DE1470487B - Process for the desulphurization of hydrocarbon mixtures - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Entschwefelung von Kohlenwasserstoffgemischen, die beispielsweise aus Erdöl stammen, insbesondere auf die Entschwefelung von hochmolekularen Erdölfraktionen.The invention relates to the desulfurization of hydrocarbon mixtures, for example originate from petroleum, especially the desulphurisation of high-molecular petroleum fractions.
Die Anwesenheit von Schwefel oder schwefelhaltigen Verbindungen in Rohölen, Destillaten und Rückständen ist gewöhnlich äußerst unerwünscht. Viele wertvolle Eigenschaften dieser Materialien werden durch die Anwesenheit von Schwefelverbindungen stark beeinträchtigt, so daß ihr Handelswert sinkt.The presence of sulfur or sulfur-containing compounds in crude oils, distillates and Residue is usually extremely undesirable. These materials will have many valuable properties severely affected by the presence of sulfur compounds, so that their commercial value decreases.
Bisher wurden zahlreiche Verfahren angewendet, um die unerwünschten Schwefelverbindungen entweder zu entfernen oder sie in unschädlichere Formen umzuwandeln. So ist es bekannt, den Schwefelgehalt des Erdöls durch eine oxydative Entschwefelung zu verringern. Verfahren dieser Art werden z. B. in der schweizerischen Patentschrift 53 965 und in den USA.-Patentschriften 1972102, 1971172, 1954 488, 1 862 952 und 1 803 964 beschrieben. Bei anderen Verfahren wird eine Extraktion mit einem flüssigen Lösungsmittel, wie Schwefelsäure, Schwefeldioxyd, Furfurol u. dgl., vorgenommen. Bei einem weiteren Verfahrenstyp werden die Schwefelverbindungen durch Adsorption an geeigneten Stoffen, z. B. aktiviertem Bauxit, Aktivkohle oder aktiviertem Ton, entfernt. Weiterhin können die unerwünschten Formen der Schwefelverbindungen, ζ. Β. Mercaptane, durch verschiedene chemische Behandlungen, z. B. mit Plumbit, Hypochlorit und Kupferchlorid, in weniger schädliche Formen, wie Disulfide und Polysulfide, umgewandelt werden. Die vorstehend genannten Verfahren werden besonders zur Behandlung von Benzinfraktionen angewendet. Bei Einsatzmaterialien von hohem Molekulargewicht liegt ein großer Teil des Materials in Form von Molekülen vor, die wenigstens ein Schwefelatom enthalten, und besonders bei selektiven Trennverfahren würde dieser Anteil entfernt, so daß die Produktausbeute niedrig wäre.So far, numerous methods have been used to either remove the undesired sulfur compounds remove or convert them to more harmless forms. So it is known the sulfur content of the To reduce petroleum by oxidative desulphurisation. Process of this type are z. B. in the Swiss patent specification 53,965 and in the USA patents 1972 102, 1971172, 1954 488, 1 862 952 and 1 803 964. Other methods involve extraction with a liquid solvent, such as sulfuric acid, sulfur dioxide, furfural and the like. Another type of procedure the sulfur compounds are adsorbed on suitable substances, e.g. B. activated Bauxite, activated carbon or activated clay, removed. Furthermore, the undesirable forms of the Sulfur compounds, ζ. Β. Mercaptans, through various chemical treatments, e.g. B. with plumbit, Hypochlorite and copper chloride, converted into less harmful forms such as disulfides and polysulfides will. The methods mentioned above are used in particular for the treatment of gasoline fractions. For high molecular weight feedstocks, a large portion of the material is in the form of Molecules that contain at least one sulfur atom, and especially in selective separation processes this portion would be removed so that the product yield would be low.
Bei einer weiteren Verfahrensart, der hydrokatalytischen Entschwefelung, die sich als besonders vorteilhaft für die Behandlung von Mitteldestillatfraktionen, wie Gasölen, erwies, wird das Material gewöhnlich mit Wasserstoff unter Druck und bei erhöhter Temperatur über einen geeigneten Katalysator geleitet, wobei die Schwefelatome in Form von Schwefelwasserstoff aus den schwefelhaltigen Verbindungen entfernt werden. Diese Verfahrensart bezweckt die Lösung der Kohlenstoff-Schwefel-Bindungen in den schwefelhaltigen Verbindungen, wobei der Schwefel in Form von Schwefelwasserstoff entfernt und gleichzeitig die als Folge der Entschwefelungsreaktion verbliebenen Kohlenwasserstofffragmente hydriert werden. Es zeigte sich jedoch, daß zur Erzielung einer wesentlichen Senkung des Schwefelgehaltes von hochmolekularem Material, beispielsweise von Rückstandsheizölen, scharfe Bedingungen für die Behandlung mit Wasserstoff erforderlich sind und die Lebensdauer des Katalysators durch Bildung von Ablagerungen verkürzt wird. Geeignete hydrokatalytische Entschwefelungsverfahren sind der sogenannte »Hydrofining-Prozeß«, bei dem Wasserstoff verbraucht wird, und der »Autofining-Prozeß«, bei dem kein Netto-Wasserstoffverbrauch auftritt.In another type of process, hydrocatalytic desulphurization, which has proven to be particularly advantageous For the treatment of middle distillate fractions, such as gas oils, the material is usually found with Hydrogen under pressure and at elevated temperature passed over a suitable catalyst, the Sulfur atoms in the form of hydrogen sulfide are removed from the sulfur-containing compounds. This type of process aims to break the carbon-sulfur bonds in the sulfur-containing compounds, whereby the sulfur is removed in the form of hydrogen sulfide and at the same time that as a result of the Hydrocarbon fragments remaining in the desulfurization reaction are hydrogenated. It turned out, however, that to achieve a substantial reduction in the sulfur content of high molecular weight material, for example of residual heating oils, severe conditions required for treatment with hydrogen and the life of the catalytic converter is shortened by the formation of deposits. Suitable hydrocatalytic Desulfurization processes are the so-called "hydrofining process", in which hydrogen is consumed, and the "autofining process" in which there is no net hydrogen consumption.
Nach einem älteren Vorschlag der Patentinhaberin werden schwefelhaltige Kohlenwasserstoffe oxydativ entschwefelt, indem sie einer selektiven Oxydationsreaktion unterworfen werden, in der die schwefelhaltigen Verbindungen selektiv angegriffen werden, worauf das oxydierte Material einer thermischen Zersetzung unterworfen wird, durch die der Schwefel in Form von schwefelhaltigem Gas entfernt wird.According to an older proposal by the patent owner, sulfur-containing hydrocarbons are oxidative desulphurized by subjecting them to a selective oxidation reaction in which the sulphurous Compounds are selectively attacked, causing the oxidized material to undergo thermal decomposition is subjected, through which the sulfur is removed in the form of sulfur-containing gas.
Gegenstand der Erfindung ist ein Mehrstufenverfahren zur Entschwefelung von Kohlenwasserstoffgemischen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das Ausgangsmaterial in einer Stufe einer oxydativen Entschwefelung und einer anschließenden Entfernung der oxydierten Schwefelverbindungen durch thermische Zersetzung bei über 2000C und in einer anderen StufeThe invention relates to a multi-stage process for the desulfurization of hydrocarbon mixtures, which is characterized in that the starting material is in one stage of oxidative desulphurization and subsequent removal of the oxidized sulfur compounds by thermal decomposition at over 200 ° C. and in another stage
ίο einer hydrokatalytischen Entschwefelung in dieser oder
in umgekehrter Reihenfolge unterworfen wird.
■ Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich besonders
zur Entschwefelung von Erdölfraktionen, die wenigstens zum Teil aus über 25O0C siedendem
Material bestehen, beispielsweise Rohöl und Rückstände der Atmosphären- und Vakuumdestillation, die
Schwefel in Mengen von 1 % oder mehr enthalten können.
Für die Oxydationsstufe der oxydativen Ent-Schwefelung eignen sich eine Reihe von Oxydationsmitteln,
z. B. organische und anorganische Peroxyde, Hydroperoxyde, organische und anorganische Persäuren,
Chlor, Sticköxyde, Ozon und vorzugsweise — auf Grund ihrer niedrigen Kosten — molekularer
Sauerstoff oder Luft. Darüber hinaus kann der molekulare Sauerstoff in der Luft durch geeignete Stoffe aktiviert
werden, beispielsweise durch Metalle der Gruppen Va und VIII des Periodischen Systems oder ihre Salze
odre Oxyde, insbesondere Platin, Palladium, Nickel und Vanadium. Diese Aktivatoren können auf geeignete
Trägermaterialien, wie Aluminiumoxyd, Kalk-Soda oder Aktivkohle, aufgebracht sein. In Fällen, in
denen das Trägermaterial saure und daher spaltende Eigenschaften hat, wie beispielsweise Aluminiumoxyd,
können diese Eigenschaften durch Behandlung mit einem Alkalimetall, insbesondere Natrium, oder
mit einer Ammoniumverbindung modifiziert werden. Durch die genannten Aktivatoren wird die selektive
Oxydation verbessert und ferner die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht, so daß die selektive Oxydation in
kürzerer Zeit oder bei niedrigerer Temperatur durchgeführt werden kann. Die für die selektive Oxydation
erforderlichen bevorzugten Bedingungen hängen' sowohl von dem zu behandelnden Material als auch von
den angewendeten Oxydationsmitteln ab, im allgemeinen kommen jedoch Temperaturen im Bereich von
80 bis 180° C bei einer Oxydationsmittelmenge, die 1 bis 6 aktiven Sauerstoffatomen pro Schwefelatom im
Einsatzmaterial entspricht, für eine Zeit von 1J2 bis
20 Stunden zur Anwendung. Bei Verwendung von molekularem Sauerstoff oder Luft als Oxydationsmittel sind
Temperaturen im Bereich von 130 bis 18O0C und Behandlungszeiten
von 2 bis 20 Stunden geeignet..
In der zweiten Stufe der oxydativen Entschwefelung werden die oxydierten Schwefelverbindungen entfernt,
und zwar durch thermische Zersetzung, die bei Temperaturen über 2000C, vorzugsweise über 25O0C, insbesondere
im Bereich von 300 bis 4000C, für eine so
lange Zeit durchgeführt wird, daß die Abgabe praktisch aller gasförmigen Zersetzungsprodukte gewährleistet
ist. Diese Zeit kann im Bereich von V2 bis
5 Stunden liegen und beträgt vorzugsweise V2 bis 2 Stunden. Unter diesen Bedingungen werden die
oxydierten Schwefelverbindungen zersetzt, wobei der Schwefel hauptsächlich als SO2 frei wird, jedoch werden
bei höheren Temperaturen im Bereich von 3000C und darüber auch zunehmende H2S-Mengen frei. Die
thermische Zersetzung kann in Gegenwart geeigneterίο is subjected to a hydrocatalytic desulphurisation in this or the reverse order.
■ The process of the invention is particularly suitable for the desulfurization of petroleum fractions that consist at least partially of about 25O 0 C boiling material, such as crude oil and residues of atmospheric and vacuum distillation, the sulfur in amounts of 1%, or may contain more.
A number of oxidizing agents are suitable for the oxidation stage of oxidative desulfurization, e.g. B. organic and inorganic peroxides, hydroperoxides, organic and inorganic peracids, chlorine, nitrogen oxides, ozone and preferably - because of their low cost - molecular oxygen or air. In addition, the molecular oxygen in the air can be activated by suitable substances, for example by metals of groups Va and VIII of the periodic table or their salts or oxides, in particular platinum, palladium, nickel and vanadium. These activators can be applied to suitable carrier materials such as aluminum oxide, soda lime or activated carbon. In cases in which the carrier material has acidic and therefore cleavage properties, such as aluminum oxide, for example, these properties can be modified by treatment with an alkali metal, in particular sodium, or with an ammonium compound. The aforementioned activators improve the selective oxidation and furthermore increase the reaction rate, so that the selective oxidation can be carried out in a shorter time or at a lower temperature. The preferred conditions required for the selective oxidation depend both on the material to be treated and on the oxidizing agents used, but generally temperatures in the range from 80 to 180 ° C. with an amount of oxidizing agent containing 1 to 6 active oxygen atoms per sulfur atom Input material corresponds to the application for a period of 1 J 2 to 20 hours. With the use of molecular oxygen or air as an oxidant in the temperature range of 130 to 18O 0 C and treatment times of 2 to 20 hours are suitable ..
In the second stage of the oxidative desulfurization of the oxidized sulfur compounds are removed, by thermal decomposition, which is carried out at temperatures above 200 0 C, preferably above 25O 0 C, in particular in the range of 300 to 400 0 C, for such a long time that the release of practically all gaseous decomposition products is guaranteed. This time may be 2 to 5 hours in the range of V and is preferably V2 to 2 hours. Under these conditions, the oxidized sulfur compounds are decomposed, the sulfur being released mainly as SO 2 , but increasing amounts of H 2 S are also released at higher temperatures in the range of 300 ° C. and above. The thermal decomposition can be more appropriate in the presence
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aktivierender Stoffe in Form von porösen Feststoffen mit sauren oder basischen Eigenschaften durchgeführt werden. Geeignet sind beispielsweise Ferrioxyd auf Aluminiumoxyd, Bauxit, Thoriumoxyd auf Bimstein, Siliciumdioxyd-Aluminiumoxyd, Kalk-Soda und saures Natriumphosphat auf Kohle. Vorzugsweise wird bei der thermischen Zersetzung eine geringe Menge eines inerten Trägergases, z. B. Stickstoff, durch das Reaktionsgemisch geleitet, um örtliche Überhitzung zu vermeiden sowie die gasförmigen Zersetzungsprodukte zu entfernen.activating substances in the form of porous solids with acidic or basic properties will. Suitable for example are ferric oxide on aluminum oxide, bauxite, thorium oxide on pumice, Silica-alumina, soda-lime and sodium acid phosphate on charcoal. Preferably at thermal decomposition a small amount of an inert carrier gas, e.g. B. nitrogen, through the reaction mixture in order to avoid local overheating as well as the gaseous decomposition products remove.
Die hydrokatalytische Entschwefelung kann unter verhältnismäßig milden Bedingungen durchgeführt werden. Der Katalysator kann als Festbett, Fließbett oder Wirbelschicht zum Einsatz kommen.. Vorzugsweise wird mit einem Festbett unter solchen Bedingungen gearbeitet, daß eine Regenerierung des Katalysators erst nach verhältnismäßig langen Betriebszeiten erforderlich ist, beispielsweise bei Temperaturen im Bereich von 260 bis 482° C, vorzugsweise von 343 bis • 427°C, Drückenlm Bereich von 8 bis 176 kg/cm3, vorzugsweise von 36 bis 106 kg/cm2, Raumströmungsgeschwindigkeiten im Bereich von 0,1 bis 10 V/V/Std., vorzugsweise von 0,5 bis 4 V/V/Std., und Wasserstoffkreislaufmengen von 90 bis 900 m3/m3. Als Katalysatoren eignen sich Metalle der Gruppe VIa oder VIII oder ihre Oxyde oder Sulfide allein oder in Mischung auf einem als Träger dienenden feuerfesten Oxyd, beispielsweise Aluminiumoxyd. Besonders bevorzugt als Katalysator wird ein Gemisch von Kobalt und Molybdän auf Aluminiumoxyd, das 1 bis 10 Gewichtsprozent Kobaltoxyd (gerechnet als CoO) und 5 bis 40 Gewichtsprozent Molybdänoxyd (gerechnet als MoO3) enthält.The hydrocatalytic desulfurization can be carried out under relatively mild conditions. The catalyst can be used as a fixed bed, fluidized bed or fluidized bed. A fixed bed is preferably used under conditions such that regeneration of the catalyst is only necessary after relatively long operating times, for example at temperatures in the range from 260 to 482 ° C., preferably from 343 to 427 ° C., pressures in the range from 8 to 176 kg / cm 3 , preferably from 36 to 106 kg / cm 2 , room flow rates in the range from 0.1 to 10 V / V / hour, preferably from 0.5 up to 4 V / V / hour, and hydrogen cycle rates from 90 to 900 m 3 / m 3 . Metals of group VIa or VIII or their oxides or sulfides, alone or as a mixture on a refractory oxide serving as a carrier, for example aluminum oxide, are suitable as catalysts. A particularly preferred catalyst is a mixture of cobalt and molybdenum on aluminum oxide which contains 1 to 10 percent by weight cobalt oxide (calculated as CoO) and 5 to 40 percent by weight molybdenum oxide (calculated as MoO 3 ).
Es hat sich gezeigt, daß bei aufeinanderfolgender Anwendung einer oxydativen Entschwefelung und einer hydrokatalytischen Entschwefelung der erreichte Entschwefelungsgrad bedeutend höher ist, als wenn das Ausgangsmaterial entweder zweimal hintereinander einer oxydativen Entschwefelung oder zweimal hintereinander einer hydrokatalytischen Entschwefelung unterworfen wird. Dieses bessere Ergebnis ist ferner unabhängig von der Reihenfolge, in der die Stufen durchgeführt werden. Hieraus ergibt sich, daß die Schwefelverbindungen, die unter oxydativen und hydrokatalytischen Bedingungen am leichtesten angegriffen werden, jeweils verschieden sind und daß durch Anwendung beider Prozesse ein synergistischer Effekt erreicht wird. Es ist natürlich zweckmäßig, daß bei Durchführung der oxydativen Stufe an erster Stelle der gesamte freie Sauerstoff vor der hydrokatalytischen Behandlung aus den Kohlenwasserstoffen entfernt wird. Dies geschieht während der thermischen Zersetzung im Rahmen der oxydativen Stufe. Ebenso ist bei Durchführung der hydrokatalytischen Stufe an erster Stelle etwa vorhandener freier Wasserstoff vor der Oxydationsstufe zu entfernen. . ■ . ■It has been shown that with successive use of an oxidative desulfurization and a hydrocatalytic desulphurisation the achieved degree of desulphurisation is significantly higher than when the starting material either twice in succession to oxidative desulfurization or twice one after the other is subjected to a hydrocatalytic desulfurization. This is better result furthermore regardless of the order in which the steps are carried out. It follows from this that the sulfur compounds, which are most easily attacked under oxidative and hydrocatalytic conditions are each different and that by using both processes a synergistic effect is achieved. It is of course appropriate that when carrying out the oxidative stage in the first place the all free oxygen removed from the hydrocarbons prior to the hydrocatalytic treatment will. This happens during the thermal decomposition as part of the oxidative stage. Likewise is any free hydrogen present in the first place when carrying out the hydrocatalytic stage to remove the oxidation stage. . ■. ■
2. hydrokatalytische Entschwefelung mit anschließender oxy dativer Entschwefelung;2. Hydrocatalytic desulfurization with subsequent oxy-dative desulfurization;
3. zwei aufeinanderfolgende oxydative Entschwefelungen und3. two successive oxidative desulphurizations and
4. zwei aufeinanderfolgende hydrokatalytische Entschwefelungen. 4. two successive hydrocatalytic desulphurizations.
Die in jeder oxydativen Entschwefelungsstufe angewendeten Bedingungen sind nachstehend in Tabelle 1 genannt.Those used in each oxidative desulphurisation stage Conditions are given in Table 1 below.
Tabelle 1
1S Oxydation Table 1
1S oxidation
Rückstand 2 GewichtsteileResidue 2 parts by weight
Siedetemperatur . 250° CBoiling temperature. 250 ° C
Viskosität bei 50° C 405 cStViscosity at 50 ° C 405 cSt
Toluol 2 GewichtsteileToluene 2 parts by weight
Eisessig 1 GewichtsteilGlacial acetic acid 1 part by weight
WasserstoffperoxydHydrogen peroxide
(3O°/oig, Gew./Vol.)* ... Menge entsprechend 6 aktiven Sauer(3O%, w / v) * ... amount accordingly 6 active sour
stoffatomen pro Schwefel-. atomatoms per sulfur. atom
Temperatur 98°CTemperature 98 ° C
Reaktionszeit 25 MinutenResponse time 25 minutes
Abstreifzeit für Toluol undStripping time for toluene and
Essigsäure 25 MinutenAcetic acid 25 minutes
Thermische Behandlung ..· ,Thermal treatment ..· ,
Temperatur 370°CTemperature 370 ° C
Zeit 1 StundeTime 1 hour
Katalysator Siliciumdioxyd —Silicon dioxide catalyst -
Aluminiumoxyd (8 Gewichtsprozent) Aluminum oxide (8 percent by weight)
*) Gemisch aus Essigsäure und Wasserstoffperoxyd wurde dem Gemisch aus Toluol und Rückstand zugegeben.*) Mixture of acetic acid and hydrogen peroxide was added to the mixture of toluene and residue.
Bei den hier beschriebenen . Vergleichsversuchen wurde ein 4 Gewichtsprozent Schwefel enthaltender Rückstand der Atmosphärendestillation von Kuwait-Rohöl wie folgt behandelt:With the ones described here. Comparative tests were made containing 4 percent by weight of sulfur Atmospheric distillation residue of Kuwait crude oil treated as follows:
. 1. Oxydative Entschwefelung mit anschließender hydrokatalytischer Entschwefelung: Die in jeder hydrokatalytischen Entschwefelungsstufe angewendeten Bedingungen sind nachstehend.in Tabelle 2 genannt. .: u: _: . 1. Oxidative desulphurisation with subsequent hydrocatalytic desulphurisation: The conditions used in each hydrocatalytic desulfurization stage are below Table 2 named. .: u: _:
Katalysator 2,0 GewichtsprozentCatalyst 2.0 weight percent
■■■■- Kobalt und■■■■ - cobalt and
..[.'.. 10,5 Gewichtsprozent .. [. '.. 10.5 percent by weight
..' ' !Molybdän ^uf '■'"'.'.''.' y-Aluminiumoxyd.. "! Molybdenum ^ uf '■' "'.'. ''. ' y-aluminum oxide
Temperatur 3930CTemperature 393 0 C
Druck 71 kg/cm2 Pressure 71 kg / cm 2
Raumströmungsgeschwindigkeit 1,0 bis 1,5 V/V/Std.Room flow rate 1.0 to 1.5 V / V / hour.
H2-Menge 180 m3/m3 H 2 amount 180 m 3 / m 3
Die Ergebnisse sind nachstehend in den Tabellen 3 bis 6 aufgeführt.The results are shown in Tables 3 to 6 below.
verbliebene Menge,
Teile/100 Teüe ÖlIn the oil
remaining amount,
Parts / 100 teaspoon oil
Entfernte Menge,
Teile/100 Teile Ölsulfur
Quantity removed,
Parts / 100 parts oil
in °/o. bezogen auf
unbehandeltes
AusgangsmaterialDistant crowd
in ° / o. related to
untreated
Source material
2,8
1,64.0
2.8
1.6
1,21.2
1.2
Danach hydrokatalytisch entschwefelt Only oxidatively desulphurized
Then hydrocatalytically desulphurized
3030th
30th
verbliebene Menge,
Teile/100 Teile ÖlIn the oil
remaining amount,
Parts / 100 parts oil
Entfernte Menge,
Teile/100 Teile Ölsulfur
Quantity removed,
Parts / 100 parts oil
in %, bezogen auf
unbehandeltes
AusgangsmaterialDistant crowd
in%, based on
untreated
Source material
2,8
1,64.0
2.8
1.6
1,21.2
1.2
Danach oxydativ entschwefelt Only hydrocatalytically desulphurized
Then oxidatively desulphurized
3030th
30th
verbliebene Menge,
Teile/100 Teile ÖlIn the oil
remaining amount,
Parts / 100 parts oil
Entfernte Menge,
Teile/100 TeUe Ölsulfur
Quantity removed,
Parts / 100 tea of oil
in %, bezogen auf
unbehandeltes
AusgangsmaterialDistant crowd
in%, based on
untreated
Source material
2,9
2,44.0
2.9
2.4
0,51.1
0.5
2. oxydative Entschwefelung 1. oxidative desulfurization
2. oxidative desulphurization
1327
13th
verbliebene Menge,
Teile/100 Teüe ÖlIn the oil
remaining amount,
Parts / 100 teaspoon oil
Entfernte Menge,
Teile/100 Teile ölsulfur
Quantity removed,
Parts / 100 parts oil
in %, bezogen auf
unbehandeltes
AusgangsmaterialDistant crowd
in%, based on
untreated
Source material
2,8
2,24.0
2.8
2.2
0,61.2
0.6
2. hydrokatalytische Entschwefelung 1. Hydrocatalytic desulfurization
2. hydrocatalytic desulfurization
1530th
15th
Claims (4)
Family
ID=
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