)、废气处理件(6);
所述天然气原料气输出件(1)与所述气液分离器(2)之间的管线上、所述气液分离器(2)与所述过滤器(3)之间的管线上、所述过滤器(3)与所述稳压器(4)之间的管线上、所述稳压器(4)与所述激光拉曼分析仪(5)之间的管线上、所述激光拉曼分析仪(5)与所述废气处理件(6)之间的管线上均具有流量调节阀(7);
所述天然气原料气输出件(1)、所述气液分离器(2)、所述过滤器(3)、所述稳压器(4)、所述激光拉曼分析仪(5)、所述废气处理件(6)、所述流量调节阀(7)及管线均具有防腐性能;
所述激光拉曼分析仪(5)用于检测多个二氧化碳标准物中二氧化碳的标准拉曼光谱;根据每个二氧化碳标准物的标准拉曼光谱,确定不同浓度的二氧化碳对应的特征拉曼峰高或面积;检测多个正丁烷标准物中正丁烷的标准拉曼光谱;根据多个正丁烷的标准拉曼光谱、多个二氧化碳的标准拉曼光谱,以正丁烷的特征峰强度对二氧化碳的特征峰强度作图,得到正丁烷对二氧化碳的干扰峰高或面积;将不同浓度的二氧化碳对应的特征拉曼峰高或面积、二氧化碳的浓度、正丁烷对二氧化碳的干扰峰高或面积拟合,得到第二关系式;所述第二关系式为:
所述激光拉曼分析仪(5)还用于检测经所述稳压处理后的目标天然气原料气中硫化氢的实际拉曼光谱、二氧化碳的实际拉曼光谱、正丁烷的实际拉曼光谱;根据第一关系式和所述硫化氢的实际拉曼光谱,确定目标天然气原料气中硫化氢的浓度;其中,所述第一关系式为硫化氢的浓度与硫化氢的特征拉曼峰高或面积之间的关系式;根据所述第二关系式、所述二氧化碳的实际拉曼光谱、所述正丁烷的实际拉曼光谱,确定目标天然气原料气中二氧化碳的浓度。
5.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述天然气原料气输出件(1)、所述气液分离器(2)、所述过滤器(3)、所述稳压器(4)、所述激光拉曼分析仪(5)、所述废气处理件(6)之间均通过管线可拆卸连接。
6.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述天然气原料气输出件(1)、所述气液分离器(2)、所述过滤器(3)、所述稳压器(4)、所述激光拉曼分析仪(5)、所述废气处理件(6)之间通过管线螺纹连接或法兰连接。
7.根据权利要求4所述的装置,其特征在于,所述过滤器(3)包括串联连接的多个子过滤器。
8.根据权利要求4-7任一项所述的装置,其特征在于,所述废气处理件(6)为放空火柜。
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