DE1272898B - Process for the production of nickel oxide carrier catalysts for the hydrogenation of carbon monoxide and / or unsaturated hydrocarbons in industrial gases - Google Patents
Process for the production of nickel oxide carrier catalysts for the hydrogenation of carbon monoxide and / or unsaturated hydrocarbons in industrial gasesInfo
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BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES 4i07¥W PATENTAMTFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY GERMAN 4i07 ¥ W PATENT OFFICE
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23. April 1964April 23, 1964
18. Juli 1968July 18, 1968
Die Katalysatoren, deren man sich im allgemeinen für Hydrierungsreaktionen in gasförmiger Phase bedient, bestehen aus Nickel, das auf einem inerten Träger, gegebenenfalls in Gegenwart von Promotoren, aufgebracht ist. Die Verwendung dieser Art von aktiven Massen ist jedoch auf Ausgangsprodukte beschränkt, die von Schwefelverbindungen frei sind, da Nickel gegen Vergiftung durch diese letzteren Verbindungen sehr empfindlich ist.The catalysts, which are generally used for hydrogenation reactions in the gaseous phase, consist of nickel, which is on an inert carrier, optionally in the presence of promoters, is upset. However, the use of this type of active mass is limited to starting products that are free from sulfur compounds, as nickel is resistant to poisoning by the latter Connections is very sensitive.
Zahlreiche Arbeiten wurden durchgeführt, um Mittel zu suchen, diesen Nachteil auszuschalten, ohne eine vorhergehende Entschwefelung der Ausgangsprodukte vorzunehmen, doch sind die vorgeschlagenen Lösungen nicht wirtschaftlich, da diese häufig auf einem Ersatz des Nickels durch Palladium, das sich als weniger empfindlich erwiesen hat, beruhen.Much work has been carried out to seek means of eliminating this disadvantage without to carry out a previous desulfurization of the starting products, but are the proposed Solutions are not economical, as these are often based on replacing nickel with palladium proved to be less sensitive.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Art Katalysator auf der Basis von Nickel, der besonders aktiv und widerstandsfähig ist und die Durchführung der Hydrierung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen in industriellen Gasen mit ausgezeichneten Ausbeuten ermöglicht, die einen Gehalt an gebundenem Schwefel aufweisen, der bis zu 50 mg/m3 betragen kann. Die Reaktion wird bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen in der Größenordnung von 180 bis 3500C durchgeführt, was erlaubt, die thermische Zersetzung der gegebenenfalls in dem Anfangsgemisch enthaltenen, schwersten, gasförmigen Kohlenwasserstoffe zu vermeiden. Dieser Katalysator ermöglicht auch, die Reaktion der Methanierung aus Kohlenoxyd bei Temperaturen von 320 bis 3600C sowie die selektive Hydrierung von acetylenischen Derivaten zu Olefinen bei Temperaturen von 20 bis 1200C mit guten Ausbeuten durchzuführen.The present invention relates to a type of nickel-based catalyst which is particularly active and resistant and enables the hydrogenation of unsaturated hydrocarbons to be carried out in industrial gases with excellent yields having a bound sulfur content of up to 50 mg / m 3 can be. The reaction is carried out at relatively low temperatures of the order of 180 to 350 ° C., which makes it possible to avoid the thermal decomposition of the heaviest, gaseous hydrocarbons which may be contained in the initial mixture. This catalyst also makes it possible to carry out the methanation reaction from carbon oxide at temperatures from 320 to 360 ° C. and the selective hydrogenation of acetylenic derivatives to olefins at temperatures from 20 to 120 ° C. with good yields.
Der Träger der erfindungsgemäßen Katalysatoren besteht aus einem Gemisch wechselnder Mengenanteile von Zinkoxyd und Calciumcarbonat, dem eine besondere Herstellungsart gleichzeitig eine große mechanische Festigkeit und eine erhöhte Porosität verleiht.The support of the catalysts according to the invention consists of a mixture of varying proportions of zinc oxide and calcium carbonate, which is a special kind of production at the same time a large one gives mechanical strength and increased porosity.
Das Verfahren zur Herstellung von Nickeloxyd-Trägerkatalysatoren für die Hydrierung von Kohlenmonoxyd und/oder ungesättigten Kohlenwasserstoffen in industriellen Gasen unter Einarbeiten oder Imprägnierung mit einer in der Hitze zersetzbaren Nickel-Verbindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man zur Herstellung des Trägers Zinkoxyd und Calciumoxyd im Gewichtsverhältnis von 2:1 mit einer höchstens der theoretisch zur Überführung der Oxyde in die entsprechenden Carbonate erforderlichen Menge Ammoniumbicarbonat und der zur Erzielung der gewünschten Konsistenz erforderlichen Menge Wasser in Verfahren zur HerstellungThe process for the production of supported nickel oxide catalysts for the hydrogenation of carbon monoxide and / or unsaturated hydrocarbons in industrial gases with incorporation or impregnation with a heat-decomposable nickel compound is characterized in that one for Production of the carrier zinc oxide and calcium oxide in a weight ratio of 2: 1 with a maximum of one the amount of ammonium bicarbonate theoretically required to convert the oxides into the corresponding carbonates and the amount of water required in processes of manufacture to achieve the desired consistency
von Nickeloxyd-Trägerkatalysatorenof supported nickel oxide catalysts
für die Hydrierung von Kohlenmonoxydfor the hydrogenation of carbon monoxide
und/oder ungesättigten Kohlenwasserstoffenand / or unsaturated hydrocarbons
in industriellen Gasenin industrial gases
Anmelder:Applicant:
Office National Industriel de l'Azote,Office National Industriel de l'Azote,
Toulouse (Frankreich)Toulouse (France)
Vertreter:Representative:
Dr.-Ing. W. Abitz und Dr. D. Morf,Dr.-Ing. W. Abitz and Dr. D. Morf,
Patentanwälte,Patent attorneys,
8000 München 27, Pienzenauer Str. 288000 Munich 27, Pienzenauer Str. 28
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
M. Robert Garlet,M. Robert Garlet,
M. Louis Grander, Toulouse (Frankreich)M. Louis Grander, Toulouse (France)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Frankreich vom 23. April 1963 (4874)France 23 April 1963 (4874)
breiiger Phase vermengt, die Masse trocknet und in oxydierender Atmosphäre bei einer Temperatur von etwa 250 bis 350° C calciniert. Das als Reaktionsmedium dienende Wasser wird dem Gemisch zu Beginn des Arbeitsgangs in einer solchen Menge zugegeben, daß die breiige Masse die gewünschte Konsistenz aufweist. Vorzugsweise wird die rohe, vermischte Masse vor dem Trocknen in die Form von Granulaten, dünnen biegsamen Stäben, Rollen, kugeligen Körpern, Tabletten oder Ringen gebracht. Und vorzugsweise bringt man das zur Erzielung der gewünschten Konsistenz des Breies erforderliche Wasser insgesamt oder zum Teil in Form einer wäßrigen Lösung des Nickelsalzes ein.pulpy phase mixed, the mass dries and in an oxidizing atmosphere at a temperature of Calcined about 250 to 350 ° C. The water used as the reaction medium is added to the mixture Beginning of the operation in such an amount that the pasty mass has the desired consistency having. Preferably the raw, blended mass is in the form of prior to drying Granules, thin flexible rods, rolls, spherical bodies, tablets or rings. and preferably the water required to achieve the desired consistency of the pulp is brought in in whole or in part in the form of an aqueous solution of the nickel salt.
Das Nickel wird somit in die Masse im Verlauf des Vermengens in Form einer wäßrigen Lösung eines zersetzbaren Nickelsalzes von bekannter Konzentration eingebracht. Diese kann dann das gesamteThe nickel is thus incorporated into the mass in the course of blending in the form of an aqueous solution of a incorporated decomposable nickel salt of known concentration. This can then be the entire
809 570/574809 570/574
Wasser oder einen Teil des Wassers, das zur Erzielung einer breiigen Phase der adäquaten Konsistenz erforderlich ist, zuführen.Water or part of the water required to achieve a pulpy phase of adequate consistency is to feed.
Es ist jedoch auch möglich, daß dieses Salz in das Gemisch der Bestandteile in Form einer festen Nickelverbindung, wie beispielsweise des Carbonats, eingebracht wird.However, it is also possible that this salt in the mixture of components in the form of a solid nickel compound, such as the carbonate, is introduced.
Auch kann man das Nickel in die poröse Trägerstruktur nach der thermischen Endbehandlung des verformten und getrockneten Mischprodukts durch Eintauchen dieses letzteren in eine wäßrige Lösung eines zersetzbaren Nickelsalzes von bekannter Konzentration einbringen. Dieses Salz ist vorteilhafterweise Nickelcarbonat, -nitrat, -formiat oder -oxalat.You can also put the nickel in the porous support structure after the final thermal treatment of the molded and dried mixed product by immersing the latter in an aqueous solution a decomposable nickel salt of known concentration. This salt is beneficial Nickel carbonate, nitrate, formate or oxalate.
800 g Ammoniumbicarbonat in breiiger Phase in Gegenwart der erforderlichen Wassermenge, damit die Masse die gewünschte Konsistenz aufwies, hergestellt. Dieser Arbeitsgang dauert 1 bis 2 Stunden, und die Masse wird in Form gebracht und dann an der Luft oder im Trockenschrank getrocknet.800 g of ammonium bicarbonate in a pulpy phase in the presence of the required amount of water so that the Mass had the desired consistency, produced. This operation takes 1 to 2 hours, and the The mass is shaped and then dried in the air or in a drying cabinet.
renden Behandlung zu unterziehen, um das Nickelsalz durch Zersetzung in das Oxyd überzuführen. Die Entwicklung von aus Zinkcarbonat stammen-undergoing treatment to convert the nickel salt into the oxide by decomposition. The development of derived from zinc carbonate-
Man führt einem handelsüblichen Propan mit einem Gehalt von l,3%Äthan, 75,7% Propan, 23,0 % Propylen und 5 mg gebundenen Schwefel je Kubikmeter einen leichten Überschuß an Wasserstoff, bezogen auf das Propylen, das man in Propan In diesem Falle ist es erforderlich, das Produkt nach 15 überzuführen wünscht, zu.A commercially available propane with a content of 1.3% ethane, 75.7% propane, 23.0% propylene and 5 mg bound sulfur per cubic meter a slight excess of hydrogen, based on the propylene that one in propane In this case, it is necessary to convert the product to 15, to.
Trocknung einer zusätzlichen thermischen oxydie- Das auf 1500C vorerhitzte Gemisch wird mit demDrying of an additional thermal oxydie- The preheated to 150 0 C mixture is with the
Hydrierungskatalysator in Kontakt gebracht, wobei der stündliche Raumdurchsatz (Raumgeschwindigkeit) etwa 600 [Raumteile Gas/h/Raumteil Kataly-Hydrogenation catalyst brought into contact, the hourly space flow rate (space velocity) about 600 [parts of gas / h / part of catalyst
dem Kohlendioxyd im Verlauf der thermischen Be- 20 sator] beträgt. Die Volumenzusammensetzung des
handlung verleiht dem Katalysator eine große Poro- erhaltenen Gases, die einer Temperatur von 1800C
sität, und das in der Masse hochgradig verteilte in der ersten Katalysatorschicht und einer Temperatur
Zinkoxyd ist besonders geeignet, die Schwefel- von 23O0C am Austritt der Kontaktmasse entspricht,
verbindungen, wie beispielsweise Schwefelwasserstoff, ist in der nachfolgenden Tabelle unter »A« in der
Kohlenoxysulfid, Schwefelkohlenstoff, Mercaptane 25 Spalte für die Analyse des Endsystems angegeben,
u. dgl., zu zerstören und/oder zu absorbieren. Das Zu Vergleichszwecken wird dasselbe anfänglichethe carbon dioxide in the course of the thermal aerator]. The volume composition of the action gives the catalyst a large porosity of the gas obtained, which has a temperature of 180 0 C, and the zinc oxide, which is highly distributed in the mass in the first catalyst layer and a temperature, is particularly suitable, the sulfur of 23O 0 C am The exit of the contact mass corresponds to compounds, such as hydrogen sulfide, is specified in the table below under "A" in the carbon oxysulfide, carbon disulfide, mercaptans 25 column for the analysis of the end system,
and the like, to destroy and / or absorb. The for comparison purposes will be the same as the initial one
Calciumcarbonat seinerseits, das unter den Tempe- Gasgemisch in Gegenwart des gleichen Katalysators
raturbedingungen der thermischen Behandlung und behandelt, der mehreren aufeinanderfolgenden Reder
Reaktion stabil ist, trägt in weitem Maße dazu bei, generationen unterworfen wurde und 5 Gewichtseine
außergewöhnliche mechanische Festigkeit des 30 prozent gebundenen Schwefel in Form von Calcium-Katalysators
zu gewährleisten. Der sich aus der Zer- sulfat enthält. Bei einem Raumdurchsatz von etwa
setzung der schwefelhaltigen Verbindungen ergebende 600, einer Anfangstemperatur von 21O0C und einer
Schwefel wird durch das sehr reaktive Zinkoxyd des Endtemperatur von 250° C erhält man ein gasförmiges
Trägers in Form von Zinksulfid gebunden, eine Ver- Produkt, dessen Volumenzusammensetzung unter »B«
bindung, die viel stabiler in reduzierendem Medium 35 in der letzten Spalte der nachfolgenden Tabelle anbei
den angewendeten Temperaturen als Nickelsulfid gegeben ist. Nach dem Gehalt an nichthydriertem
ist. Wenn der Gehalt an am Zinkoxyd gebundenem
Schwefel zu groß wird und der Oberteil der katalytischen Schicht einen erheblichen Nickelsulfidgehalt
aufweist, wird es erforderlich, den Katalysator durch 40
mäßiges Erhitzen bei Temperaturen von 420 bis
45O0C in einer oxydierenden Atmosphäre, die aus
Luft oder Sauerstoff, vorzugsweise verdünnt in einem
inerten Gas, wie beispielsweise Stickstoff, Heizgasen
u. dgl., besteht, zu regenerieren. 45Calcium carbonate, in turn, treated under the tempe gas mixture in the presence of the same catalyst temperature conditions of thermal treatment and stable to several successive Reder reactions, contributes to a large extent to which has been subjected to generations and 5 weightis exceptional mechanical strength of the 30 percent bound sulfur in the form of calcium catalyst. Which is made up of the dis- sulphate. At a room throughput of about 600, an initial temperature of 21O 0 C and a sulfur is bound by the very reactive zinc oxide of the end temperature of 250 ° C, a gaseous carrier in the form of zinc sulfide, a product of which Volume composition under "B" bond, which is much more stable in reducing medium 35 in the last column of the table below given the temperatures used as nickel sulfide. According to the content of non-hydrogenated is. If the content of zinc oxide bound
Sulfur becomes too large and the top of the catalytic layer has a significant nickel sulfide content
it is necessary to turn the catalyst through 40
moderate heating at temperatures from 420 to
45O 0 C in an oxidizing atmosphere that consists of
Air or oxygen, preferably diluted in one
inert gas such as nitrogen, heating gases
and the like, is to regenerate. 45
Die Oxydation von Zinksulfid und gegebenenfalls von Nickelsulfid führt zur Bildung der entsprechenden Oxyde. Aufeinanderfolgende, bei mäßigen Temperaturen so durchgeführte Regenerationen, daß der geeigneten Katalysatoraktivität nicht geschadet wird, ermöglichen jedoch nicht, den gesamten gebundenen Schwefel zu entfernen. Ein mehr oder weniger beträchtlicher Anteil dieses Elements verbindet sich mit Calcium in Form des Sulfats. Die Bildung dieser unterThe oxidation of zinc sulfide and possibly nickel sulfide leads to the formation of the corresponding Oxides. Successive regenerations carried out at moderate temperatures so that the suitable catalyst activity is not harmed, but does not allow the entire bound Remove sulfur. A more or less considerable proportion of this element combines with Calcium in the form of sulfate. The formation of this under
Propylen stellt man fest, daß die Aktivität des regenerierten Katalysators um etwa 16%, bezogen auf die Aktivität von neuem Katalysator, erniedrigt ist.Propylene is found that the activity of the regenerated catalyst by about 16%, based on the Activity of new catalyst, is decreased.
C2H6
C3H8.C 2 H 6
C 3 H 8 .
Volumenzusammensetzung, °/o
EndsystemVolume composition, ° / o
End system
Wenn man demgegenüber einen herkömmlichen Katalysator für die Hydrierung oder hydrierende Crackung verwendet, welcher 25% Nickeloxyd aufIn contrast, if you use a conventional catalyst for hydrogenation or hydrogenation Cracking used, which is 25% nickel oxide
den normalen Bedingungen des Einsatzes des Kataly- 55 einem AlaO3-Träger enthält, dann liefert dieser sators stabilen Verbindung ermöglicht, jede Ver- Katalysator anfänglich die gleichen Ergebnisse wie giftung von aktivem Nickel zumindest zu vermeiden, der »Katalysator A« des Beispiels 1, jedoch fällt seine bis ein beträchtlicher Anteil des Calciumcarbonats in Aktivität wegen der irreversiblen Vergiftung durch die Sulfat übergeführt ist. S-Verbindungen schnell ab; ein derartiger KatalysatorThe normal conditions of use of the catalyst contains an Al a O 3 support , then this sator-stable compound provides every catalyst initially with the same results as the poisoning of active nickel, at least avoiding the "catalyst A" of the example 1, however, its falls until a considerable proportion of the calcium carbonate is converted into activity because of the irreversible poisoning by the sulfate. S-connections from quickly; such a catalyst
Die folgenden Beispiele, die einige der zahlreichen 60 ist auch nicht regenerierbar.
Anwendungsgebiete der erfindungsgemäßen Katalysatoren zeigen, erläutern die Erfindung. Beispiel 2The following examples, some of the numerous 60, are also not regenerable.
Show areas of application of the catalysts of the invention, explain the invention. Example 2
Zum Zweck der Vereinfachung der Beschreibung entsprechen diese Beispiele den Ergebnissen, die mit einem Katalysator erhalten wurden, der 24,5% NiO, 6g 40,0% ZnO und 35,5% CaCO3 enthielt. Dieser Katalysator wurde durch Vermengen von 500 g Nickel-For the purpose of simplifying the description, these examples correspond to the results obtained with a catalyst containing 24.5% NiO, 6g 40.0% ZnO and 35.5% CaCO 3 . This catalyst was made by mixing 500 g of nickel
y
carbonat, 500 g Zinkoxyd, 250 g Calciumoxyd undy
carbonate, 500 g zinc oxide, 250 g calcium oxide and
Man unterwirft ein Gas, das Wasserstoff und Olefine enthält, aus einer Krackung eines Benzins stammt und mit etwa 5 mg gebundenem Schwefel je Kubikmeter verunreinigt ist, einer Autohydrierung dieser Olefine in Gegenwart des Katalysators. DerA gas containing hydrogen and olefins is subjected to cracking of a gasoline originates and is contaminated with about 5 mg of bound sulfur per cubic meter, an autohydrogenation these olefins in the presence of the catalyst. Of the
Arbeitsgang wird bei Temperaturen am Eingang und Ausgang des Reaktionsgefäßes von 210 bzw. 25O0C bei einem stündlichen Raumdurchsatz von etwa 700 durchgeführt.Operation is carried out at temperatures at the inlet and outlet of the reaction vessel of 210 and 25O 0 C, at a hourly space throughput of about 700th
Die prozentualen Volumenzusammensetzungen des Anfangssystems und des Endsystems sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.The volume percentages of the initial system and the final system are in the compiled in the following table.
CO2 CO 2
H2 H 2
N2 N 2
CO CO
CH4 CH 4
C2H6 C 2 H 6
C2H4 C 2 H 4
C3H8 C 3 H 8
C3H6 C 3 H 6
Höhere Kohlenwasserstoffe ..Higher hydrocarbons ..
Volumenzusammensetzling, °/o Anfangssystem [ EndsystemVolume composer, ° / o initial system [final system
1,8 29,71.8 29.7
1,61.6
5,3 23,85.3 23.8
3,0 21,53.0 21.5
0,60.6
9,09.0
3,73.7
2,42.4
7,37.3
2,22.2
7,07.0
31,331.3
29,129.1
3,33.3
6,06.0
6,66.6
4,84.8
Man hydriert Äthylen und Propylen, die gleichzeitig mit Wasserstoff in einem aus der Krackung eines Leichtbenzins erhaltenen Gas mit einem Gehalt von 10 mg gebundenem Schwefel je Kubikmeter enthalten sind. Der Arbeitsgang wird in Gegenwart eines Katalysators, der mehreren aufeinanderfolgenden Regenerationen unterzogen wurde und in seiner Struktur 5% gebundenen Schwefel in Form von Calciumsulfat enthält, bei einem stündlichen Raumdurchsatz von etwa 700 und bei einer Anfangs- und Endtemperatur von 260 bzw. 300° C durchgeführt.One hydrogenates ethylene and propylene, which at the same time with hydrogen in one from the cracking a gas obtained from a light gasoline with a content of 10 mg bound sulfur per cubic meter are included. The operation is carried out in the presence of a catalyst, several successive Has undergone regenerations and in its structure 5% bound sulfur in the form of Contains calcium sulfate, with an hourly space flow of about 700 and with an initial and Final temperature of 260 or 300 ° C carried out.
Die Analysen des Anfangssystems und des Endsystems sind in der folgenden Tabelle angegeben.The analyzes of the initial system and the final system are given in the table below.
CO2 CO 2
H2 H 2
N2 N 2
CO CO
CH4 CH 4
C2H6 C 2 H 6
C2H4 C 2 H 4
C3H8 C 3 H 8
C3H6 C 3 H 6
Höhere Kohlenwasserstoffe .Higher hydrocarbons.
Volumenzusammensetzung, % Anfangssystem EndsystemVolume composition,% initial system final system
8,28.2
41,641.6
0,20.2
3,53.5
23,323.3
1,91.9
19,319.3
0,70.7
0,70.7
0,60.6
9,79.7
31,531.5
0,20.2
4,14.1
27,327.3
19,219.2
5,65.6
1,21.2
0,50.5
0,70.7
CO2 CO 2
ίο C2H6 ίο C 2 H 6
C2H4 C 2 H 4
C3H8 C 3 H 8
C3H6 C 3 H 6
Höhere Kohlen-Wasserstoffe ..Higher hydrocarbons.
Volumenzusammensetzung, % Anfangssystem I EndsystemVolume composition,% initial system I final system
3,03.0
48,848.8
0,80.8
14,514.5
10,610.6
2,32.3
9,09.0
1,81.8
6,16.1
3,13.1
7,57.5
23,423.4
1,21.2
6,76.7
27,827.8
14,214.2
2,72.7
8,88.8
3,13.1
4,64.6
Der obere Heizwert beträgt von 7615 bis 10930 kcal je Kubikmeter.The upper calorific value is from 7615 to 10930 kcal per cubic meter.
Man unterwirft ein Industriegas mit einem Gehalt von 45 Teilen je Million an Schwefelbestandteilen einer selektiven Hydrierung des Acetylens, das es enthält, in Gegenwart von Äthylen. Der Arbeitsgang wird bei Temperaturen von 15 bis 600C bei einem stündlichen Raumdurchsatz in der Größenordnung von 1000 vorgenommen. Der verwendete Katalysator war noch keiner Regenerierung unterzogen worden.An industrial gas containing 45 parts per million of sulfur components is subjected to selective hydrogenation of the acetylene it contains in the presence of ethylene. The operation is carried out at temperatures of 15 to 60 ° C. with an hourly room throughput in the order of 1000. The catalyst used had not yet been subjected to regeneration.
Die Analysen des Anfangssystems und des Endsystems sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt. The analyzes of the initial system and the final system are summarized in the following table.
35 H2..35 H 2 ..
N2..N 2 ..
40 CH4.40 CH 4 .
C2H6 C2H4 Volumenzusammensetzung, °/o Anfangssystem ' EndsystemC 2 H 6 C 2 H 4 volume composition, ° / o start system ' end system
44,544.5
17,217.2
30,230.2
0,00.0
1,51.5
6,66.6
40,540.5
18,418.4
32,432.4
0,10.1
8,28.2
0,40.4
4545
Claims (3)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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