DE2009069A1 - Process for removing fluorine-containing impurities from air-diluted acidic exhaust gases - Google Patents
Process for removing fluorine-containing impurities from air-diluted acidic exhaust gasesInfo
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Description
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DIPL-CHEM-DR-EUSABETHJUNg a München 23,. DiPL-CHEM-DR-VOLKERVOSSIUS ίϋίΕϋΰΧΆ" *°".DIPL-CHEM-DR-EUSABETHJUNg a Munich 23 ,. DiPL-CHEM-DR-VOLKERVOSSIUS ίϋίΕϋΰΧΆ " * °".
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P 071» C ' . 26. Februar 1970P 07 1 "C". February 26, 1970
SCHWEIZERISCHE ALUMINIUM AQ Chlppis / SchweizSWISS ALUMINUM AQ Chlppis / Switzerland
"Verfahren zum Entfernen fluorhaltiger Verunreinigungen aus luftverdünnten sauren Abgasen". -"Process for removing contaminants containing fluorine air-diluted acidic exhaust gases ".
Priorität; 12. März 1969 /Schweiz, Anmelde-Nr. 3709/69Priority; March 12, 1969 / Switzerland, registration no. 3709/69
Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entfernen fluorhaltiger Verunreinigungen■aus sauren luftverdünnten Abgasen. Solche Gase fällen bei der technischen elektrolytischen Aluminium-Erzeugung als "Hallenabluft", aber auch in der . Ziegelleiindustrie, Zementfabrikation und anderen chemischen Prozessen an. Im Unterschied zu den entsprechenden nicht luftverdünnten Gasen, wozu-z.B. das direkt von den Aluminiumöfen an der Entstehungsstelle abgesaugte Gas gehört, bietet' das konsequente Unschädlichmachen und. Reinigen dieser mit großen Mengen Luft verdünnten Gase größere Probleme. Eine bekannte Wassersprüh-Anlage, welche im Dachfirst einer Elektrolysehalle eingebaut ist, entfernt befriedigend Fluorwasserstoff, schweflige Gase und den aus Tonerde und Fluoriden bestehenden Staub der Hallenabluft. Diese Anlage verbraucht sehr große Wassermengen, wobei Flußwasser genügt. Mancherorts sind diese benötigten Wassermengen, auch Flußwasser, nicht verfügbar und man müßte deshalb auf "Leitungswasser", also Quellwasser oder gereinigtes sonstiges Wasser zurückgreifen:, was teü©? ist una äie Kostenrechnung su atark belasten wtird©oThe present invention relates to a method for removing fluorine-containing impurities from acidic, air-diluted exhaust gases. Such gases fall in the technical electrolytic aluminum production as "hall exhaust air", but also in the. Brick-laying industry, cement manufacturing and other chemical processes. In contrast to the corresponding non-air-diluted gases, which include, for example, the gas that is sucked off directly from the aluminum furnace at the point of origin, offers' the consistent rendering harmless and. Cleansing these gases diluted with large amounts of air pose major problems. A well-known water spray system, which is installed in the roof ridge of an electrolysis hall, removes hydrogen fluoride, sulphurous gases and the dust from the hall exhaust air, which consists of alumina and fluorides, in a satisfactory manner. This system consumes very large amounts of water, river water being sufficient. In some places these required amounts of water, including river water, are not available and one would therefore have to fall back on "tap water", i.e. spring water or other purified water: what teü ©? is una äie cost accounting su atark burdened © o
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Vorliegende Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, dies Problem des Wassermangels zu lösen, indem man das für die Absorption der Verunreinigungen benutzte Wasser reinigt und das gereinigte Wasser der Absorptionsanlage wieder zuführt. Es ist zwar bekannt, saure. Abwässer durch Zugabe von Ca(OH)2-Milch zu neutralisieren und zu reinigen. Es war gleichwohl nicht zu erwarten, dass für die in Rede stehende spezielle Aufgabe eine "Kalkreinigung11 ohne weiteres zielführend sein würde, weil infolge Reaktion des COg- und SO,-Gehalts (bzw. SO2-Gehalts) der zu reinigenden Gase mit dem üblicherweise überschüssig zugegebenen Ca-hydroxyd mit störenden Ausscheidungen von CaCO,, Ca-sulfat und mit störenden Anreicherungen an anderen Stoffen wie NaCl, Chlorionen, zu rechnen war.The present invention has set itself the task of solving this problem of water shortage by purifying the water used for the absorption of the impurities and returning the purified water to the absorption system. Although it is known to be acidic. Neutralize and purify wastewater by adding Ca (OH) 2 milk. Nonetheless, it was not to be expected that a “lime cleaning 11 would be productive without further ado for the special task in question, because as a result of the reaction of the COg and SO, content (or SO 2 content) of the gases to be cleaned with the Usually excess calcium hydroxide added with disruptive excretion of CaCO ,, Ca sulfate and with disruptive accumulations of other substances such as NaCl, chlorine ions, was to be expected.
Ueberraschenderweise gelang es trotzdem, gemäss vorliegender Erfindung, mittels einer "Kalkreinigung11, bei der erfindungsgemäss bestimmte Bedingungen eingehalten werden, das beschriebene Problem zu lösen·Surprisingly, it was nevertheless possible, according to the present invention, to solve the problem described by means of a "lime cleaning 11, in which, according to the invention, certain conditions are met.
Vorliegende Erfindung besteht in einem Verfahren zum Entfernen von F-haltigen und Schwefeloxyd- und/oder Cl-haltigen Verunreinigungen aus sauren luftverdünnten Abgasen mittels im Kreislauf geführter, wässriger Absorptionsflüssigkeit und zum Abscheiden dieser Verunreinigungen aus der Absorptionsflüssigkeit als darin schwerlösliche Verbindungen» dadurch gekeanaeiohnet,, dass man besagt© VtrvriVuLnigyr.^yi ν*:, ier Äbaorp·The present invention consists in a method for removing F-containing and sulfur oxide and / or Cl-containing impurities from acidic, air-diluted exhaust gases by means of circulating, aqueous absorption liquid and for separating these impurities from the absorption liquid as compounds that are sparingly soluble in it. that one says © VtrvriVuLnigyr. ^ yi ν * :, ier Äbaorp ·
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tionsflüssigkeit aufnimmt, dann diese Flüssigkeit aus der ' Absorptionseinrichtung wegführt und eine Ausfällung ihres Fluorgehaltes samt eines erheblichen Teils ihrer sonstigen Verunreinigungen durch Zusammenführen mit Erdalkaliverbindungen, wie Ca(OH)O, unter Einstellen eines End-p„-Wertes von 5 - 8, vorzugsweise von 5*5 - 6,5*vornimmt und die so gebildete Maische durch an sich bekannte Methoden (wie Absetzenlassen) in einen die Verunreinigungen enthaltenden Feststoffschlamm einerseits und in die dem sauren Absorptionsprozess zurückzuführende gereinigte Absorptionsflüssigkeit andererseits trennt. Die zurückgeführte Absorptionsflüssigkeit wird, soweit sie nicht schon auf sauer nach der Reinigung eingestellt ist, in der Sprühanlage In Berührung mit der Abluft alsbald sauer*absorbs tion liquid, then this liquid from the ' Absorption device leads away and a precipitation of its fluorine content together with a significant part of its other Impurities caused by combining with alkaline earth compounds, such as Ca (OH) O, with a final p "value of 5 - 8 being set, preferably from 5 * 5 - 6.5 * makes and the so formed Mash into a solid sludge containing the impurities by methods known per se (such as allowing it to settle) on the one hand and in the purified absorption liquid to be returned to the acidic absorption process on the other hand separates. The returned absorption liquid is, if it is not already set to acidic after cleaning is in the spray system in contact with the exhaust air as soon as possible angry*
Es steht nichts im Weg und 1st in manchen Anwendungsfällen vorteilhaft, die in der Absorptionsflüssigkeit enthaltenen ungelösten Stäub©) wie Tonerde, vor der "Kalkreinigurig", also vor der chemischen Ausfällung des Fluors, getrennt abzuscheiden und zu verwerten* Diese Abscheidung kann z.B. durch Sinktrennung (Absetzen) oder Zentrifugieren bewirkt werden* .There is nothing in the way and in some applications it is advantageous to use those contained in the absorption liquid undissolved dust ©) like clay, before the "Kalkreinigurig", ie Separately separated and recycled before the chemical precipitation of the fluorine * This separation can e.g. by sink separation (Settling) or centrifugation can be effected *.
Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung setzt man vor, während oder nach der Fällung des Erdalkalifluorids der umzusetzenden Lösungen an sich bekannte Flockungshilfsmittel hinzu, die, wie die Chloride und/oderAccording to an advantageous embodiment of the method According to the invention, prior to, during or after the precipitation of the alkaline earth metal fluoride of the solutions to be reacted, known per se Flocculants added, such as the chlorides and / or
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Sulfate des Eisens und/oder Aluminiums, selbst einen Niederschlag unter den Bedingungen des erfindungsgemässen Verfahrens hervorrufen. Ebenso ist es von Vorteil, an sich bekannte FällungshiIfsmittel zuzusetzen, die, wie gewisse organische Stoffe, z.B. Polyacrylamid, die Art und Abscheidbarkeit des Erdalkalifluoridniederschlags günstig beeinflussen.Sulphates of iron and / or aluminum, themselves a precipitate cause under the conditions of the inventive method. It is also advantageous to use precipitation aids known per se add that, like certain organic substances, e.g. polyacrylamide, the type and separability of the alkaline earth fluoride precipitate influence favorably.
" Gemäss einer weiteren Ausführungsform kann die Ausfällung des Fluors als Erdalkalifluorid in an sich bekannter Weise bei Gegenwart von löslichen Erdalkalisalzen wie CaCl2, MgCl2 betrieben werden. Auch hierbei werden höchstens soviel erdalkalische oder auch alkalische Mittel zugesetzt, dass - so wie oben definiert die in der Absorptionsflüssigkeit enthaltene Säure vorzugsweise nicht vollständig neutralisiert wird, jedenfalls aber keine wesentliche Alkalitat herbeigeführt wird.According to a further embodiment, the fluorine can be precipitated as alkaline earth fluoride in a manner known per se in the presence of soluble alkaline earth salts such as CaCl 2 , MgCl 2 Acid contained in the absorption liquid is preferably not completely neutralized, but in any case no substantial alkalinity is brought about.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens der Erfindung besteht darin, dass man einen Teil der mit Fluorverbindungen beladenen Absorptionsflüssigkeit aus der Absorptionseinrichtung wegführt, reinigt und dem sauren Absorptionsprozess Another advantageous embodiment of the method of The invention consists in that part of the absorption liquid laden with fluorine compounds is removed from the absorption device, cleaned and the acidic absorption process
zurückführt, während ein anderer Teil der beladenen Absorptionsflüssigkeit ungereinigt dem sauren Absorptionsprozess zurückgeführt wird* Ein Vorzug dieser Ausführungsform ist, dass man so nur geringere Mengen an beladener Absorptionsflüssigkeit durch die Fällungs- und Abtrennungsanlage durchzusetzen hat und desnalbrecirculates while another part of the loaded absorption liquid unpurified is returned to the acidic absorption process * One advantage of this embodiment is that it is so only has to enforce smaller amounts of loaded absorption liquid through the precipitation and separation plant and desnalb
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weniger Anlagenvolumen benötigt. Auch in diesem Fall kann vorteilhaft die Abscheidung des tonerdehaltigen Staubs getrennt vor der Ausfällung des Fluors erfolgen·less system volume is required. In this case, too, can it is advantageous to separate the alumina-containing dust before the fluorine is precipitated
Ein Vorteil des Verfahrens der Erfindung ist es, dass mit seiner Hilfe unter geringstem Wasserverbrauch fluorhaltige, stark luftverdünnte und schön deshalb COp-haltige und/oderAn advantage of the method of the invention is that with its help with the lowest water consumption fluorine-containing, strong air-diluted and therefore beautifully COp-containing and / or
mit schwefligen Gasen wie SO2* SO, vermischte Abgase ohne 'with sulphurous gases such as SO 2 * SO, mixed exhaust gases without '
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Jeden Abstoss verunreinigter Flüssigkeiten unschädlich gemacht werden können. Der Wasserverlust kann so. auf den Verdampfungsverlust und den Feuchtigkeitsverlust des Schlammaustrags beschränkt werden. .Every expulsion of contaminated liquids is rendered harmless can be. The water loss can be like that. on the evaporation loss and the loss of moisture from the sludge discharge can be limited. .
Ueberraschend ist, dass bei Einhalten der Bedingungen des erfindungsgemässen Verfahrens - und zwar .auch bei laufendem Zusatz von Chlorionen, Sulfationen wie FeCl,, Al-sulfat bei der Reinigungsfällung - der. Gehalt der Absorptionsflüssigkeit an diesen Ionen nicht oder nur unerheblich bis zu einer gewissen Gleichgewichtsgrenze ansteigt, weil diese löslichenIt is surprising that if the conditions of the method according to the invention - even while the Addition of chlorine ions and sulphate ions such as FeCl ,, Al-sulphate the cleaning precipitation - the. Content of the absorption liquid in these ions not at all or only insignificantly up to a certain point Equilibrium limit increases because these are soluble
Ionen zusammen mit dem Erdalkalifluorid als von letzterem aufgenommene Beimengung laufend abgeschieden werden, bevor sie störend in Erscheinung treten. Ueberraschend ist auch der weitere technische Verfahrenseffekt des erfindungsgemässen Verfahrens, dass man hier die gesamte Absorptionsflüssigkeit restlos rezirkulieren kann und lediglich das durch Verdampfen verlorene Wasser durch Frischwasser zu ersetzen hat.Ions together with the alkaline earth fluoride as of the latter absorbed admixture are separated continuously before they appear disturbing. It is also surprising The further technical process effect of the process according to the invention is that the entire absorption liquid is here can recirculate completely and only has to replace the water lost through evaporation with fresh water.
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Würde man zur Lösung der in Rede stehenden Aufgabe so wie es für die Absorption und weitere Aufarbeitung unverdünnter oder wenig verdünnter F-haltiger Abgase bekannt ist, mit alkalischen (z.B. NaOH) oder mit erdalkalihydroxyd-haltigen, im Kreislauf geführten Absorptionsflüssigkeiten arbeiten, so bildete sich aus dem COg-Gehalt der Abgase und Luft reichlich Na2CO-, bzw. CaCO, und dies führt zu festen Krusten von Ca-carbonat, -sulfat und -fluorid in den Waschanlagen, bzw. Sprühanlagen. Diese zu Störungen Anlass gebenden und di<e Fortführung des betreffenden Verfahrens hindernden Vorgänge werden verstärkt durch die stetige Verdunstung von Wasser, welches gasförmig von den gereinigten Abgasen weggeführt wird. Ausserdem würden diese Vorgänge einen kostenmässig picht tragbaren, zusätzlichen Verbrauch an NaOH, bzw. an Calciumhydroxyd hervorrufen, letzteres tritt auch im Fall der Arbeitsweise des Regenerierens von NaOH-LaugeIf one were to work with alkaline (e.g. NaOH) or with alkaline earth hydroxide-containing, circulated absorption liquids, as is known for the absorption and further processing of undiluted or slightly diluted F-containing exhaust gases, to solve the problem in question, this would result from the COg content of the exhaust gases and air, plenty of Na 2 CO or CaCO, and this leads to solid crusts of Ca carbonate, sulfate and fluoride in the washing systems or spraying systems. These processes, which give rise to malfunctions and prevent the continuation of the relevant process, are intensified by the constant evaporation of water, which is carried away in gaseous form from the cleaned exhaust gases. In addition, these processes would cause additional consumption of NaOH or calcium hydroxide, which is affordable in terms of costs, the latter also occurring in the case of the regeneration of NaOH lye
durch Zusatz von Ca(OH)2 zu der bei der Absorption gebildeten NaF-Lösung ein.by adding Ca (OH) 2 to the NaF solution formed during absorption.
Diese Nachteile werden durch das erfindungsgemässe Verfahren,These disadvantages are avoided by the method according to the invention,
welches bei P1,-Werten von höchstens 8,0, vorzugsweise von ηwhich at P 1 , values of at most 8.0, preferably of η
höchstens 6,5 arbeitet, vermieden·at most 6.5 works, avoided
Bei der Elektrolyse von AIgO, bei ca. 9500C im Elektrolyseofen mit aus NaF und AlF, bestehenden Flussmitteln entstand ein Abgas das ausser festen staubförmigen Verbindungen (hauptsächlichDuring the electrolysis of AlgO, at approx. 950 0 C in the electrolysis furnace with fluxes consisting of NaF and AlF, an exhaust gas was produced which, in addition to solid, dusty compounds (mainly
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gO, und Fluoride) Fluorwasserstoff-Gas und saure schweflige Gase, wie SO2, SO5, enthielt« Die letzteren entstammten den bei der Elektrolyse chemisch umgesetzten Kohleelektroden·gO, and fluoride) contained hydrogen fluoride gas and acidic sulphurous gases such as SO 2 , SO 5 «The latter came from the carbon electrodes chemically converted during electrolysis ·
Das mit Hallenluft vermischte Abgas wurde in einer Sprühanlage, welche im Dachfirst der Halle eingebaut war, mit Wasser als Absorptionsflüssigkeit gewaschen. Fluorwasserstoff, die schwefligen Gase und die staubförmigen Verbindungen wurden hierbei vom Wasser aufgenommen und die Absorptionsflüssigkeit reicherte sich, zu verschiedenen Zeitpunkten gemessen, auf 50 - 1Ö0 mg F pro Liter, I50 - 250 mg S0|, pro Liter an und der p„ Wert von 3,5 wurde unterschritten. Die aus der SprÜhanlage abgeführte Absorptionsflüssigkeit wurde mit soviel Ca(OH)2-MiICh kontinuierlich zusammengeführt, dass ein p„-Wert ,von 6,0 erreicht wurde. Hierzu waren im vorliegenden Beispielsfall pro m Absorptionsflüssigkeit 5 Liter Ca(OH)2-Milch mit einem Gehalt von 20 g CaiOHjVLiter erforderlich. Als Fällungs-The exhaust gas mixed with hall air was washed with water as absorption liquid in a spray system installed in the roof ridge of the hall. Hydrogen fluoride, the sulphurous gases and the dusty compounds were absorbed by the water and the absorption liquid, measured at different times, increased to 50-10 mg F per liter, 150-250 mg SO |, per liter and the p "value of 3.5 was not reached. The absorption liquid discharged from the spray system was continuously combined with enough Ca (OH) 2 -MiICh that a p "value of 6.0 was achieved. In the present example, 5 liters of Ca (OH) 2 milk with a content of 20 g of Ca (OH) liters were required per m of absorption liquid. As a precipitation
hilfsmittel wurden 4 Liter Eisenchloridlösung pro wr zu reinigende Absorptionsflüssigkeit zugesetzt und der ausgefällteauxiliaries, 4 liters of iron chloride solution per wr to be cleaned absorption liquid were added and the precipitated
"' O"'O
Schlamm wurde in einer Absetzanlage abgetrennt. Bei 105 getrocknet war seine Zusammensetzung: CaF2 : 35 %» A^p°3 : ^0 ^* Ca(OH)2 : 0 %; CaSO^ : 4 Jg; CaCO, : 4 %; CaCl2 : 0,2 ^; SiO2 ? 5*5 ^J.Fe(OH), : 2 & Cs 7,5 % und Rest H2O.Sludge was separated in a settling plant. At 105 its composition was dry: CaF 2 : 35 % » A ^ p ° 3 : ^ 0 ^ * Ca (OH) 2 : 0 %; CaSO ^: 4 Jg; CaCO,: 4 %; CaCl 2 : 0.2 ^; SiO 2 ? 5 * 5 ^ J.Fe (OH),: 2 & Cs 7.5 % and remainder H 2 O.
*) (mit einem Gehalt von 2,5 g FeCU/Liter)*) (with a content of 2.5 g FeCU / liter)
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Die vom Niederschlag getrennte wässrige Absorptionsflüssigkeit ("gereinigtes Wasser") wurde der Sprüh-Absorptionsanläge wieder !zugeführt. Sie enthielt (zu verschiedenen Zeiten gemessen) in gelöster Form: . t . ' ,The aqueous absorption liquid ("purified water") separated from the precipitate was returned to the spray absorption system. It contained (measured at different times) in dissolved form:. t . ' ,
. F' 20-30 g/m·5
SO^ 100 - 200' g/m·5
Cl1 50 - 150 ^. F '20-30 g / m 5
SO ^ 100 - 200 'g / m 5
Cl 1 50-150 ^
Sie wurde für den beschriebenen Zweck ohne.Nachteil wie Frischwasser wiederverwendet, ohne dass die Reinigungswirkung der Sprüh-Absorptionsanlage irgendwie gegenüber der Verwendung von Frischwasser merkbar geschwächt wurde. Eine Erhöhung des SO2,"- und Cl'-Gehaltes der zirkulierenden Absorptionsflüssigkeit in einem Mass, das zu Störungen veranlasst hätte, erfolgte trotz der laufenden Zuführung schwefliger Gase, bzw. von Cl'-Ionen (aus dem zugesetzten ^FeCl, stammend), nicht.It was reused for the described purpose without disadvantage, like fresh water, without the cleaning effect of the spray absorption system being in any way noticeably weakened compared to the use of fresh water. An increase in the SO 2 , "- and Cl 'content of the circulating absorption liquid to an extent that would have caused disturbances, took place despite the ongoing supply of sulphurous gases or Cl' ions (originating from the added ^ FeCl) , not.
Obgleich sowohl eine Reinigung F-haltiger Gase und Abluft mittels Wasser, als auch die Abscheidung des Fluors aus Fluoridlösungen als schwerlösliche Fluoridverbindung wie CaFp und eine Kreislaufführung saurer Gaswaschwässer je für sich getrennt für andere Anwendungsfälle an sich bekannt waren, ist die Technik an der aufgezeigten Möglichkeit der vorteilhaften, konsequent durchgeführten und das spezielle Problem restlos und glatt lösenden erfindungsgemassen Vereinigung dieser Massnahmen vorübergegangen und die besonderen erfindungsgemäss erzielten Verfahrenseffekte des Ermöglichens des Ausschlusses jeden Abstosses fluor- Although both F-containing gases and exhaust air are cleaned by means of Water, as well as the separation of fluorine from fluoride solutions as a sparingly soluble fluoride compound such as CaFp and a cycle acidic gas scrubbing water was known per se separately for other applications, is the technology in the indicated possibility of the advantageous, consistently carried out and the special problem completely and smoothly dissolving combination according to the invention of these measures passed and the special process effects achieved according to the invention of enabling the exclusion of any fluorine repulsion
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haltiger Wasser und des Vermeidens störender Anreicherungen ist ihr bisher entgangen. Man hat so die Möglichkeit, bei sehr geringem' Wasserverbrauch dasselbe zu erreichen, was bisher lediglich bei sehr grossem Wasserverbrauch erreicht wurde. .containing water and avoiding disturbing accumulations has escaped her so far. This gives you the opportunity to achieve the same thing with very little water consumption so far has only been achieved with very high water consumption. .
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Claims (5)
Verunreinigungen enthaltenden Peststoffschlamm einerseits und in die gereinigte Absorptionsflüssigkeit andererseits trennt, welche im Kreislauf in die Absorptionsstufe zurückgeführt wird.t
Contaminants containing pesticide sludge on the one hand and separates into the cleaned absorption liquid on the other hand, which is recycled to the absorption stage.
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