DE4323646A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reinigen von Abgasen in einem Gehäuse, in dem eine am Gehäuseboden abgenommene und oben rezirkulierend wiederzugeführte Granulatmasse mittels Schwerkraft unter Durchlaufen einer Aufheizzone, einer für eine Nachverbrennung ausreichende Heizzone und einer Abkühlzone abwärts wandert, während das unterhalb der Heizzone in das Gehäuse eingeführte Abgas durch die Granulatmasse nach oben strömt und nach Durchströmen der Heizzone gereinigt abgeführt wird und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Geht es um Rauchgase bzw. Abgase aus Prozessen, die Schwefeloxide, Stickoxide, Halogene, Stäube und Schwelgase emittieren, sind nach dem heutigen Stand der Technik verschiedene Abscheidesysteme in getrennten Anlagen erforderlich. Schwefeloxide werden überwiegend mit Waschverfahren und Zusätzen auf Kalkbasis abgeschieden, Stickoxide mittels Katalysatoren und Ammoniak-Zugabe bei ca. 400°C, Stäube mit E-Filtern, u. a. Trockenfiltern, Kohlenwasserstoffe bzw. Schwelgase mit Nachverbrennungsanlagen.
Der apparative Aufwand ist entsprechend hoch. Soweit Naßverfahren verwendet werden, kommen besondere Entsorgungsprobleme hinzu.
In der DE 26 36 374 C2 ist ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art als bekannt ausgewiesen. Hierbei wird ein Gehäuse mit Granulat beschickt, das mittels Schwerkraft durch das Gehäuse nach unten wandert, dort abgenommen und dem Gehäuse oben wiederzugeführt wird. Das Granulat in dem Gehäuse wird mittels Heizgas erhitzt. Das Rohgas wird unten seitlich in das Gehäuse eingeleitet, durchströmt das Granulat und wird oben abgeleitet. Die Temperatur des Heizgases wird auf ca. 800°C geregelt und das herabwandernde Granulat wird dadurch ebenfalls auf eine Temperatur von ca. 800°C gebracht. Die Funktion dieser bekannten Vorrichtung liegt ausschließlich in der Behandlung von oxydierbaren Gasen, d. h. es handelt sich um eine Nachverbrennungsanlage. Da das Abgas umfangsseitig in das Gehäuse eingeleitet wird, strömt es im wesentlichen in der Nähe der Innenwandung nach oben, während der Hauptstrom des nach unten wandernden Granulats hauptsächlich im zentralen Bereich stattfindet, so daß eine zufriedenstellende Reaktion kaum erreichbar sein dürfte. Auch wird der Aufwand allein für die Nachverbrennungsfunktion hoch angesehen. Des weiteren sind Großanlagen so nicht ausführbar.
Die EP 0 346 649 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen in Form einer Sorptionseinrichtung. Das Sorptionsmaterial fließt auch hierbei in einem Reaktionsgehäuse nach unten. Im Bodenbereich wird Rohgas zugeführt, das das Sorptionsmaterial ebenfalls im Bodenbereich im wesentlichen auf einer horizontalen Ebene durchströmt und auf der entgegengesetzten Seite als Reingas aus dem Gehäuse austritt. Granulat sowie Aufheizungen und Abkühlungen in Gegenstrom sind nicht vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens der eingangs beschriebenen Art derart bereitzustellen, das bzw. die bei relativ geringem Aufwand die verschiedenen üblichen Reinigungsvorgänge von Prozeßabgasen im Trockenverfahren mit sehr gutem Wirkungsgrad erreichen läßt.
Diese Aufgabe wird mit den in den Patentansprüchen 1 bzw. 16 gegebenen Merkmalen gelöst.
Bei dem Verfahren ist also vorgesehen, daß der Granulatmasse im Zuführstrom Sorptionsmaterial zudosiert wird, daß die Granulatmasse am Gehäuseboden über den Gehäuseabschnitt gleichmäßig verteilt abgenommen wird, daß die Heizzone vor Einleiten des Abgases beim Start anfänglich über den Gehäusequerschnitt im wesentlichen gleichmäßig erhitzt wird, daß nach Erreichen der erforderlichen Temperatur der Heizzone das Abgas über ein Verteilersystem unterhalb der Heizzone weitgehend gleichmäßig verteilt über den Gehäusequerschnitt eingeleitet und oberhalb der Heizzone abgeführt wird, und daß unter dem Gehäuseboden eine Trennung von Granulat und festen Reaktionsprodukten bzw. abgereinigtem Staub erfolgt.
Hiernach wird also dem dem Gehäuse zugeführten Granulat Sorptionsmaterial beigefügt, das mit dem Granulat gut verteilt nach unten wandert und zunächst bis zum Erreichen der Heizzone aufgeheizt und auf Reaktionstemperatur gebracht und anschließend zur Ebene der Rohgaszufuhr hin abgekühlt wird, so daß verschiedene Temperaturzonen entstehen, die zumindest von der Temperatur des zugeführten Abgases bis zur Temperatur der Heizzone reichen. Es wird auch dafür gesorgt, daß über den Querschnitt des Gehäuses im wesentlichen eine gleichmäßige Verteilung der Gasströmung, der Granulatströmung sowie der Temperatur erzielt wird. Die Heizzone hat eine Temperatur von mindestens 800°C. Das Granulat bewirkt eine gute Entstaubung des zugeführten Abgases, wobei der Staub nach unten transportiert wird, während gleichzeitig in den verschiedenen Temperaturzonen in Reaktion mit dem Sorptionsmaterial insbesondere eine Heißgasentschwefelung, Fluorid- und Chloridsorption mit kontrollierter Zugabe von Ammoniak in den Rohgasstrom ist die gleichzeitige Entstickung möglich. Das Sorptionsmittel ist vorrangig Kalksplitt CaCO₃ oder Kalkhydrat Ca(OH)₂. In der Heiz- bzw. Reaktionszone wird daraus Brandkalk CaO. Die wichtigsten Reaktionen lauten wie folgt:
CaCO₃ + e → CaO + CaO + CO₂
CaO + H₂O → Ca(OH)₂
CaO + SO₂ → CaSO₃
CaSO₃ + 1/2 O₂ → CaSO₄
CaO + 2HF → CaF₂ + H₂O
CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O
Kohlenwasserstoffe oxidieren ab +650°C bei Luftüberschuß 2 NH₃ + NO + NO₂ → 2 N₂ + 3 H₂O, soweit Quereinflüsse oder unvollständige Umsetzungen entstehen, kommt es im weiteren Verlauf zu Verbindungen mit dem Brandkalk CaO.
Bei der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist zum Erreichen dieser Vielfachreinigungsvorgänge vorgesehen, daß diese gekennzeichnet ist durch ein Gehäuse mit Isolierschicht, in das eine Füllung aus einem Granulat und zugemischtem Sorptionsmaterial eingebracht ist, einen Schleusenboden mit gleichmäßig verteilten, verstellbaren Durchtrittskanälen für das Granulat und die mitgeführten Partikel, eine Siebeinrichtung zur Trennung von Granulat und abgereinigtem Staub, eine Dosiereinrichtung zur Beimischung des in einem Behälter befindlichen Sorptionsmaterials zu dem Granulat, eine Fördereinrichtung zur Rückführung des aus dem Gehäuse ausgetretenen Granulats, eine Rohgaszufuhrvorrichtung, eine darüber angeordnete Heizeinrichtung zur Erzeugung einer Heizzone, und eine über dieser angeordnete Rohgasabführvorrichtung.
Die Ausbildung und Aufrechterhaltung der Heizzone läßt sich vorteilhaft dadurch erreichen, daß die anfängliche Aufheizung der Heizzone mittels gleichmäßig über dem Gehäusequerschnitt eingeleitetem Heizgas erfolgt und daß nach Erreichen der für die Nachverbrennung und Reaktion erforderlichen Temperatur das Heizgas dem Abgas beigemischt und mit diesem zugeführt wird, wobei günstigerweise die Temperatur in der Heizzone erfaßt und durch Steuern der Heizeinrichtung bzw. der Heizgaszufuhr reguliert wird.
Die Einhaltung der Temperaturverhältnisse in dem Gehäuse läßt sich dadurch sicherstellen, daß die Temperaturdifferenz zwischen eingeleitetem Abgas bzw. Rohgas und abgeführtem Reingas auf einem gewünschten Wert gehalten wird, indem der Durchsatz der Granulatmasse über in Abhängigkeit von ihr betätigte Stellglieder am Schleusenboden geändert wird.
Zur Entsorgung wird der abgereinigte Staub in einen geschlossenen Aufnahmebehälter gefördert.
Für eine genaue Dosierung wird die Zudosierung des Sorptionsmaterials in Abhängigkeit des Reingaszustandes vorgenommen. Dabei ist es für die Zugänglichkeit der Mischstelle günstig, wenn diese in etwa auf dem Niveau des Behälterbodens liegt.
Ist das Granulat zugleich ein Katalysator, so ist die Zugabe von Ammoniak in den Rohgasstrom und die Entstickung bei z. B. 400°C möglich. Zur Nachverbrennung und Entschwefelung wird die Heizzone auf etwa 800° C bis 1000°C, insbesondere auf 800° C bis 900° C und vorzugsweise auf 850°C aufgeheizt. Wird der kühlste Querschnittsbereich zwischen der Abgaszufuhr- und Reingasabfuhrstelle etwa auf 400°C gehalten, so sind einerseits die erforderlichen Reaktionen für die Abgasreinigung möglich und andererseits wird, insbesondere wenn der Rezirkulationskreislauf des wiederzugeführten Füllgutes wärmeisoliert ist, ein geringer Energieaufwand für die Aufheizung benötigt. Die Temperatur in der Heizzone wird mittels eines Temperaturfühlers zur Absolutmessung und die Temperatur an der Abgaszufuhrstelle und an der Reingasabfuhrstelle mittels je eines weiteren Temperaturfühlers zur Temperaturdifferenzmessung erfaßt. Der Granulatdurchsatz wird auf einfache Weise mittels Stellgliedern an den Durchtrittskanälen im Schleusenboden in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz gesteuert. Eine sichere Funktion beim Gaseintritt in das Gehäuse und der Reingasabführung aus dem Gehäuse ergibt sich dadurch, daß die Rohgaszuführvorrichtung nach unten gerichtete Verteilerkanäle und die Reingasabfuhrvorrichtung nach unten gerichtete Sammelkanäle aufweisen, und daß in der Rohgasabführvorrichtung in einem Reingaskanal ein Gebläse für den Gastransport vorgesehen ist. Hierbei können sich die Kanäle nicht durch Füllgut zusetzen, es findet eine gute Vermischung des Rohgases und eine zuverlässige Entstaubung in dem Füllgut statt.
Für den Fall einer kurzzeitigen Störung ist vorgesehen, daß zwischen dem Rohgaskanal der Rohgaszufuhrvorrichtung und dem Reingaskanal ein Bypassangeordnet ist, und daß der Abgasstrom durch Umschalten von Heizklappen über den Bypass führbar ist.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen mit Multifunktion.
In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen gezeigt, die je nach Prozeß verschiedene Schadstoffe wie Schwefeloxide, Stickoxide, Halogene, Stäube und/oder Schwelgase enthalten können.
In einem Gehäuse 1 mit einer Isolierschicht 2 befindet sich ein Granulat 3 als Wärmeträger und Katalysator und Transportmittel für zugemischtes Sorptionsmaterial 4, insbesondere in Form von Kalksplitt CaCO₃ oder Kalkhydrat Ca(OH)₂ aus einem Behälter in Form eines Silos 5.
Das Granulat 3 mit dem Kalksplitt 4 und anteiligem Staub wandert mittels Schwerkraft abwärts und verläßt über Durchtrittskanäle im Schleusenboden 6 das Gehäuse 1, wobei der Durchsatz mittels Stellgliedern, wie einer Schurre oder einer oder mehreren mit stufenloser Rotationsgeschwindigkeit antreibbaren Wellen verändert werden kann.
Vom Schleusenboden 6 aus erfolgt die Übergabe in eine Siebeinheit 7, in der die Trennung in abgereinigtes Granulat und Staub erfolgt. Das Granulat 3 gelangt über ein Band 8 oder ähnliche Einrichtung zu einem Förderwerk 9, wie z. B. einem Becherwerk, einer Schnecke oder Magnetband, das in einen Füllstutzen 10 übergibt. Der Kreislauf beginnt neu. Die jeweiligen Füllstände werden mit Sonden 11 erfaßt und können zur Anzeige gebracht werden. Den Staub übernimmt eine Transporteinheit beispielsweise in Form eines Bandes 12 mit Übergabe in einen geschlossenen Aufnahmebehälter 13.
Die Dosierung der Kalksplittmengen erfolgt in Abhängigkeit des Reingaszustandes über eine Meßstation 14 und einen Dosierer 15. Ein Zuführband 16 oder eine Schnecke sorgt für die Zugabe zum Fördersystem 9.
Die von einem Emittenten 17 abgehenden Rohgase bzw. Abgase gelangen über einen Rohgaskanal 18 und Verteilerkanäle 19 in die Granulatmasse 3, strömen aufgrund der herrschenden Druckbedingungen aufwärts durch eine Aufwärmzone 20 zu einer Heizzone 21 und weiter über eine Kühlzone 22 zu Sammelkanälen 23 in einen Reingaskanal 24. Den Transport übernimmt ein Gebläse 25 mit Weiterführung zu einem Kamin 26.
Treten Störungen auf, kann über einen Bypass 27 mit Umschaltklappen 28 kurzzeitig direkt abgeblasen werden. Ist das Granulat 3 zugleich ein Katalysator, ist die Zugabe von Ammoniak (NH₃) in den Abgasstrom mit einer Dosierstation 29 möglich und eine Entstickung bei ca. 400°C.
Die Heizzone 21 kann mit Heizgas, das extern erzeugt und über ein Verteilersystem im wesentlichen gleichmäßig über dem Gehäusequerschnitt eingespeist wird, bis vorzugsweise 850°C gebracht werden. Der zudosierte Kalksplitt wird in Brandkalk CaO umgewandelt und kann somit die bekannte Heißgasentschwefelung ermöglichen. Gleichzeitig ist die Einbindung anderer saurer Gase möglich, wie HF, HCl, HNO₃ etc. Die Füllung wirkt wie ein Staubfilter, so daß in der Regel auf eine nachfolgende Entstaubung verzichtet werden kann. Da das Abgas zwangsweise auf z. B. etwa 800°C erhitzt wird, müssen anteilige gasförmige Kohlenwasserstoffe vollständig verbrennen, womit auch die Funktion einer Nachverbrennungsanlage erfüllt ist und diese ersetzt wird.
Mit einer einheitlichen Vorrichtung ist somit eine vollständige Reinigung von Rauchgasen möglich (HF, HCl, SO₂, SO₃, NOx, HNO₃, KW-Stoffe, Staub). Das heißt die Vorrichtung kann in einem einzigen Reaktionsraum insbesondere die Entstaubung, Entschwefelung, Entfluorung, Entstickung und Nachverbrennung vornehmen.
Die Durchsatzmenge des Granulats kann über eine Temperaturdifferenzmessung zwischen eingeleitetem Rohgas und abgeführtem Reingas gesteuert werden, so daß die gewünschten Temperaturzonen aufrechterhalten werden und die gewünschten Reaktionen ablaufen. Zwischen der Abgaseintrittszone und der Heizzone 21 ist die Temperatur des Granulats höher als diejenige des Abgases und das Abgas wird somit aufgeheizt, während nach Passieren der Heizzone 21 die Abgastemperatur höher ist als diejenige des Granulats, so daß das Abgas bis zum Reingasaustritt Wärme an das Granulat abgibt. Folglich wird in der Heizzone minimale Heizenergie benötigt, insbesondere wenn das Granulat in einem wärmeisolierten geschlossenen System geführt und nicht weiter als erforderlich heruntergekühlt wird.
Anfänglich wird zum Ausbilden der Heizzone das Heizgas unmittelbar in diese über ein Verteilersystem geführt, während nach Erreichen der gewünschten Heizzonentemperatur von ca. 850°C die Abgaszufuhr gestartet und das Heizgas dieser beigegeben wird. Die Dosierung des Heizgases erfolgt über eine Messung der Absoluttemperatur in der Heizzone bzw. im Bereich der höchsten Temperatur.
Als temperatur- und formbeständiges, quell- und abriebfestes Granulat hat sich Ferritmaterial bewährt, das die ständigen Temperaturwechsel unbeschadet mitmacht und für die Kreislaufführung besonders geeignet ist. Zudem hat es den Vorteil, daß es schonend mittels Magnetkraft befördert werden kann und katalytische Eigenschaften besitzt.

Claims (21)

1. Verfahren zum Reinigen von Abgasen in einem Gehäuse, in dem eine am Schleusenboden abgenommene und oben rezirkulierend wiederzugeführte Granulatmasse mittels Schwerkraft unter Durchlaufen einer Aufheizzone, einer für eine Nachverbrennung ausreichenden Heizzone und einer Abkühlzone abwärts wandert, während das unterhalb der Heizzone in das Gehäuse eingeführte Abgas durch die Granulatmasse nach oben strömt und nach Durchströmen der Heizzone gereinigt abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Granulatmasse im Zuführstrom Sorptionsmaterial zudosiert wird, daß die Granulatmasse am Schleusenboden über den Gehäuseabschnitt gleichmäßig verteilt abgenommen wird,
daß die Heizzone vor Einleiten des Abgases anfänglich über den Gehäusequerschnitt weitgehend gleichmäßig mittels einer Heizeinrichtung erhitzt wird,
daß nach Erreichen der erforderlichen Reaktionstemperatur der Heizzone das Abgas über ein Verteilersystem unterhalb der Heizzone im wesentlichen gleichmäßig verteilt über den Gehäusequerschnitt eingeleitet und oberhalb der Heizzone abgeführt wird, und
daß unter dem Gehäuseboden eine Trennung von Granulat und festen Reaktionsprodukten bzw. abgereinigtem Staub erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die anfängliche Aufheizung der Heizzone mittels gleichmäßig über den Gehäusequerschnitt eingeleitetem Heizgas erfolgt und
daß nach Erreichen der für die Nachverbrennung erforderlichen Temperatur das Heizgas dem Abgas beigemischt und mit diesem zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Heizzone erfaßt und durch Steuern der Heizeinrichtung bzw. der Heizgaszufuhr reguliert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturdifferenz zwischen eingeleitetem Abgas und abgeführtem Reingas auf einem gewünschten Wert gehalten wird, indem der Durchsatz der Granulatmasse über in Abhängigkeit von ihr betätigte Stellglieder am Schleusenboden geändert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Sorptionsmaterial Kalksplitt oder Kalkhydrat verwendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der abgereinigte Staub in einen geschlossenen Aufnahmebehälter (13) gefördert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zudosierung des Sorptionsmaterials in Abhängigkeit des Reingaszustandes erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumischstelle des Absorptionsmaterials sich in etwa auf dem Niveau des Behälterbodens befindet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Granulat katalytische Eigenschaften besitzt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizzone auf eine Temperatur im Bereich von 800°C bis 1000°C aufgeheizt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizzone auf 800°C bis 900°C aufgeheizt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizzone auf ca. 850°C aufgeheizt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Abgasstrom Ammoniak zugegeben wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Granulatstrom in einem temperaturisolierten System geführt wird.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch
ein Gehäuse (1) mit Isolierschicht (2), in das eine Füllung aus einem Granulat (3) und zugemischtem Sorptionsmaterial (4) eingebracht ist,
einem Schleusenboden (6) mit gleichmäßig verteilten, verstellbaren Durchtrittskanälen für das Granulat und die mitgeführten Partikel,
eine Siebeinrichtung zur Trennung von Granulat und abgereinigtem Staub,
eine Dosiereinrichtung zur Beimischung des in einem Behälter (5) befindlichen Sorptionsmaterials zu dem Granulat,
eine Fördereinrichtung (8, 9) zum Wiederzuführen des aus dem Gehäuse ausgetretenen Granulats,
eine Rohgaszuführvorrichtung (18, 19), eine über der Rohgaszuführebene angeordnete Heizeinrichtung (21.1) zur Erzeugung einer Heizzone (21), und
eine über dieser angeordnete Reingasabführvorrichtung (23, 24, 25, 26).
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß in der Heizzone (21) ein Temperaturfühler (21.2) zur Erfassung der Absoluttemperatur und deren Regulierung vorgesehen ist, und
daß weitere Temperaturfühler zur Erfassung der Temperaturen des eingeleiteten Abgases und des abgeführten Reingases zur Erzeugung eines Temperaturdifferenzsignals und Steuerung des Granulatdurchsatzes vorgesehen sind.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Granulatdurchsatz über Stellglieder an den Durchtrittskanälen in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz gesteuert ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohgaszuführvorrichtung nach unten gerichtete Verteilerkanäle (19) und die Reingasabführvorrichtung nach unten gerichtete Sammelkanäle aufweisen, und daß in der Rohgasabführvorrichtung in einem Reingaskanal (24) ein Gebläse für den Gastransport vorgesehen ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Rohgaskanal (18) der Rohgaszuführvorrichtung und dem Reingaskanal (24) ein Bypass (27) vorgesehen ist, und daß der Abgasstrom durch Umschalten von Heizklappen (28) über den Bypass (24) führbar ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohgaszuführvorrichtung (18, 19) eine Dosierstation (29) zum Beimischen von Ammoniak und Heizgas aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß für den abgereinigten Staub eine Transporteinheit (12) und ein Aufnahmebehälter (13) vorgesehen sind.
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