DE2523900B2 - Verfahren zum regeln einer atmosphaerischen rohoeldestillationskolonne - Google Patents

Verfahren zum regeln einer atmosphaerischen rohoeldestillationskolonne

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regeln einer atmosphärischen Rohöldestillationskolonne, besonders zur Trennung in verschiedene Schnitte, die jeweils durch ihre Anfangs- und Endsiedepunkte definiert sind, wie Benzin, Gasölt:, Kerosin, Schwerbenzin und Destillationsrückstand.
Die Destillation von Rohöl erfolgt in bekannter Weise in üblichen senkrechten Destillationskolonnen, die eine Reihe von waagerechten übereinanderliegenden Böden aufweisen. Das zuvor auf eine Temperatur von 320 bis 3800C gebrachte Rohöl wird mit einem bestimmten Durchsatz in die Kolonne eingeführt und dort plötzlich entspannt wobei der Hauptteil des Rohöls verdampft Die erhaltenen Dämpfe steigen in der Kolonne auf, während der nichtverdampfte flüssige Anteil in den Sumpf fällt und den atmosphärischen Destillationsrückstand bildet der im allgemeinen abgezogen und dann in einer anderen Anlage weiterbehandelt wird. Die aufsteigenden Dämpfe werden ihrerseits durch einen absteigenden Rückfluß von Flüssigkeit gewaschen, die am Kopf der Kolonne wieder eingeführt wird. Dieser kalte Rückfluß kondensiert in dem Maß, wie man in der Kolonne nach unten geht immer schwerere Anteile der ursprünglichen Dämpfe.
Bekanntlich kann man für jede Probe eines gegebenen rohen Erdöls die Destillationskurve erhalten, die für jeden der möglichen Schnitte, welche durch ihre Anfangs- und Endsiedepunkte definiert sind, das Verhältnis der abgezogenen Menge zur Gesamtmenge einer gegebenen Probe bestimmt
Die Destillationskurve charakterisiert das behandelte rohe Erdöl und ermöglicht durch eine entsprechende Wahl der Abzugsdurchsätze eine Trennung der abgenommenen Schnitte, so daß man jeden der Schnitte mit maximaler Ausbeute erhält, was einer optimalen Regelung der Kolonne entspricht Eine solche Kurve wird jedoch bisher durch komplizierte Analysen im Laboratorium erhalten, welche eine sehr weitgehende Destillation einer Probe und Hantierungen von mindestens 8 bis 10 Stunden Dauer erfordern. Eine solche Laboranalyse ist daher im technischen Maßstab kaum brauchbar und wird im allgemeinen in der Technik bisher nicht benutzt, um eine atmosphärische Destillationskolonne zu steuern.
Vielmehr erfolgt bisher die Regelung auf Grund von stromabwärts erfolgenden Messungen an einem oder mehreren Schnitten. Wenn sich nun die Bedingungen am Einlaß der Kolonne durch Veränderung der Zusammensetzung und des Durchsatzes des Rohöls verändern, so wirkt sich das erst etwas später auf jeden Schnitt aus, und die Korrektur kann erst vorgenommen werden, nachdem eine Abweichung zwischen dem Meßwert des Schnitts und dem Sollwert festgestellt ist. Unter diesen Bedingungen läßt sich die Qualität der Schnitte oder Abzüge der Destillationskolonne nicht streng konstant halten.
Das gilt auch für das aus der DE-OS 16 45 727 bekannte Verfahren. Bei diesem mißt man die Eigenschaften (Flammpunkt, Siedepunkt usw.) der verschiedenen Nebenströme der Kolonne mit Hilfe bekannter Geräte und korrigiert je nach der festgestellten Abweichung vom Sollwert die manipulierten Variablen (Durchsatz oder Temperatur), indem man gleichzeitig die Auswirkungen der Korrekturen auf die anderen Parameter (Durchsätze der anderen Nebenströme) durch eine Rechenanlage berechnet und die Manipulierung der Variablen entsprechend korrigiert
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regeln einer atmosphärischen Destillationskolonne mittels einer Überwachung der Eigenschaften des zugeleiteten Rohöls zu schaffen, das auf der raschen Gewinnung und Auswertung der Destillationskurve des in dieser Kolonne zu destillierenden rohen Erdöls beruht und es besonders ermöglicht in der Kolonne Rohöle mit variablen Eigenschaften oder Gemische verschiedener Herkunft zu destillieren, ohne
daß bei jeder Änderung des zu destillierenden Ausgangsmaterials die optimalen Destillationsbedingungen erneut berechnet werden müssen, wobei die neuen Regelgrößen dauernd durch Prüfung der entsprechenden Destillationskurve geliefert -verden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch dn im Patentanspruch 1 angegebene Verfahren.
Eine bevorzugte Ausführungsform desselben und eine zur Durchführung des Verfahrens dienende Anlage sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.
Zur Durchführung der für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen chromatographischen Analyse verwendet man mit Vorteil eine Apparatur mit Temperaturprogrammtarung. Eine solche Apparatur, deren Analysendauer in der Größenordnung von 1 Stunde liegt, kann der Steuereinheit sehr rasch Informationen liefern, auf Grund derer sogleich die Regeldaten der Kolonne modifiziert werden können, indem man die Abnahmedurchsätze jedes Schnitts so regelt, daß die erhaltenen Schnitte, die Jurch ihre Anfangs- und Endsiedepunkte bestimmt sind, für jedes Teilprodukt eine angemessene Ausbeute und jeweils konstante Eigenschaften gewährleisten.
Vorzugsweise wird die repräsentative Analysenprobe aus der verdampften Fraktion des Rohöls in der Entspannungszone der Destillationskolonne entnommen und dabei vom flüssigen Rückstand getrennt, der unter den in der Kolonne herrschenden Tempera turbedingungen von 320 bis 3800C nichtverdampfbar ist und vom chromatographischen Analysengerät nicht verar- jo beitet werden kann.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die dem verdampften Schnitt entsprechende Destillationskurve in den Bereich des flüssigen Rückstands extrapoliert, um so die für die Gesamtheit der Probe repräsentative Destillationskurve zu erhalten.
Die rasche Ermittlung der Destillationskurve ermöglicht, für ein beliebiges vorgegebenes Rohöl die optimalen Ausbeuten jedes Schnitts zu bestimmen und die entsprechenden Durchsätze zu regeln.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht auch, auf die Regelung der Kolonne einzuwirken, um die Spezifikationen der erhaltenen Schnitte einzustellen, d. h. bestimmte Eigenschaften der abgezogenen Teilprodukte, indem man ausgehend von den durch die Destillationskurve gegebenen Destillationstemperaturen einen Justierungsfaktor auf die Abzugsdurchsätze wirken läßt, indem man auf den Destillationrendpunkt der oberen Schnitte oder den Destillationsanfangspunkt der unteren Schnitte einwirkt Beispielsweise kann man zur Messung den Flammpunkt, die Filtrierbarkeitstemperatur, die Farbe oder die Viskosität benutzen.
Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnungen weiter erläutert Es zeigt
F i g. 1 einen schematischen Aufriß einer Destillationskolonne, welche das erfindungsgemäße Verfahren benutzt,
F i g. 2 in größerem Maßstab, teilweise im Schnitt, den Bereich der Kolonne der Fi g. 1, wo das eingeleitete zu destillierende Rohöl entspannt und kontinuierlich eine verdampfte Fraktion desselben abgenommen wird,
F i g. 3 in einem Koordinatensystem, das als Ordinate die Destillationstemperatur und als Abszisse die Menge in Prozent der abgenommenen Fraktion aufweist, die Destillationskurve der untersuchten Probe,
Fig.4 eine Erläuterung anhand eines Beispiels der erfindungsgemäß erhaltenen Destillationskurve, wie man die optimalen Ausbeulen ausgehend von den
Temperaturen der gewünschten Schrotte bestimmt
F i g. 1 zeigt schematisch eine Destillationskolonne 1 eines üblichen Typs mit senkrechter Achse, die zur Destillation eines rohen Erdöls unter Atmosphärendruck dient und es gestattet, verschiedene Schnitte, die aus diesem Erdöl erhalten werden können, wie besonders Benzin, Schwerbenzin, Kerosin und Gasöl aus dieser Kolonne abzuziehen.
Das zu behandelnde Erdöl wird durch eine Zuleitung 2 in einen Ofen 3 geleitet und dort bis auf 320 bis 3800C erhitzt Das aus dem Ofen durch die Leitung 4 austretende Erdöl wird dann in die Zone 5 der Kolonne 1 eingespritzt, wo es sich plötzlich entspannt und eine erhebliche Teilmenge desselben verdampft, so daß die entstehenden Dämpfe in der Kolonne in den über der Entspannungszone 5 liegenden Bereich 6 aufsteigen, während die als atmosphärischer Rückstand bezeichnete flüssige Fraktion in den Sumpf 7 der Kolonne herabfällt von wo sie durch eine Leitung 8 abgeführt wird. Die Kolonne 1 enthält besonders in dem über der Entspannungszone 5 liegenden Bereich 6 eine Reihe von (nicht gezeigten) waagerechten Destillationsböden, ir. deren Höhe sich nacheinander die immer leichteren Fraktionen der von der Entspannungszone 5 aufsteigenden Dämpfe kondensieren, und seitliche Abzugsleitungen 9,10 und 11, durch die im Bereich bestimmter Böden die verschiedenen durch die Destillation des behandelten Erdöls gewonnenen Schnitte aus der Kolonne abgezogen werden können. Jede Abzugsleitung 9, 10 oder 11 enthält auch ein Regelventil 9b, XOb oder i\b, um den Durchsatz des abgezogenen Produkts zu regeln.
Am Kopf der Kolonne 1 ist eine Abzugsleitung 12 für die den Kopf der Kolonne erreichenden leichtesten Dämpfe, besonders die Benzindämpfe, angeordnet, und eine Leitung 13 ermöglicht das Wiedereinführen eines Teils dieser Dämpfe, nachdem sie zu flüssigem Benzin kondensiert sind, um einen flüssigen Rückfluß zu bilden, der im Gegenstrom die in der Kolonne aufsteigenden Dämpfe wäscht.
In der Entspannungszone 5, wo das zu destillierende Rohöl eingeleitet wird, enthält die Kolonne 1 eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Probenahme von Dampf mit einem Probenahmerohr 14, das das Mitreißen flüssiger Bestandteile verhindert.
Dieses Probenahmerohr weist außerhalb der Kolonne ein Regelventil 15, einen Kühler 16 und eine Leitung 17 auf, durch die die abgenommene Fraktion einem chromatographischen Analysengerät 18 zugeführt wird. In letzterem wird die abgenommene Fraktion so analysiert daß man durch weiter unten erläuterte Maßnahmen Informationen erhält, die sich unmittelbar auf die Menge des bei einer bestimmten Temperatur destillierenden Produkts beziehen. Das chromatographische Analysengerät 18 mit Temperaturprogrammierung liefert also über die Verbindung 29 elektrische Registriersignale zu einer Steuereinheit 19, die ihrerseits durch die Verbindungen 9c, 10c, lic die Steuerinformationen an die Regelelemente 9d, XOd, lld liefert, welche die Regelung des Abzugsdurchsatzes auf den verschiedenen Höhen in der Kolonne 1 besorgen.
Das Abnahmerohr 14 ermöglicht die kontinuierliche Abführung einer Dampfprobe aus der Entspannungszone, die vom chromatographischen Analysengerät 18 unmittelbar verarbeitbar und daher für das eingespritzte rohe Erdöl abzüglich der Fraktion, die dem vom Sumpf 7 der Kolonne abgezogenen flüssigen Rückstand entspricht, repräsentativ ist. Ein Zusatzgerät, dessen Einzelheiten weiter unten beschrieben sind, ermöglicht
die Bestimmung des Mengenverhältnisses der abgenommenen und somit im chromatographischen Analysengerät analysierten verdampften Fraktion zur entsprechenden Probe von eingespritztem Erdöl. Das Abnahmerohr gestattet infolge seiner besonderen Form und verschiedener mit ihm zusammenwirkender Zusatzeinrichtungen, nur die Dampfphase abzunehmen und aus den nur aufgrund dieser Phase vom Analysengerät 18 gelieferten Informationen die für die Gesamtheit des behandelten rohen Erdöls geltende Destillationskurve abzuleiten.
Das Analysengerät 18 ist seinerseits so ausgebildet, daß es ein Ausgangssignal liefert, dessen Amplitude zum Zeitpunkt t nach dem Einspritzen proportional der aus der Chromatographiesäuie des Apparats austretenden Menge an Kohlenwasserstoffen ist. Die lineare Beziehung, welche diesen Zeitpunkt t und die Siede- oder Destillationstemperatur des analysierten Produkts verbindet, ist bekannt, und man kann so durch eine entsprechende Programmierung der Temperatur der Chromatographiekolonne für jeden Schnitt der untersuchten Probe die Retentionszeit und damit den entsprechenden Wert der Destillationstemperatur der Probe bestimmen. Übrigens kann man durch das Integral des vom Analysengerät ausgehenden Signals direkt die Menge der analysierten Probe zum Zeitpunkt t darstellen und so die Destillationstemperatur mit der Menge jedes Schnitts in Beziehung setzen. Diese Integration kann insbesondere durch jede mit dem Analysengerät zusammenwirkende (nicht gezeigte) analoge oder digitale Vorrichtung vorgenommen werden.
Wenn man berücksichtigt, daß in der Entspannungszone 5 der Durchsatz der aufsteigenden Dämpfe Dvder folgenden Gleichung entspricht:
Dy = Σ D ss + O1
worin Dsn den Durchsatz jedes der seitlichen Abzüge und Di den Flüssigkeitsrückfluß in der Entspannungszone bedeuten, entspricht die vom Analysengerät erhaltene simulierte Destillationskurve damit einer Fraktion X des rohen Erdöls, welche durch die folgenden Gleichungen wiedergegeben ist:
oder weiter
X =
X =
D1
Dn
+ D1
worin Db der Gesamtdurchsatz von Rohöl und Dr der Durchsatz von flüssigem Rückstand ist
Die Durchsätze des Rohöls und der seitlichen Abzüge können in üblicher Weise gemessen werden. Zur Messung des Durchsatzes des flüssigen Rückflusses D\ in der Entspannungszone benutzt man die in Fig.2 gezeigte bekannte Vorrichtung.
Diese Figur zeigt in größerem Maßstab die Entspannungszone 5 der Kolonne 1, die in ihrem oberen TeH durch den ersten waagerechten Destillationsboden 20 begrenzt ist, der selbst seitlich durch ein Wehr 21 begrenzt ist, über das die kondensierte flüssige Fraktion überläuft Diese flüssige Fraktion sammelt sich in der Kolonne 1 im Inneren eines an der Innenwand der Kolonne befestigten seitlichen Gefäßes 22, und die Messung des Flüssigkeitsstandes in diesem Gefäß 22 erfolgt mittels eines Fühlers 23 oder anderen Meßgeräts, dessen Information durch eine Verbindung 24 auf ein Regelventil 25 wirkt. Dieses ist in eine Rückführleij tung 26 eingeschaltet, die eine Förderpumpe 27 und Rücklaufleitung 28 aufweist, welche den abgenommenen Durchsatz unter das Gefäß 22 zurückführt, wobei diese Rückführung so geschieht, daß im Inneren des Gefäßes der Flüssigkeitsstand stets konstant gehalten
ίο wird. Die so in die Kolonne zurückgeführte Menge entspricht also genau der dauernd vom Boden 21 überlaufenden Menge. Man kann so in Kenntnis des im Sumpf der Kolonne gemessenen Durchsatzes, den man vom Rohdurchsatz subtrahiert und des durch das Meßgerät 3i gemessenen Durchsatzes D\ den Wert von X bestimmen. Die Messung des Durchsatzes von flüssigem Rückfluß Di der Entspannungszone kann auch mit anderen Vorrichtungen erfolgen, besonders durch ein vom Gefäß 22 ausgehendes Überlaufsystem mit Überwachung durch den Fühler 23. Man kann auch in Betracht ziehen, diesen Durchsatz mit an der Kolonne selbst gewonnenen Meßwerten zu korrelieren, besonders mit dem Unterschied der Temperaturen zwischen der Entspannungszone und einem Destillationsboden, der zwischen dieser Entspannungszone und dem ersten oberhalb dieser Zone liegenden Abzugsboden liegt
Nachdem es so alle für die Berechnung erforderlichen Daten geliefert hat, ermöglicht das chromatographische Analysengerät 18 durch die gelieferten Signale die in
jo Fig.3 gezeigte Kurve aufzuzeichnen, bei der als Ordinate die Destillationstemperaturen und als Abszisse die der Integration der gegebenen Signale entsprechenden Werte aufgezeichnet sind, welche für die analysierte Fraktion für die Ausbeute repräsentativ sind. In dieser Figur entspricht auf der Abszisse der zwischen 0 und A gelegene Teil der obenerwähnten Fraktion X. Man kann die Kurve bis zum Punkt B extrapolieren und insgesamt die Temperaturwerte der Destillation für die Gesamtheit der Schnitte erhalten, wobei alle diese Werte und das Aufzeichnen der Kurve selbst in verhältnismäßig kurzer Zeit von weniger als 1 Stunde, jedenfalls viel rascher als bisher bei den Laboranalysen erhalten werden können. Zur Steuerung der Destillationskolonne 1 werden dann die so gewonnenen Informationen entsprechend verarbeitet und die gelieferten Parameter benutzt, um einerseits die Temperatur des Benzins am Kopf der Kolonne und andererseits die Durchsätze der verschiedenen abgezogenen Schnitte durch die seitlichen Leitungen 9,10 und 11 zu regeln und so für diese
so Schnitte bestimmte Temperaturen einzustellen. Was die Regelung des Benzins betrifft so hängt die Temperatur des Schnitts nicht nur von der Temperatur am Kopf der Kolonne, sondern auch von den Betriebsbedingungen ab, besonders dem Partialdruck des Benzins und der am Kopf erreichten Fraktionierqualität die durch das Verhältnis von Flüssigkeit zu Dampf in dieser Höhe gegeben ist Das Verhältnis ist in diesem Fall wie folgt:
Tco = Ki +
Tee + Kl
(Tee + K3)K4\ogP
+ KS [^7-
worin Tco die zu erreichende Temperatur des Schnitts, Tee die tatsächliche Temperatur am Kopf der Kolonne, Pder Partialdruck des Benzins, L und Vdie Durchsätze
an Flüssigkeit und Dampf am Kopfboden der Kolonne sind. Die Regelung besteht dann darin, daß die Veränderung der Kopftemperatur so berechnet wird, daß man unter Berücksichtigung der Veränderungen von Druck und Fraktionierqualität die gewünschte Temperatur des Schnitts erhält. Die Koeffizienten K\, Ki und K3 usw. hängen von der Kolonne ab und werden an dieser durch eine Voruntersuchung bestimmt.
Was nun dagegen die Regelung der seitlichen Abzüge betrifft, so geht man direkt von der erhaltenen ι ο Destillationskurve aus, welche ermöglicht, die vorzugebenden Ausbeuten festzulegen, d. h. die von jedem dieser Produkte abzuziehenden Durchsätze, um genau diese Temperaturen zu erreichen, wie Fig.4 zeigt. Tatsächlich kann man, ausgehend von den so festgelegten Ausbeuten und dem Rohöldurchsatz Db, leicht die an jedem dieser Abzüge besonders durch die Ventile 9b, \0b und üb zu regelnden Durchsätze berechnen. Schließlich ist für den Rückstand der Durchsatz eine direkte Folge der obigen Regelungen, und dieser 2u Durchsatz nimmt einen solchen Wert an, daß er in jedem Fall die Stoffbilanz der Kolonne ins Gleichgewicht setzt.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann man so die Arbeitsweise einer Destillationskolonne hinsichtlich Art und besonderer Charakteristika der gewünschten Schnitte, besonders in Abhängigkeit von den Temperaturen des Schnitts, regeln. Jedoch sind diese Schnittemperaturen nicht die einzigen Spezifikationen der von einer atmosphärischen Destillationskolonne abgezogenen Produkte. Tatsächlich sind die Eigenschaften dieser Schnitte im allgemeinen eng an ihre Bestimmung gebunden und können infolgedessen dazu führen, andere Charakteristika einzustellen, wie besonders den Flammpunkt eines Kerosins, die Filtrierbarkeitstemperatur eines Gasöls, die Farbe eines schweren Gasöls oder die Viskosität eines Rückstands. Diese Eigenschaften beruhen nicht nur auf den Schnittemperaturen, sondern auch auf der Zusammensetzung der Schnitte. Die Schnittemperaturen bleiben jedoch die einzigen Parameter, welche die Regelung und den Betrieb der Kolonne beeinflussen. Man muß daher die Regelungen, welche den verschiedenen Spezifikationen entsprechen, über diese Parameter vornehmen. Beispielsweise kann man so den Flammpunkt eines Schnitts regeln, indem man auf die Endtemperatur des unmittelbar darüber abgezogenen Produkts einwirkt. Um die Filtrierbarkeitstemperatur eines Gasöls einzustellen, kann man ebenfalls seine Endtemperatur beeinflussen, wobei die erfolgte Regelung dann mittels Laboratoriumsanalysen überwacht werden kann, was Probenahmen und die Untersuchung von Proben erfordert, wobei die erhaltenen Ergebnisse wiederum zur Vervollkommnung der Regelung der Kolonne in den gegebenen Grenzen dienen können. Man kann auch gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Analysengerät in Linie in die Abzugsleitung einschalten, das automatisch und kontinuierlich diese Spezifikation mißt und korrigiert.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Regeln einer atmosphärischen Rohöldestillationskolonne, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) von dem zu destillierenden Rohöl einen repräsentativen verdampften Schnitt abnimmt, dessen Mengenverhältnis zur Gesamtmenge der Rohölprobe bekannt ist;
b) für den abgenommenen Schnitt die Destill.itionskurve mittels einer chromatographischen Analyse gewinnt bei der die Retentionszeit in einer linearen Beziehung mit der DestillationH-temperatur jedes Schnittes in der analysierten Fraktion steht, und das von der Analyse gelieferte quantitative Signal integriert wird, wodurch man in Abhängigkeit von der Temperatur die Menge des im abgenommenen Schnitt analysierten Produktes erhält, und
c) die durch die chromatographische Analyse erhaltenen Informationen zur Regelung einer Steuereinheit verwendet werden, welche Regelsignale für die auf bestimmten verschiedenen Höhen der Kolonne abzuziehenden Mengen an Schnitten erarbeitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man ausgehend von den durch die Destillationskurve gegebenen Destillationstemperaturen einen Justierungsfaktor auf die Abziehdurchsätze wirken läßt, indem man auf den Destillationsendpunkt der höheren Schnitte oder den Destillationsanfangspunkt der unteren Schnitte einwirkt
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit einer Destillationskolonne, einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Abnahme einer in der Kolonne verdampften Fraktion des zu behandelnden Rohöls, einem Analysiergerät und einer Steuei ungseinheit, dadurch gekennzeichnet daß
a) die Abnahmevorrichtung in der Entspannungszone der Destillationskolonne angebracht ist;
b) das Analysiergerät ein chromatographisches Analysiergerät mit Temperaturprogrammierung ist, das für die Retentionszeit jedes Schnittes, die von der Destillationstemperatur abhängt, ein repräsentatives Signal liefert, wobei die Integration des Signals die Menge der analysierten Fraktion ergibt;
c) die Vorrichtung eine Behandlungseinheit für dieses Signal enthält, welche die Destillationi,-kurve des behandelten Rohöls erstellt, und
d) die Steuerungseinheit die Abzugsdurchsätze in der Kolonne in Abhängigkeit von der Destillationskurve steuert.
DE2523900A 1974-05-30 1975-05-30 Verfahren zum regeln einer atmosphaerischen rohoeldestillationskolonne Expired DE2523900C3 (de)

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