CN211284279U - 一种天然气脱硫装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天然气脱硫装置，包括用于脱硫反应的吸收罐、用于收集脱硫废料的废料罐，吸收罐的底部设有进气口、通过管路与废料罐连接的出料口，吸收罐的顶壁设有出气口，在吸收罐内上部设有喷淋头，吸收罐底壁呈上大下小的圆锥形，进气口包括若干设置在吸收罐底壁上的喷气管、与各喷气管连通的进气管，喷气管的喷口在吸收罐的周向上均匀分布，喷气管喷口的朝向在水平面内的投影与吸收罐的径向形成一个偏转角，在吸收罐内设有位于喷淋头和进气口之间的气体扩散器，气体扩散器包括驱动轴、设置在驱动轴上的若干搅拌风叶，在驱动轴靠近吸收罐底壁的下端设有涡轮。本实用新型既可提升脱硫效率，又有利于降低脱硫成本。

Description

一种天然气脱硫装置

技术领域

本实用新型涉及环保技术领域，具体涉及一种天然气脱硫装置。

背景技术

随着经济的发展以及生活水平的提高，人们的环保意识日益增加，我国的能源结构正在发生巨大的变化，目前，作为清洁能源的天然气的需求量越来越大，尤其是国家正在大力实施的煤改气工程，使的天然气的需求量迅猛增长，然而我国已探明的天然气储量的约四分之一为含硫化氢天然气，硫化氢是一种无色、易燃、有臭鸡蛋味的有毒气体，不仅危害人体健康，而且还易造成工业设备腐蚀，存在重大的安全隐患。因此，对于含硫化氢的天然气，需要通过脱硫工艺使天然气的硫化氢含量低于6ppm，以符合国标要求。

在现有的天然气脱硫工艺中，常见的是液体脱硫法，而液体脱硫法中广泛采用的使湿式氧化法，其基本原理是将天然气与具有强氧化性的液体进行充分地接触反应，将天然气送入反应罐底部，天然气与反应罐内的氧化液体进行反应，天然气则以气泡的形式上冒，形成类似煮开水时的冒泡效应，使的天然气与液体充分地接触而发生氧化反应，从而将硫化氢氧化形成单质硫和水，脱硫后纯净的天然气从反应罐上不得出气口流出，反应后形成的水、单质硫以及氧化液体则通过反应罐底部的出料口向外排出，以便于收集单质硫，其具有脱硫效率高、无二次污染等优点。

然而此类脱硫方法存在如下缺陷，天然气与氧化液体的接触、混合时间难以控制，氧化反应的时间短，因此，脱硫的效率低，一旦送入反应罐的天然气过多时，天然气中的硫化氢难以充分地氧化，从而影响脱硫效果；其次，当脱硫进行一定时间后，反应罐内用于脱硫的氧化液体的氧化效果逐渐降低，从而会影响脱硫的效率，如果送入反应罐的天然气维持一个恒定的速度，则会影响脱硫后天然气的品质；此外，反应罐内氧化液体需要整体更换，从而使氧化液体的效能难以充分发挥，既不利于降低成本，有影响脱硫效果。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有的天然气脱硫工艺所存在的成本高、脱硫效率低的问题，提供一种天然气脱硫装置，既可提升脱硫效率，又有利于降低脱硫成本。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种天然气脱硫装置，包括用于脱硫反应的吸收罐、用于收集脱硫废料的废料罐，所述吸收罐的底部设有与天然气管道连接的进气口、通过设有控制阀的管路与废料罐连接的出料口，吸收罐的顶壁设有出气口，在吸收罐内上部设有喷淋头，所述吸收罐底壁呈上大下小的圆锥形，进气口包括若干设置在吸收罐底壁上的喷气管、与各喷气管并联连通的进气管，所述喷气管的喷口在吸收罐的周向上均匀分布，喷气管喷口的朝向在水平面内的投影与吸收罐的径向形成一个偏转角，在吸收罐内设有位于喷淋头和进气口之间的气体扩散器，所述气体扩散器包括位于吸收罐中心轴线上的驱动轴、设置在驱动轴上的若干搅拌风叶，在驱动轴靠近吸收罐底壁的下端设有涡轮。

本实用新型在吸收罐上部设置喷淋头，底部设置进气口。这样，天然气通过进气口从吸收罐的底部进入并向上升起，而上部的喷淋头则向下喷出雨雾一样的液态氧化剂，向上的气体与向下的氧化剂即可进行充分的接触而发生氧化反应，从而使天然气中的硫化氢氧化而生成单质硫和水，并跟随氧化剂滴落到吸收罐底部。脱硫后的天然气继续上升，并通过吸收罐顶壁的出气口向外输出，而吸收罐底部的单质硫、水、以及反应后剩余的氧化剂在积存到一定量后可通过出料口向外排出。

需要说明的是，液态氧化剂可采用双氧水，双氧水在发生氧化反应后生成干净的水。当然，我们可在双氧水中加入适量的氧化催化剂，以提升双氧水和硫化氢的氧化反应速度。

特别是，本实用新型在圆锥形的吸收罐底壁上设置若干与吸收罐中心偏置的喷气管，因此，当具有一定压力的天然气通过进气管从各喷气管喷出时，可对吸收罐底部的液体形成一个冲击力，从而使吸收罐底部的液体沿固定方向旋转，进而驱动涡轮转动。涡轮则可通过驱动轴带动搅拌风叶转动。一方面，转动的搅拌风叶会使向上升起的气体重新向下回流，另一方面，转动的搅拌风叶会充分地搅动上升的气体以及向下滴落的氧化剂，从而增加气体与从上向下喷淋的氧化剂的接触、反应时间，有利于提升脱硫效果和脱硫效率，确保从吸收罐顶壁的出气口输出的天然气的硫化氢含量能符合规定的要求。

还有，本实用新型将吸收罐底壁设置成圆锥形，因此，当喷淋头喷出的液态氧化剂经过氧化反应后生成的液体滴落到吸收罐底部时，可使吸收罐底部的液位迅速上升，并且随着时间的推移，其液位的上升速度逐渐变慢。这样，当开始进行天然气的脱硫时，可快速地在吸收罐的底部形成具有一定液位高度的液体，以便从喷气管喷出的天然气可推动该液体转动，进而驱动搅拌风叶转动。

可以理解的是，设置在圆锥形底壁上的喷气管，一方面可在周向上均匀分布，另一方面可在圆锥形的底壁的径向上设置多圈，从而可尽量增加喷气管的数量，减小每个喷气管喷口的孔径，在满足一定进气量的前提下使天然气和液态氧化剂形成更充分的接触、混合，同时充分发挥天然气驱动液体的作用。

作为优选，所述喷气管伸入吸收罐内，在伸入吸收罐内的喷气管上设有至少一圈沿轴向间隔设置的虹吸孔。

由流体的伯努利定律可知，当具有压力的天然气高速流过喷气管进入吸收罐内时，喷气管内的气体压力会小于外界的大气压力，此时，吸收罐底部的包含氧化剂的液体即可从直径较小的虹吸孔吸进喷气管内形成紊流，从而与喷气管内的天然气进行充分的混合，氧化剂与硫化氢产生氧化反应，一方面使进入吸收罐的天然气进行初步的氧化脱硫，另一方面，使沉积在吸收罐底部的氧化剂残余再次参与氧化反应，进而可充分地发挥氧化剂的作用。从喷气管的喷口喷出的天然气中的液体在自身重力的作用下再次向下滴落并回流到吸收罐底部，从而使氧化剂残余可形成循环流动和氧化反应，充分发挥氧化剂的作用。

可以理解的是，由于刚刚从喷气管进入吸收罐的天然气中的硫化氢含量相对较高，因此，此时吸收罐底部氧化剂含量较少的液体仍然可以与天然气中的硫化氢发生氧化反应。

作为优选，所述进气管竖直地设置在吸收罐底壁中心位置并伸入吸收罐内，所述进气管的侧壁上设有若干圈沿高度方向排列的所述喷气管，每一圈喷气管的数量在4-6之间，喷气管一端连接在进气管的侧壁上，另一端环绕吸收罐中心逐渐向外环形延伸，从而使喷气管呈螺旋线状排列，并且每一圈的喷气管在吸收罐的周向上均匀分布，从而使每一圈的喷气管呈多头螺旋线状排列。

竖直设置在吸收罐底壁中心位置的进气管便于和多根喷气管形成并联连接。特别是，每一圈的喷气管呈多头螺旋线状排列，因而可充分延长喷气管的长度，以尽量提升天然气与氧化剂的接触、混合和反应时间，进而有利于提升脱硫效率。

特别是，进气管的侧壁上设有若干圈沿高度方向排列的所述喷气管，因而从喷气管喷出的天然气可由下至上地驱动吸收罐底部的液体形成均匀的旋转，进而有效地驱动涡轮转动。

作为优选，在吸收罐的底部中间位置设有密封的隔离壳体，隔离壳体为上大下小的倒圆锥台形，所述涡轮位于隔离壳体的上方，在隔离壳体的下表面与吸收罐底壁之间设有若干沿轴向均匀分布的螺旋线状的隔板，相邻的隔板之间即形成螺旋槽，所述喷气管位于对应的螺旋槽内，所述出料口设置在吸收罐的底部靠近中心位置，并且出料口与各螺旋槽连通。

本实用新型在吸收罐的底部中间位置设有密封的隔离壳体，从而可极大地减小吸收罐底部容纳液体的空间，从喷淋头滴落的氧化剂、氧化反应后生成的水等液体可在吸收罐的底部快速地积聚而抬升液面，进而使旋转的液体可驱动涡轮转动。

特别是，积聚在底部的液体量大大减少，因而有利于天然气驱动液体快速旋转。而隔离壳体的下表面与吸收罐底壁之间形成相互隔开的螺旋槽。这样，我们可使出料口保持持续开通，而积聚在吸收罐底部的液体则可沿着螺旋槽流动，并通过出料口进入废料罐内。可以理解的是，横截面较小的螺旋槽内的液体可形成层流，这样，参与氧化后形成的氧化剂残余在螺旋槽内离吸收罐中心越近，其中的氧化剂含量越少，直至其从出料口流出进入废料罐内。也就是说，吸收罐底部的氧化剂残余可通过循环流动充分发挥作用，并且确保氧化反应后的废液和废料可依序进入废料罐内，既充分发挥氧化剂的作用，由可始终保持氧化剂具有稳定合理的氧化作用。

作为优选，所述出气口通过设有增压气泵的管路与一储气罐相连接。

当脱硫后的天然气通过出气口流出时，通过增压气泵加压后进入储气罐内储存，从而有利于压缩体积，增加储气罐内天然气的储存量。

作为优选，所述储气罐底部充注有水，所述储气罐通过设置在底部的管路与废料罐的底部相连接，废料罐的顶壁通过管路与增压气泵的进气端相连接，所述废料罐内上部设有可横向移动的刮板，在废料罐的外侧壁上设有集渣槽，在废料罐对应集渣槽的侧壁上设有可启闭的密封门。

由于储气罐底部充注有水，并且储气罐通过底部的管路与废料罐的底部相连接，这样，储气罐内的高压天然气可溶解在水中，从而形成溶气水，当溶气水通过储气罐底部的管路进入到废料罐的底部时，溶气水的压力突然降低，此时溶解在水中的天然气析出，从而在废料罐底部的液体中形成大量的微气泡群，微气泡群同废料罐液体中呈絮凝状的单质硫充分接触，并在缓慢上升过程中吸附在絮集好的悬浮状单质硫上而浮至液面，从而使废料罐中的单质硫集中汇聚在液体表面，从液体中析出的天然气同时还可与液体中残余的氧化剂进一步发生氧化反应而降低天然气中硫化氢的浓度，从液体中上冒的天然气则可通过废料罐顶壁上的管路输出，并通过增压气泵加压后重新进入储气罐中储存。当脱硫进行一定时间后，可开启密封门和刮板，横向移动的刮板即可将浮在液面上的单质硫推出密封门而集中在集渣槽内，从而便于对单质硫的收集。

因此，本实用新型具有如下有益效果：既可提升脱硫效率，又有利于降低脱硫成本。

附图说明

图1是本实用新型的一种结构示意图。

图2是吸收罐的一种结构示意图。

图3是吸收罐的另一种结构示意图。

图中：1、吸收罐 11、进气口 111、喷气管 112、进气管 12、出料口 13、出气口 2、废料罐 21、刮板 22、集渣槽 23、密封门 24、排渣口 3、喷淋头 4、气体扩散器 41、驱动轴 42、搅拌风叶 43、涡轮 5、隔离壳体 51、隔板 52、螺旋槽 6、储气罐61、进水口 62、输气管道 7、增压气泵 8、氧化剂箱体。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

如图1所示，一种天然气脱硫装置，适用于对含硫化氢的天然气的脱硫，具体包括用于脱硫反应的吸收罐1、用于收集脱硫废料的废料罐2，在吸收罐的底部设有进气口11、出料口12，其中的进气口与天然气管道相连接，以便向吸收罐内输入含有硫化氢的天然气，而出料口则通过设有控制阀的管路与废料罐连接，以便通过控制阀适时地向废料罐输出脱硫后形成的废料。此外，在吸收罐的顶壁设置出气口13，在吸收罐内上部设置喷淋头3。

需要对天然气脱硫时，先使天然气通过进气口从吸收罐的底部进入并向上升起，而上部的喷淋头则向下喷出雨雾一样的液态氧化剂，向上的气体与向下的氧化剂即可进行充分的接触而发生氧化反应，从而使天然气中的硫化氢氧化而生成单质硫和水，并跟随氧化剂滴落到吸收罐底部。脱硫后的天然气继续上升，并通过吸收罐顶壁的出气口向外输出，而吸收罐底部的单质硫、水、以及反应后剩余的氧化剂构成的混合液体在积存到一定量后可通过出料口向外排出。

需要说明的是，液态氧化剂可采用双氧水，双氧水在发生氧化反应后生成干净的水。当然，我们可在双氧水中加入适量的氧化催化剂，以提升双氧水和硫化氢的氧化反应速度。此外，氧化剂可储存在一个氧化剂箱体8内，氧化剂箱体通过一个水泵与喷淋头相连接，以便使氧化剂箱体内的氧化剂通过喷淋头喷出。

另外，如图2所示，吸收罐底壁呈上大下小的圆锥形，进气口包括若干设置在吸收罐底壁上的喷气管111、与各喷气管并联连通的进气管112，各个喷气管的喷口在吸收罐的周向上均匀分布，并且喷气管喷口的朝向在水平面内的投影与吸收罐的径向形成一个80度-100度的偏转角，在吸收罐内设置位于喷淋头和进气口之间的气体扩散器4，气体扩散器包括位于吸收罐中心轴线上的驱动轴41、沿高度方向间隔设置在驱动轴上的若干搅拌风叶42，在驱动轴靠近吸收罐底壁的下端设置浸没在混合液体内的涡轮43，当驱动轴转动时，搅拌风叶产生向下的风力。

当具有一定压力的天然气通过进气管从各喷气管高速喷出时，可对吸收罐底部的混合液体形成一个沿周向的冲击力，从而使吸收罐底部的混合液体沿固定方向旋转，旋转的混合液体驱动涡轮转动，涡轮则通过驱动轴带动搅拌风叶转动而产生向下的风力，从而会使向上升起的天然气重新向下回流，进而延长天然气在吸收罐内的上升时间，使天然气与向下滴落的氧化剂由更长的接触、反应时间；与此同时，转动的搅拌风叶会充分地搅动上升的气体以及向下滴落的氧化剂，从而增加气体与从上向下喷淋的氧化剂的接触面和反应时间，有利于提升脱硫效果和脱硫效率，确保从吸收罐顶壁的出气口输出的天然气的硫化氢含量能符合规定的要求。

需要说明的是，驱动轴的上端可固定在吸收罐的顶壁上，或者也可通过横向的支架固定在吸收罐的侧壁上。

可以理解的是，当喷淋头喷出的液态氧化剂经过氧化反应后生成的液体滴落到吸收罐底部时，可使底壁呈圆锥形的吸收罐底部的液位迅速上升，而随着时间的推移，其液位的上升速度则逐渐变慢。这样，当开始进行天然气的脱硫时，可快速地在吸收罐的底部形成具有一定液位高度的混合液体，以便从喷气管喷出的天然气可推动该液体转动，进而驱动搅拌风叶转动。

作为一种优选方案，喷气管伸入吸收罐内，并在伸入吸收罐内的喷气管上设置1-3圈沿轴向间隔设置的虹吸孔，而每一圈的虹吸孔数量则可在2-4之间。

当具有压力的天然气高速流过喷气管并通过喷口进入吸收罐内时，喷气管内的气体压力会小于外界的大气压力，此时，吸收罐底部包含氧化剂的混合液体即可从直径较小的虹吸孔吸进喷气管内形成紊流，从而与喷气管内的天然气进行充分的混合，混合液内残余的氧化剂与天然气内的硫化氢产生氧化反应，使进入吸收罐的天然气进行初步的氧化脱硫，同时使沉积在吸收罐底部的氧化剂残余再次参与氧化反应，进而可充分地发挥氧化剂的作用。从喷气管的喷口喷出的天然气中的混合液体在自身重力的作用下再次向下滴落并回流到吸收罐底部，从而使氧化剂残余可形成循环流动和氧化反应，充分发挥氧化剂的作用。

由于刚刚从喷气管进入吸收罐的天然气中的硫化氢含量相对较高，因此，此时吸收罐底部氧化剂含量较少的混合液体仍然可以与天然气中的硫化氢发生氧化反应。

进一步地，如图3所示，进气管竖直地设置在吸收罐底壁中心位置并伸入吸收罐，伸入吸收罐内的进气管的侧壁上设置2-3圈沿高度方向间隔排列的所述喷气管，每一圈喷气管的数量在4-6之间，喷气管一端连接在进气管的侧壁上，喷气管另一端环绕进气管轴线逐渐向外环形延伸，从而使喷气管呈螺旋线状，并且每一圈的喷气管在吸收罐的周向上均匀分布，从而使每一圈的喷气管呈多头螺旋线状排列，因而可充分延长喷气管的长度，以尽量提升天然气与氧化剂的接触、混合和反应时间，进而有利于提升脱硫效率。

作为另一种优选方案，我们还可在吸收罐的底部中间位置设置一个密封的隔离壳体5，隔离壳体为上大下小的倒圆锥台形，从而在隔离壳体和吸收罐底壁之间形成一个圆锥环形的空腔，涡轮位于隔离壳体的上方。从喷淋头滴落的氧化剂、氧化反应后生成的水等混合液体可在吸收罐的底部快速地积聚而抬升液面，使液面超过隔离壳体上表面，此时的涡轮浸没在混合液体内。由于积聚在底部的液体量大大减少，因而有利于天然气驱动混合液体快速旋转，旋转的液体即可驱动涡轮转动。

此外，在隔离壳体的下表面与吸收罐底壁之间设置若干沿轴向均匀分布的螺旋线状的隔板51，相邻的隔板之间即形成螺旋槽，喷气管位于对应的螺旋槽内，出料口设置在吸收罐的底部靠近中心位置，并且出料口与各螺旋槽连通。当然，此时的喷气管数量优选地为一圈。

当开始对天然气进行脱硫时，我们可使出料口保持持续开通，而积聚在吸收罐底部的液体则可沿着螺旋槽流动，并通过出料口进入废料罐内。由于横截面较小的螺旋槽内的液体可形成层流，而螺旋槽内的混合液体在流动时回油部分通过虹吸孔进入喷气管你自私心参与氧化脱硫。因此，混合液体在螺旋槽内离吸收罐中心越近，其中的氧化剂含量越少，直至其从出料口流出进入废料罐内。也就是说，吸收罐底部的氧化剂残余可通过循环流动充分发挥作用，并且确保氧化反应后的废液和废料可依序进入废料罐内，既充分发挥氧化剂的作用，由可始终保持氧化剂具有稳定合理的氧化作用。

当然，我们可在出料口和废料罐之间的管路上设置相应的控制阀，以控制混合液体的流速。

更进一步地，出气口通过设有增压气泵7的管路与一储气罐6相连接。当脱硫后的天然气通过出气口流出时，通过增压气泵加压后进入储气罐内储存，从而有利于压缩体积，增加储气罐内天然气的储存量。

最后，储气罐底部充注有水，储气罐通过设置在底部的管路与废料罐的底部相连接，废料罐的顶壁通过管路与增压气泵的进气端相连接，废料罐内上部设置由液压油缸之类的动力元件驱动可横向移动的刮板21，在废料罐的外侧壁上设置集渣槽22，在废料罐对应集渣槽的侧壁上设置可启闭的密封门23。

当加压后的天然气进入储气罐内时，高压天然气可部分地溶解在水中，从而形成溶气水。当溶气水通过储气罐底部的管路进入到废料罐的底部时，溶气水的压力突然降低，此时溶解在水中的天然气析出，从而在废料罐底部的液体中形成大量的微气泡群，微气泡群同废料罐液体中呈絮凝状的单质硫充分接触，并在缓慢上升过程中吸附在絮集好的悬浮状单质硫上而浮至液面，从而使废料罐中的单质硫集中汇聚在液体表面，从溶气水中析出的天然气同时还可与液体中残余的氧化剂进一步发生氧化反应而降低天然气中硫化氢的浓度，从液体中上冒的天然气则可通过废料罐顶壁上的管路输出，并通过增压气泵加压后重新进入储气罐中储存。当脱硫进行一定时间后，可开启密封门和刮板，横向移动的刮板即可将浮在液面上的单质硫推出密封门而集中在集渣槽内，从而便于对单质硫的收集。

当然，我们可在废料罐的底部设置排液口24，以便在间隔一定时间后将废料罐底部的混合液体向外排出。此外，在储气罐的侧壁上设置进水口61，以便适时地向出气管内补充水，进而形成溶气水，而储气罐的底壁则可设置输气管道62，以便将脱硫后具有压力的天然气向外输出。

Claims (6)

1.一种天然气脱硫装置，包括用于脱硫反应的吸收罐、用于收集脱硫废料的废料罐，所述吸收罐的底部设有与天然气管道连接的进气口、通过设有控制阀的管路与废料罐连接的出料口，吸收罐的顶壁设有出气口，在吸收罐内上部设有喷淋头，其特征是，所述吸收罐底壁呈上大下小的圆锥形，进气口包括若干设置在吸收罐底壁上的喷气管、与各喷气管并联连通的进气管，所述喷气管的喷口沿吸收罐的周向分布，喷气管喷口的朝向在水平面内的投影与吸收罐的径向形成一个偏转角，在吸收罐内设有位于喷淋头和进气口之间的气体扩散器，所述气体扩散器包括位于吸收罐中心轴线上的驱动轴、设置在驱动轴上的若干搅拌风叶，在驱动轴靠近吸收罐底壁的下端设有涡轮。

2.根据权利要求1所述的一种天然气脱硫装置，其特征在于，所述喷气管伸入吸收罐内，在伸入吸收罐内的喷气管上设有至少一圈沿轴向间隔设置的虹吸孔。

3.根据权利要求2所述的一种天然气脱硫装置，其特征在于，所述进气管竖直地设置在吸收罐底壁中心位置并伸入吸收罐内，所述进气管的侧壁上设有若干圈沿高度方向排列的所述喷气管，每一圈喷气管的数量在4-6之间，喷气管一端连接在进气管的侧壁上，另一端环绕吸收罐中心逐渐向外环形延伸，从而使喷气管呈螺旋线状排列，并且每一圈的喷气管在吸收罐的周向上均匀分布，从而使每一圈的喷气管呈多头螺旋线状排列。

4.根据权利要求3所述的一种天然气脱硫装置，其特征在于，在吸收罐的底部中间位置设有密封的隔离壳体，隔离壳体为上大下小的倒圆锥台形，所述涡轮位于隔离壳体的上方，在隔离壳体的下表面与吸收罐底壁之间设有若干沿轴向均匀分布的螺旋线状的隔板，相邻的隔板之间即形成螺旋槽，所述喷气管位于对应的螺旋槽内，所述出料口设置在吸收罐的底部靠近中心位置，并且出料口与各螺旋槽连通。

5.根据权利要求1所述的一种天然气脱硫装置，其特征在于，所述出气口通过设有增压气泵的管路与一储气罐相连接。

6.根据权利要求5所述的一种天然气脱硫装置，其特征在于，所述储气罐底部充注有水，所述储气罐通过设置在底部的管路与废料罐的底部相连接，废料罐的顶壁通过管路与增压气泵的进气端相连接，所述废料罐内上部设有可横向移动的刮板，在废料罐的外侧壁上设有集渣槽，在废料罐对应集渣槽的侧壁上设有可启闭的密封门。

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