CN112457150A - 一种从c9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从C9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法,包括以下步骤:以甲醇为烷基化试剂、氮气气氛以及烷基化催化剂的作用下,对C9重芳烃进行烷基化反应;所述烷基化催化剂为石墨烯/多孔镁/铝金属氧化物复合纳米片负载的氧化铌材料;将烷基化的溶剂置于精馏塔内进行减压蒸馏,并收集(90‑150)℃/750mmHg的馏分,并将收集的馏分在管式炉反应器中,水蒸汽的存在下进行脱烷基化反应;将上述脱烷基化后的溶剂置于深冷结晶器内,进行多级深冷结晶处理,之后离心处理,得到连三甲苯晶体。该方法得到的连三甲苯不仅收率高,且纯度高。

Description

一种从C9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法
技术领域
本发明涉及芳烃分离技术领域,具体涉及一种从C9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法。
背景技术
混合C9芳烃主要来自炼油厂重整装置二甲苯塔底,是重要的石油化工基础原料,资源十分丰富,它含有大量的偏三甲苯、均三甲苯、连三甲苯、茚满等,是发展精细化工的宝贵资源,具有很高的经济价值。连三甲苯又称1,2,3-三甲基苯,主要用于制备苯胺染料、醇酸树脂、聚酯树脂及连苯三甲酸等。目前连三甲苯主要存在于偏三甲苯的副产物溶剂油中,由于纯度交底大多用作调和汽油的组分或者用作一般溶剂,造成了资源的严重浪费,经济效益较低。因此,如何得到纯度高、收率高的连三甲苯具有重要的意义。
目前分离方法主要有精馏、萃取、吸收、结晶等。精馏是通过加热待分离液体使其生成气液两相体系,利用混合物中各组分挥发度的差别来实现组分分离与提纯的目的。萃取是指溶于某一液相的一个活多个组分,在与第二相接触后转入后者的过程,所加入的第二相,通常称为萃取剂。萃取过程的两个液相必须是不相混溶或部分混溶的。膜分离过程是借助于天然或人工合成的具有选择渗透性的薄膜,以外界能量或者化学位差为推动力,对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集的过程。吸附过程是指固体颗粒有选择的把流动相中一定组分累积和凝聚在其内外表面上的过程。结晶分离是固体物质以晶体状态从蒸汽、溶液或熔融物中析出的过程。结晶在物质的分离纯化过程中有着重要的作用。随着国际化工市场的竞争日趋激烈,对化工产品的质量要求不断提高而成本则需不断降低。因此,新型结晶分离技术不断得到开发和应用。实际应用中,常常采用结晶分离与其他分离方式的结合来分离芳烃,比如与蒸馏、萃取等耦合。
专利CN200910234687.4提供了一种从重芳烃中分离、提纯连三甲苯和茚满的方法,它是采用重芳烃粗切割成馏程为170-200℃的芳烃溶剂油(富含连三甲苯),在80-280℃均匀进入分子筛吸附床层进行吸附分离,所述的分子筛是A型或X型分子筛,吸余油进行精密分馏得到高纯度的连三甲苯产品;用脱附剂进行吹扫分子筛进行脱附,脱附油进入粗茚满储罐,粗茚满经精馏,得到精茚满。专利CN201811520713.5提供了一种分离提纯连三甲苯的工艺方法,以重整重芳烃为原料,采用精馏的方法将原料油分离,轻组分可精制后得到均三甲苯、偏三甲苯,重组分中馏程在170-190℃的组分,进入分子筛膜分离器,压力为常压,温度为60-180℃,分子筛膜孔径为5.0-7.0Aring,分离后得到纯度不低于95%的连三甲苯,其它重组分可作为重芳烃溶剂油使用,由上述现有技术可以看出,目前技术中虽然能得到纯度较高的连三甲苯,但是收率较低,且纯度需要进一步改善。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术存在的不足,提供一种从C9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法,该方法首先以石墨烯/多孔镁/铝金属氧化物复合纳米片负载的氧化铌材料为烷基化催化剂,以甲醇为烷基化试剂,对C9芳烃溶剂进行烷基化处理,然后对烷基化后的溶剂进行减压精馏,分离出烷基化后的连三甲苯,其夹带有少量的烷基化后的茚满,之后对其进行脱烷基化处理,最后进行多级深冷结晶处理,得到的连三甲苯不仅收率高,且纯度高。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种从C9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法,包括以下步骤:
(1)以甲醇为烷基化试剂、氮气气氛以及烷基化催化剂的作用下,对C9重芳烃进行烷基化反应;所述烷基化催化剂为石墨烯/多孔镁/铝金属氧化物复合纳米片负载的氧化铌材料;
(2)将烷基化的溶剂置于精馏塔内进行减压蒸馏,并收集(90-150)℃/750mmHg的馏分,并将收集的馏分在管式炉反应器中,水蒸汽的存在下进行脱烷基化反应;
(3)将上述脱烷基化后的溶剂置于深冷结晶器内,首先以0.1-0.15℃/min的速率降温至-80~-100℃,深冷处理1-2h,然后离心,离心得到的固体熔融后重新加入到深冷结晶器内,以0.03-0.05℃/min的速率降温至-50~-60℃,深冷处理1-2h,之后离心,离心得到的固体熔融后继续加入到深冷结晶器内,以0.005-0.01℃/min的速率降温至-30~-40℃,深冷处理1-2h,离心处理,得到连三甲苯晶体。
作为上述技术方案的优选,所述烷基化催化剂的制备方法,包括以下步骤:
1)以石墨烯纳米片为载体,首先对石墨烯纳米片进行预处理,并将预处理的石墨烯纳米片置于镁盐和铝盐的混合溶液中,缓慢滴加尿素溶液和聚乙烯醇溶液,在85-95℃下回流反应15-20h,反应结束后冷却至室温,将反应液过滤,得到的固体洗涤后干燥,最后置于马弗炉内空气气氛下烧结处理,在石墨烯纳米片表面制得多孔镁/铝金属氧化物涂层;
2)将铌酸铵草酸盐水合物和去离子水混合后加入上述制得的负载有多孔镁/铝金属氧化物涂层的石墨烯纳米片,置于行星式球磨机中进行研磨处理,制得催化剂。
作为上述技术方案的优选,步骤1)中,所述镁盐为氯化镁、硝酸镁、硫酸镁中的一种或多种混合,所述铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝中的一种或多种混合;所述混合溶液中镁盐、铝盐的浓度分别为1-3mol/L、1mol/L。
作为上述技术方案的优选,步骤1)中,所述烧结处理的条件为:首先以3℃/min的速率升温至300℃,保温10min,然后以7℃/min的速率升温至450℃,保温1-3h。
作为上述技术方案的优选,步骤1)中,所述尿素溶液的浓度为15wt%,所述聚乙烯醇溶液的浓度为5wt%;所述尿素溶液、聚乙烯醇溶液、镁盐、石墨烯纳米片的质量比10-20:10:5-8:10;所述尿素溶液、聚乙烯醇溶液的滴加速度分别为1.55ml/min、1.25ml/min。
作为上述技术方案的优选,步骤2)中,所述研磨处理的转速为350-580rpm,所述研磨处理的时间为30-40min。
作为上述技术方案的优选,步骤2)中,所述铌酸铵草酸盐水合物、负载有多孔镁/铝金属氧化物涂层的石墨烯纳米片的质量比为1:(5-15)。
作为上述技术方案的优选,步骤(1)中,所述烷基化催化剂、甲醇、C9重芳烃、氮气的用量比为(0.01-0.05)g:1mol:(1-5)mol:(8-20)mol。
作为上述技术方案的优选,步骤(1)中,所述烷基化反应的条件为:温度为300-400℃,压力为0.1-5MPa,C9重芳烃的重量空速为2-4h-1
作为上述技术方案的优选,所述脱烷基化反应的条件为:采用多孔氧化硅负载的NiO材料为催化剂,催化剂中,NiO的重量百分含量为10%;催化剂、烷基化溶剂、水蒸汽的用量比控制为(3-5)g:1mol:(3-5)mol;反应的温度控制为400-500℃,压力控制为2-3MPa,液体重量空速控制为3-5h-1
由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
在分离连三甲苯时,本发明首先在石墨烯/多孔镁/铝金属氧化物复合纳米片负载的氧化铌材料的催化下,对原料进行烷基化处理,然后进行减压精馏,收集一定的温度下的馏分;该馏分大部分为烷基化后的连三甲苯以及少量的烷基化后的茚满;然后将其置于深冷结晶器内,经过多次分级深冷结晶,并有效控制结晶时的降温速率,收集的连三甲苯纯度好,收率高。
在对原料进行烷基化过程中,本发明采用石墨烯/多孔镁/铝金属氧化物复合纳米片负载的氧化铌材料作为烷基化催化剂,为了制备催化剂活性高的烷基化催化剂,本发明以石墨烯纳米片为基体,对其超声分散预处理后,加入镁盐和铝盐的混合溶液中,并滴加尿素溶液为沉淀剂,滴加聚乙烯醇溶液为致孔剂,通过有效控制滴加的速度来控制金属离子的沉淀速度,镁离子、铝离子沉淀在石墨烯纳米片表面,形成致密的涂层,在一定条件下烧结后制得比表面积大、具有多孔结构的镁/铝金属氧化物涂层;然后将其和铌酸铵草酸盐水合物混合研磨处理,将氧化铌负载在涂层的孔隙中,制得的烷基化催化剂不仅具有很好的催化活性,且比表面积大,可有效将待烷基化原料吸附于其表面,与烷基化试剂充分接触反应,提高了其烷基化效果,进而改善了连三甲苯的分离效率。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
下述实施例以及对比例中采用的原料为190#混合C9溶剂油。
实施例1
(1)将10g石墨烯纳米片和100ml无水乙醇混合超声处理,将处理后的石墨烯纳米片置于42ml氯化镁和氯化铝的混合溶液中,混合溶液中氯化镁、氯化铝的浓度分别为2mol/L、1mol/L,然后缓慢滴加12g15wt%尿素溶液和10g5wt%聚乙烯醇溶液,尿素溶液、聚乙烯醇溶液的滴加速度控制为1.55ml/min、1.25ml/min;在85℃下回流反应15h,反应结束后冷却至室温,将反应液过滤,得到的固体洗涤后干燥,最后置于马弗炉内空气气氛下,首先以3℃/min的速率升温至300℃,保温10min,然后以7℃/min的速率升温至450℃,保温1h;在石墨烯纳米片表面制得多孔镁/铝金属氧化物涂层;
(2)将10g铌酸铵草酸盐水合物和100ml去离子水混合后加入50g上述制得的负载有多孔镁/铝金属氧化物涂层的石墨烯纳米片,置于行星式球磨机中,350rpm进行研磨处理30min,制得烷基化催化剂;
(3)将1mol甲醇、0.01g烷基化催化剂、1mol C9重芳烃加入到反应器中,8mol氮气气氛下,对进行烷基化反应;烷基化反应的条件为:温度为300℃,压力为0.1MPa,C9重芳烃的重量空速为2h-1
(4)将烷基化的溶剂置于精馏塔内进行减压蒸馏,并收集(90-150)℃/750mmHg的馏分,并将收集的馏分在管式炉反应器中,水蒸汽的存在下进行脱烷基化反应;采用多孔氧化硅负载的NiO材料为催化剂,催化剂中,NiO的重量百分含量为10%;催化剂、烷基化溶剂、水蒸汽的用量比控制为3g:1mol:3mol;反应的温度控制为400℃,压力控制为2MPa,液体重量空速控制为3h-1
(5)将上述脱烷基化后的溶剂置于深冷结晶器内,首先以0.1℃/min的速率降温至-80℃,深冷处理1h,然后离心,离心得到的固体熔融后重新加入到深冷结晶器内,以0.03℃/min的速率降温至-50℃,深冷处理1h,之后离心,离心得到的固体熔融后继续加入到深冷结晶器内,以0.005℃/min的速率降温至-40℃,深冷处理1h,离心处理,得到连三甲苯晶体。
实施例2
(1)将10g石墨烯纳米片和100ml无水乙醇混合超声处理,将处理后的石墨烯纳米片置于42ml氯化镁和氯化铝的混合溶液中,混合溶液中氯化镁、氯化铝的浓度分别为3mol/L、1mol/L,然后缓慢滴加20g15wt%尿素溶液和10g5wt%聚乙烯醇溶液,尿素溶液、聚乙烯醇溶液的滴加速度控制为1.55ml/min、1.25ml/min;在95℃下回流反应20h,反应结束后冷却至室温,将反应液过滤,得到的固体洗涤后干燥,最后置于马弗炉内空气气氛下,首先以3℃/min的速率升温至300℃,保温10min,然后以7℃/min的速率升温至450℃,保温3h;在石墨烯纳米片表面制得多孔镁/铝金属氧化物涂层;
(2)将10g铌酸铵草酸盐水合物和100ml去离子水混合后加入150g上述制得的负载有多孔镁/铝金属氧化物涂层的石墨烯纳米片,置于行星式球磨机中,580rpm进行研磨处理40min,制得烷基化催化剂;
(3)将1mol甲醇、0.05g烷基化催化剂、5mol C9重芳烃加入到反应器中,20mol氮气气氛下,对进行烷基化反应;烷基化反应的条件为:温度为400℃,压力为5MPa,C9重芳烃的重量空速为4h-1
(4)将烷基化的溶剂置于精馏塔内进行减压蒸馏,并收集(90-150)℃/750mmHg的馏分,并将收集的馏分在管式炉反应器中,水蒸汽的存在下进行脱烷基化反应;采用多孔氧化硅负载的NiO材料为催化剂,催化剂中,NiO的重量百分含量为10%;催化剂、烷基化溶剂、水蒸汽的用量比控制为5g:1mol:5mol;反应的温度控制为500℃,压力控制为3MPa,液体重量空速控制为5h-1
(5)将上述脱烷基化后的溶剂置于深冷结晶器内,首先以0.15℃/min的速率降温至-100℃,深冷处理2h,然后离心,离心得到的固体熔融后重新加入到深冷结晶器内,以0.05℃/min的速率降温至-60℃,深冷处理2h,之后离心,离心得到的固体熔融后继续加入到深冷结晶器内,以0.01℃/min的速率降温至-40℃,深冷处理2h,离心处理,得到连三甲苯晶体。
实施例3
(1)将10g石墨烯纳米片和100ml无水乙醇混合超声处理,将处理后的石墨烯纳米片置于42ml氯化镁和氯化铝的混合溶液中,混合溶液中氯化镁、氯化铝的浓度分别为2mol/L、1mol/L,然后缓慢滴加15g15wt%尿素溶液和10g5wt%聚乙烯醇溶液,尿素溶液、聚乙烯醇溶液的滴加速度控制为1.55ml/min、1.25ml/min;在80℃下回流反应15h,反应结束后冷却至室温,将反应液过滤,得到的固体洗涤后干燥,最后置于马弗炉内空气气氛下,首先以3℃/min的速率升温至300℃,保温10min,然后以7℃/min的速率升温至450℃,保温2h;在石墨烯纳米片表面制得多孔镁/铝金属氧化物涂层;
(2)将10g铌酸铵草酸盐水合物和100ml去离子水混合后加入100g上述制得的负载有多孔镁/铝金属氧化物涂层的石墨烯纳米片,置于行星式球磨机中,400rpm进行研磨处理30min,制得烷基化催化剂;
(3)将1mol甲醇、0.02g烷基化催化剂、2mol C9重芳烃加入到反应器中,10mol氮气气氛下,对进行烷基化反应;烷基化反应的条件为:温度为300℃,压力为1MPa,C9重芳烃的重量空速为3h-1
(4)将烷基化的溶剂置于精馏塔内进行减压蒸馏,并收集(90-150)℃/750mmHg的馏分,并将收集的馏分在管式炉反应器中,水蒸汽的存在下进行脱烷基化反应;采用多孔氧化硅负载的NiO材料为催化剂,催化剂中,NiO的重量百分含量为10%;催化剂、烷基化溶剂、水蒸汽的用量比控制为4g:1mol:4mol;反应的温度控制为500℃,压力控制为2MPa,液体重量空速控制为4h-1
(5)将上述脱烷基化后的溶剂置于深冷结晶器内,首先以0.12℃/min的速率降温至-90℃,深冷处理2h,然后离心,离心得到的固体熔融后重新加入到深冷结晶器内,以0.035℃/min的速率降温至-50℃,深冷处理2h,之后离心,离心得到的固体熔融后继续加入到深冷结晶器内,以0.007℃/min的速率降温至-40℃,深冷处理2h,离心处理,得到连三甲苯晶体。
实施例4
(1)将10g石墨烯纳米片和100ml无水乙醇混合超声处理,将处理后的石墨烯纳米片置于42ml氯化镁和氯化铝的混合溶液中,混合溶液中氯化镁、氯化铝的浓度分别为2mol/L、1mol/L,然后缓慢滴加20g15wt%尿素溶液和10g5wt%聚乙烯醇溶液,尿素溶液、聚乙烯醇溶液的滴加速度控制为1.55ml/min、1.25ml/min;在90℃下回流反应20h,反应结束后冷却至室温,将反应液过滤,得到的固体洗涤后干燥,最后置于马弗炉内空气气氛下,首先以3℃/min的速率升温至300℃,保温10min,然后以7℃/min的速率升温至450℃,保温2h;在石墨烯纳米片表面制得多孔镁/铝金属氧化物涂层;
(2)将10g铌酸铵草酸盐水合物和100ml去离子水混合后加入120g上述制得的负载有多孔镁/铝金属氧化物涂层的石墨烯纳米片,置于行星式球磨机中,500rpm进行研磨处理30min,制得烷基化催化剂;
(3)将1mol甲醇、0.03g烷基化催化剂、4mol C9重芳烃加入到反应器中,15mol氮气气氛下,对进行烷基化反应;烷基化反应的条件为:温度为300℃,压力为3MPa,C9重芳烃的重量空速为3h-1
(4)将烷基化的溶剂置于精馏塔内进行减压蒸馏,并收集(90-150)℃/750mmHg的馏分,并将收集的馏分在管式炉反应器中,水蒸汽的存在下进行脱烷基化反应;采用多孔氧化硅负载的NiO材料为催化剂,催化剂中,NiO的重量百分含量为10%;催化剂、烷基化溶剂、水蒸汽的用量比控制为4g:1mol:4mol;反应的温度控制为500℃,压力控制为2MPa,液体重量空速控制为4h-1
(5)将上述脱烷基化后的溶剂置于深冷结晶器内,首先以0.12℃/min的速率降温至-100℃,深冷处理1h,然后离心,离心得到的固体熔融后重新加入到深冷结晶器内,以0.04℃/min的速率降温至-60℃,深冷处理1h,之后离心,离心得到的固体熔融后继续加入到深冷结晶器内,以0.007℃/min的速率降温至-40℃,深冷处理1h,离心处理,得到连三甲苯晶体。
对比例
不进行烷基化,直接进行精馏以及深冷结晶技术,其他条件和实施例4相同。
上述实施例以及对比例中得到的连三甲苯的纯度和收率如表1所示。
表1
Figure BDA0002800930280000081
Figure BDA0002800930280000091
从上述测试结果可以看出:对芳烃溶剂油首先进行烷基化处理后、再精馏、脱烷基化、多级深冷结晶处理,制得的连三甲苯的纯度和收率较高。
此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种从C9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)以甲醇为烷基化试剂、氮气气氛以及烷基化催化剂的作用下,对C9重芳烃进行烷基化反应;所述烷基化催化剂为石墨烯/多孔镁/铝金属氧化物复合纳米片负载的氧化铌材料;
(2)将烷基化的溶剂置于精馏塔内进行减压蒸馏,并收集(90-150)℃/750mmHg的馏分,并将收集的馏分在管式炉反应器中,水蒸汽的存在下进行脱烷基化反应;
(3)将上述脱烷基化后的溶剂置于深冷结晶器内,首先以0.1-0.15℃/min的速率降温至-80~-100℃,深冷处理1-2h,然后离心,离心得到的固体熔融后重新加入到深冷结晶器内,以0.03-0.05℃/min的速率降温至-50~-60℃,深冷处理1-2h,之后离心,离心得到的固体熔融后继续加入到深冷结晶器内,以0.005-0.01℃/min的速率降温至-30~-40℃,深冷处理1-2h,离心处理,得到连三甲苯晶体。
2.根据权利要求1所述的一种从C9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法,其特征在于:所述烷基化催化剂的制备方法,包括以下步骤:
1)以石墨烯纳米片为载体,首先对石墨烯纳米片进行预处理,并将预处理的石墨烯纳米片置于镁盐和铝盐的混合溶液中,缓慢滴加尿素溶液和聚乙烯醇溶液,在85-95℃下回流反应15-20h,反应结束后冷却至室温,将反应液过滤,得到的固体洗涤后干燥,最后置于马弗炉内空气气氛下烧结处理,在石墨烯纳米片表面制得多孔镁/铝金属氧化物涂层;
2)将铌酸铵草酸盐水合物和去离子水混合后加入上述制得的负载有多孔镁/铝金属氧化物涂层的石墨烯纳米片,置于行星式球磨机中进行研磨处理,制得催化剂。
3.根据权利要求2所述的一种从C9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法,其特征在于:步骤1)中,所述镁盐为氯化镁、硝酸镁、硫酸镁中的一种或多种混合,所述铝盐为硝酸铝、氯化铝、硫酸铝中的一种或多种混合;所述混合溶液中镁盐、铝盐的浓度分别为1-3mol/L、1mol/L。
4.根据权利要求2所述的一种从C9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法,其特征在于:步骤1)中,所述烧结处理的条件为:首先以3℃/min的速率升温至300℃,保温10min,然后以7℃/min的速率升温至450℃,保温1-3h。
5.根据权利要求2所述的一种从C9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法,其特征在于:步骤1)中,所述尿素溶液的浓度为15wt%,所述聚乙烯醇溶液的浓度为5wt%;所述尿素溶液、聚乙烯醇溶液、镁盐、石墨烯纳米片的质量比10-20:10:5-8:10;所述尿素溶液、聚乙烯醇溶液的滴加速度分别为1.55ml/min、1.25ml/min。
6.根据权利要求2所述的一种从C9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法,其特征在于:步骤2)中,所述研磨处理的转速为350-580rpm,所述研磨处理的时间为30-40min。
7.根据权利要求2所述的一种从C9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法,其特征在于:步骤2)中,所述铌酸铵草酸盐水合物、负载有多孔镁/铝金属氧化物涂层的石墨烯纳米片的质量比为1:(5-15)。
8.根据权利要求1所述的一种从C9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法,其特征在于:步骤(1)中,所述烷基化催化剂、甲醇、C9重芳烃、氮气的用量比为(0.01-0.05)g:1mol:(1-5)mol:(8-20)mol。
9.根据权利要求1所述的一种从C9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法,其特征在于:步骤(1)中,所述烷基化反应的条件为:温度为300-400℃,压力为0.1-5MPa,C9重芳烃的重量空速为2-4h-1
10.根据权利要求1所述的一种从C9重芳烃中分离纯化连三甲苯的方法,其特征在于:所述脱烷基化反应的条件为:采用多孔氧化硅负载的NiO材料为催化剂,催化剂中,NiO的重量百分含量为10%;催化剂、烷基化溶剂、水蒸汽的用量比控制为(3-5)g:1mol:(3-5)mol;反应的温度控制为400-500℃,压力控制为2-3MPa,液体重量空速控制为3-5h-1
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