JP2005061353A - 低濃度揮発性有機溶剤含有ガスの処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 本発明は、低濃度の揮発性有機溶剤が含有しているガスを、効率よく、且つ、揮発性有機溶剤をガスタービンエンジンの燃料の一部として用いることで燃料を減らしそれだけ省エネルギにも貢献できる低濃度揮発性有機溶剤の処理装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 低濃度VOCを含有している空気(低濃度VOC含有ガス)より、VOCを吸着し、濃度を高めて(濃縮VOC含有ガスとして)排出する濃縮装置1と、濃縮装置1にて排出された濃縮VOC含有ガスを冷却する冷却装置2と、冷却装置2にて冷却された濃縮VOC含有ガスを、燃焼用酸素を含有する吸気ガスとして燃料と混合した混合ガス燃焼させて動力を発生するガスタービンエンジン3と、ガスタービンエンジン3に連設され発電を行う発電機4とを有する低濃揮発性有機溶剤含有ガスの処理装置A。
【選択図】 図1
【解決手段】 低濃度VOCを含有している空気(低濃度VOC含有ガス)より、VOCを吸着し、濃度を高めて(濃縮VOC含有ガスとして)排出する濃縮装置1と、濃縮装置1にて排出された濃縮VOC含有ガスを冷却する冷却装置2と、冷却装置2にて冷却された濃縮VOC含有ガスを、燃焼用酸素を含有する吸気ガスとして燃料と混合した混合ガス燃焼させて動力を発生するガスタービンエンジン3と、ガスタービンエンジン3に連設され発電を行う発電機4とを有する低濃揮発性有機溶剤含有ガスの処理装置A。
【選択図】 図1
Description
本発明は、工場内に散出する揮発性有機溶剤を含むガスを効率よく処理するための低濃度揮発性有機溶剤含有ガスの処理装置に関する。
塗装工場、印刷工場等では、大量の揮発性有機溶剤(Volatile Organic Compound:VOC)を使用している。VOCとしては例えば、n−エチルモルピリン、トルエン、エタノール、メタノール、デカブロモジフイニルオキサイド、エチルアセテート、ベンジン、ポリスチレン、トリクロールエチレン等を挙げることができる。前記蒸発したVOCは前記工場内の空間に蒸散されて低濃度VOC含有ガスとして常温状態の空気中に存在していることが多い。この低濃度VOC含有ガスは工場全体に散在しており、めまいや吐き気等人体に悪影響を与えるものも多く含まれている。また、前記の低濃度VOC含有ガスが処理されることなく多量に大気中に放出されている場合も多くある。
そこで、前記工場内の低濃度VOC含有ガスを処理する方法として、前記工場内に散在している低濃度VOC含有ガスを集めて、濃縮装置にて濃縮しVOC濃度を高めた濃縮ガスを直接燃焼方式や触媒燃焼方式等の排ガス用の燃焼装置に導入してVOCを燃焼処理すると共に、該燃焼装置から排出される燃焼排気が保有している熱を熱交換器等により回収する方法が用いられている。
また、前記低濃度VOC含有ガスや前記濃縮装置にて濃縮したVOC含有ガスを燃焼用酸素含有ガスとして、燃料と共に工場熱源用のボイラに供給することでVOCを燃焼させて処理する方法も用いられている。
さらに上述のような従来の低濃度VOC含有ガスの処理方法よりも、熱の回収効率のよい方法として、低濃度VOC含有ガスを濃縮装置でVOC濃度を高め、該濃度を高めたVOC含有ガスを燃焼用酸素含有ガスとして発電用ガスタービンエンジンの吸入空気として用いる方法がある。
図4に従来の低濃度VOC含有ガスの処理装置の概略配置図を、図2に濃縮装置の概略図を示す。
図4に示す低濃度VOC含有ガスの処理装置Bは、大まかに以下のとおり動作する。低濃度VOC含有ガスを濃縮装置1に送り、濃縮装置1に送られてきた低濃度VOC含有ガスは濃縮装置1の吸着剤にてVOCを取り除かれる。VOCを取り除かれた空気は空調配管等を利用して所定の位置に送られるか、大気中に解放される。
図2に示すように濃縮装置1は、中心軸10を回動可能に支持された円筒形のケース11と、ケース11を支える支持部材12と、ケース11内部に充填されるVOCを吸着する吸着剤13と、低濃度VOC含有ガスを供給するガス供給配管14と、VOCが吸着剤13にて吸着されることで浄化された浄化空気を送出する浄化空気送出配管15と、VOCを吸着した吸着剤13に高温の乾燥空気を吹き付ける乾燥熱風供給配管16と、VOCを含有している高温の乾燥空気を排出するガス排出配管17とを備えている。
吸着剤13にて吸着されたVOCは、熱によって吸着剤13より脱着される。すなわち、乾燥熱風供給配管16より吸着剤13に高温の乾燥空気を吹き付けることで吸着剤13に吸着されているVOCを脱着し、高温の乾燥空気と共に排出配管17より排出する。このとき、ガス供給配管14より供給される空気よりも少ない量の高温の乾燥空気で脱着することで、VOC含有濃度が高く、高温の空気を排出配管17から排出する。
吸着剤13からVOCを脱着する方法としては、上述のように熱を使う方法以外に、減圧による脱着、不活性ガスによる脱着、他の吸着剤や溶媒を加える置換脱着等があるが、低濃度VOCガスは、複数種のVOCを含んだガスである場合があるので、熱以外の方法ではVOCの成分ごとに脱着を行わなければならず、非常に手間がかかる。
そして、濃縮装置1にてVOC成分が濃縮されたVOC含有ガスは燃焼用酸素含有ガスとして、ガスタービンエンジン3の吸気管31に送られ、圧縮機3Cにて圧縮される。圧縮された燃焼用酸素含有ガスは再生器3Rにて後述のタービン3Tより排出される排ガスと熱交換を行い、燃焼室3Bに送られる。燃焼室3Bでは燃焼用酸素含有ガスと燃料を混合した混合ガスを燃焼させ燃焼ガスをタービン3Tに送ってタービン3Tを回し、タービン3Tに接続されている回転軸32を介して発電機4を駆動して発電する。
回転軸32は圧縮機3Cとも接続しており、タービン3Tにて発生した回転エネルギの一部を圧縮機3Cを駆動させるための回転エネルギとして用いる。タービン3Tより排出された排ガスは再生器3Rに送られ、圧縮機3Cにて圧縮された燃焼用酸素含有ガスに熱を渡す。
特開2002−195052号公報
特開2001−70750号公報
しかしながら、濃縮装置1から排出される濃縮されたVOC含有ガスは高温の乾燥空気にて吸着剤13からVOCを脱着するので、排出される濃縮VOC含有ガスは高温である。
ガスタービンエンジンの場合、圧縮機に送られる空気又は燃焼用酸素を含有したガスは温度が低いほうが効率よく動力を発生することが可能である。前記濃縮装置から排出されてきた排出ガスは高温であり、ガスタービンエンジンの圧縮機に送入するとガスタービンエンジンの出力が上がらない。
このような問題を鑑みて、低濃度の揮発性有機溶剤が含有しているガスを、効率よく、且つ、揮発性有機溶剤をガスタービンエンジンの燃料の一部として用いることで燃料を減らしそれだけ省エネルギにも貢献できる低濃度揮発性有機溶剤の処理装置を提供することを目的とする。
また本発明は、所定エリア内に散在する低濃度の揮発性有機溶剤を含有するガスを効率よく回収し、且つ、揮発性有機溶剤をガスタービンエンジンの燃料の一部として用いる省エネルギコジェネレーションシステムにて処理する低濃度揮発性有機溶剤の処理装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、低濃度の揮発性有機溶剤(VOC)を含有するガスのVOC濃度を高める濃縮装置と、前記濃縮装置にて濃縮されたVOC含有ガスを冷却する冷却装置と、前記冷却装置にて冷却されたVOC含有ガスを燃焼用酸素含有ガスとして動力を発生するガスタービンエンジンと、を有しており、前記ガスタービンエンジンにて前記VOC含有ガスを燃焼用酸素含有ガスとして発電することを特徴とする低濃度揮発性有機溶剤含有ガスの処理装置を提供する。
このようにすることで、低濃度のVOCを含有するガスをガスタービンエンジンの燃料の一部として用いるので、効果的に人体にとって有害なVOC含有ガスを効率よく処理することが可能である。また、濃縮装置より排出された濃縮VOC含有ガスを冷却しているので、ガスタービンエンジンの動作効率も高くなり、それだけ、エネルギ消費を抑えることが可能である。
また本発明は、低濃度の揮発性有機溶剤(VOC)を含有する空気が多く存在する密閉空間と、前記空間に散在する低濃度のVOCを含有するガスのVOC濃度を高め、濃縮VOC含有ガスとして排出する濃縮装置と、前記濃縮装置から排出された前記濃縮VOC含有ガスを冷却する冷却装置と、前記冷却装置にて冷却された前記濃縮VOC含有ガスを燃焼用酸素含有ガスとして用いるガスタービンエンジンと、を有しており、前記濃縮装置にてVOCを吸着された後の空気は前記所定のエリアに戻され、前記濃縮装置には前記VOCを吸着する吸着剤が備えられており、吸着剤に高温の乾燥空気を供給する乾燥熱風供給配管を備えており、前記ガスタービンエンジンは発電機に接続されており、該ガスタービンエンジンのタービンより排出された排気ガスは熱交換器にて新たな空気と熱交換を行い、燃焼にて生成された環境負荷物質を取り除いた後大気中に放出され、前記熱交換器にて熱交換された新たな空気が乾燥熱風供給配管に送られることを特徴とする低濃度揮発性有機溶剤含有ガスの処理装置を提供する。
このようにすることで、密閉空間内に散在された低濃度VOC含有ガスを、ガスタービンエンジンにて発電を行うコジェネレーションシステム等の燃料の一部として用いるので、システム全体で見るとエネルギ消費量を減らすことが可能である。また、冷却によりガスタービンエンジンの動作効率を高めてありさらに効率よく低濃度揮発性有機溶剤含有ガスを処理することが可能である。前記密閉空間内で作業又は生活する場合でも該密閉空間内に散在するVOCガスを効率よくエネルギに変換することで処理するので、快適に作業又は生活をすることが可能である。
前記密閉空間としては工場を挙げることができる。前記工場としては、製紙工場やゴム、粘着テープ、磁気テープ、パッキン及び繊維を取り扱う工場を上げることができるが、これに限定されるものではなく、作業途中にVOC含有ガスが発生する工場に対し広く採用することが可能なシステムである。
前記冷却装置としては、例えば冷媒として水を用いる水冷式の冷却装置を挙げることができる。前記冷媒としてはアンモニア、プロパン、二酸化炭素、フロン等の物質を広く採用することが可能である。また、冷媒式の冷却装置に限られるものではなく、濃縮装置より排出されてきた濃縮VOC含有ガスをガスタービンエンジンの動作効率を高めることができる温度まで冷却することができるものを広く採用することが可能である。
また前記冷却装置として、外部と熱を交換するための熱交換器であるものも例示できる。外部と熱交換することで、ガスタービンエンジンの吸気温度を下げることができると共に、熱を他の部分に効率よく受け渡すことが可能であり、それだけ省エネルギである。
本発明によると、低濃度の揮発性有機溶剤が含有しているガスを、効率よく、且つ、揮発性有機溶剤をガスタービンエンジンの燃料の一部として用いることで燃料を減らしそれだけ省エネルギにも貢献できる低濃度揮発性有機溶剤の処理装置を提供することができる。
また本発明によると、所定エリア内に散在する低濃度の揮発性有機溶剤を含有するガスを効率よく回収し、且つ、揮発性有機溶剤をガスタービンエンジンの燃料の一部として用いる省エネルギコジェネレーションシステムにて処理する低濃度揮発性有機溶剤の処理装置を提供することができる。
本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。
図1は本発明にかかる揮発性有機溶剤の処理装置の概略配置図である。従来の揮発性有機溶剤の処理装置と実質上同一の部材には、便宜上同一の符号が付してある。
図1に示す揮発性有機溶剤(VOC)の処理装置Aは、VOCを低濃度で含有している空気(低濃度VOC含有ガス)より、VOCを吸着し、濃度を高めて(濃縮VOC含有ガスとして)排出する濃縮装置1と、濃縮装置1にて排出された濃縮VOC含有ガスを冷却する冷却装置2と、冷却装置2にて冷却された濃縮VOC含有ガスを、燃焼用酸素を含有する吸気ガスとして燃料と混合した混合ガス燃焼させて動力を発生するガスタービンエンジン3と、ガスタービンエンジン3に連設され発電を行う発電機4と、ガスタービンより排出される排ガスから熱を吸収する熱交換器5とを備えている。
VOCとしては、n−エチルモルピリン、トルエン、エタノール、メタノール、デカブロモジフイニルオキサイド、エチルアセテート、ベンジン、ポリスチレン、トリクロールエチレン等を挙げることができる。
図2(A)に濃縮装置の概略斜視図を図2(B)に側面図をそれぞれ示す。
図1及び図2(A)、(B)に示す濃縮装置1は円筒形のケース11と、ケース11を回動可能に支持する支持部材12と、ケース11内部に収納される吸着剤13と、ケース11と同径の低濃度VOC含有ガスを供給するガス供給配管14と、吸着剤13にてVOCが吸着されることで浄化された空気を送出するケース11と同径の浄化空気送出配管15と、吸着剤13に高温の乾燥空気を吹き付けるケース11の一部に設けられた熱風供給配管16と、VOCを含有している高温の乾燥空気を排出する熱風供給配管16と同径のガス排出配管17とを備えている。
円筒形のケース11は中心軸10を有しており、中心軸10にて支持部材12に回動可能に支持されている。また、円筒の内側は中心軸10を中心として、等中心角度(それには限定されないがここでは45°)間隔で8個の小空間111〜118に分割されている。この小空間111〜118のそれぞれの内部には吸着剤13が充填されている。円筒ケース11の円筒の両端部11s、11eはメッシュ状に形成されており吸着剤13が、ケース11よりはみ出さず、且つ、ガス供給配管14から供給されるVOC含有ガスが自由に通過できるようになっている。また、円筒両端部の形状はメッシュに限られるものではなく、VOCを含有するガスが自由に通ることができ、吸着剤13が脱落しない形状のものを広く採用することができる。
吸着剤13はガス供給配管14より供給される低濃度VOC含有ガスからVOCを吸着することで、VOCを取り除くものを広く採用することが可能である。また、吸着剤13よりVOCを脱着する方法としては、熱を用いての脱着、減圧による脱着、不活性ガスによる脱着、他の吸着剤や溶媒を加える置換脱着等があるが、ここでは熱を用いての脱着を採用している。他の方法の場合、VOCの種類に合わせて個別に対応しなくてならず、非常に手間とコストがかかるため、ここでは熱を用いての脱着を採用し、熱を用いた脱着方法に適当な吸着剤として活性炭を使用している。
高温の乾燥空気を吸着剤13に吹き付ける熱風供給配管16は、図2(A)、(B)に示すように、ケース11の上端部エリア18に取り付けられている。ここで、ガス供給配管14は上端部エリア18以外の部分のみ低濃度VOC含有ガスを吹き付けるものである。また、浄化空気送出配管15も上端部エリア18を避けて配管されている。
ケース11は所定のタイミングで図2(B)に示す矢印ar1で示す方向に回動しており、小空間111〜118に備えられた吸着剤13に吸着されたVOCは、熱風供給配管16が取り付けられた上端部エリア18に到達したときに、熱風供給配管16より吹き付けられる高温の乾燥空気にて吸着剤13より脱着され、高温の乾燥空気に溶出する。高温の乾燥空気は、ガス供給配管14より供給された低濃度VOC含有ガスよりも小さい体積であり、結果として、VOC濃度は上昇する。
濃縮VOC含有ガスは熱風供給配管16のケース11を挟んで反対側に取り付けられたガス排出配管17より、濃縮装置11の外部に排出される。排出された濃縮VOC含有ガスは、高温であり、そのままではガスタービンエンジン3の燃焼用空気含有ガスとして適切ではないので、冷却装置2に送られる。冷却装置2は、それには限定されないがここでは、冷媒式の冷却装置を採用している。
冷却装置2にて冷却された濃縮VOC含有ガスは燃焼用酸素含有ガスとして、ガスタービンエンジン3の吸気管31に送られ、圧縮機3Cにて圧縮される。圧縮された燃焼用酸素含有ガスは再生器3Rにて後述のタービン3Tより排出される排ガスと熱交換を行い、燃焼室3Bに送られる。燃焼室3Bでは燃焼用酸素含有ガスと燃料を混合した混合ガスを燃焼させ燃焼ガスをタービン3Tに送ってタービン3Tに接続されている回転軸32と接続されている発電機4を駆動して発電する。
タービン3Tから排出される高温の排出ガスは、再生器3Rに送られて、圧縮機3Cにて圧縮された濃縮VOC含有ガスに熱をわたす。排ガスは再生器3Rにて濃縮VOC含有ガスに熱をわたしても、十分高温であり、熱交換器5にて、外部に熱をわたす。このとき熱交換器5内部に送られた水は排ガスより熱を奪い、蒸気として熱交換器5より排出される。
以上のように、VOCを濃縮VOC含有ガスとして燃料と混合し、燃焼するので、所定の熱量を得るためにもVOCが燃焼するときに発生する熱の分だけ燃料を減らすことが可能であり、それだけ、省エネルギで発電することが可能である。また、ガスタービンエンジン3は吸気温度が低いほうが動作効率は高いことは周知の事実であり、吸気管31に濃縮VOC含有ガスを送る前に冷却装置2を用いて冷却しているので、ガスタービンエンジン3の動作効率が高くなる。
図3に本発明にかかる低濃度VOC含有ガスの処理装置の一例を採用した塗装工場の概略配置図を示す。
塗装工場において、塗装に用いる塗料やシンナーには多くのVOCが含まれており、蒸発したVOCが工場内の空気と混ざって低濃度VOC含有ガスとなり、工場内部に広く散在する。また、塗装工場では、ゴミや塵を嫌って密閉されており、さらには、塗装品質を保つために温度、湿度の管理も行われている。
図3に示す塗装工場FA内部に散在した低濃度VOCガスを、空調配管ACを用いて工場FA内部の空気と共に濃縮装置1に送る。このとき、工場FA内部は空気調節がされてあり、温度は30℃である。濃縮装置1の吸着剤13は低濃度VOC含有ガスよりVOCを吸着してVOCを取り除き、VOCを取り除かれ、浄化された空気は空調配管ACを通って工場内に戻される。
吸着剤13に熱風供給配管16より高温の乾燥空気を吹き付けて、吸着されたVOCを脱着する。ここで供給される高温の乾燥空気の温度は150℃である。VOCは熱風供給配管16より吹き付けられる高温の乾燥空気にて吸着剤13より脱着され、高温の乾燥空気に溶出する。高温の乾燥空気は、ガス供給配管14より供給された低濃度VOC含有ガスよりも小さい体積であり、結果として、VOC濃度は上昇する。
濃縮VOC含有ガスは熱風供給配管16のケース11を挟んで反対側に取り付けられたガス排出配管17より、濃縮装置1の外部に排出される。排出された濃縮VOC含有ガスは約50℃であり、そのままではガスタービンエンジン3の吸気として適切ではないので、冷却装置2に送られる。冷却装置2は、それには限定されないがここでは、冷媒式の冷却装置を採用している。濃縮VOC含有ガスは冷却装置2にて、約20℃まで冷却されてガスタービンエンジン3の吸気として吸気管31に送られる。
濃縮VOC含有ガスは燃焼用酸素含有ガスとして、ガスタービンエンジン3を駆動し、ガスタービンエンジン3に接続された発電機4にて発電した後、排ガスとして排出される。このとき、ガスタービンエンジン3のタービン3Tより排出されたときの温度は約500℃である。排ガスは熱交換器5に送られ、熱交換器5で水と熱交換する。排ガスの熱によって加熱された水は加熱蒸気として外部の蒸気にて動作する機器等に送られる。
さらに熱交換器5は、外部よりガスタービンエンジンの燃焼用酸素を多く含む空気を取り込み排ガスと熱交換をすることで、高温の乾燥空気として吐出する。このとき、熱交換器5より吐出される乾燥空気の温度は約150℃である。この高温の乾燥空気は濃縮装置1の熱風供給配管16に送られ、濃縮装置1に供給され、上述のとおり吸着剤13に吹き付けることで吸着剤13に吸着されたVOCを脱着する。
熱交換器5より排出される排ガスは外部に設けられた浄化装置6を通して、排ガス中に含まれる硫黄酸化物、窒化酸素等の環境負荷の高い物質を取り除き大気に排出される。
以上のようにして、塗装工場FAの内部の低濃度VOC含有ガスを効率的に処理すると共に、VOCをガスタービンエンジン3の補助燃料として用いるので、コジェネレーションシステムの燃料消費を抑えることが可能である。さらに、ガスタービンエンジン3の吸気温度を下げているので、ガスタービンエンジン3の動作効率を高めることができ、より省エネルギの工場内コジェネレーションシステムとすることが可能である。
上記の実施例では、低濃度揮発性有機溶剤含有ガスの処理装置の適用例として塗装工場を例示しているがそれに限定されるものではなく、製紙工場やゴム、粘着テープ、磁気テープ、パッキン及び繊維を取り扱う工場等、作業途中にVOC含有ガスが発生する工場をに広く適用することが可能である。
1 濃縮装置
11 ケース
12 支持部材
13 吸着剤
14 ガス供給配管
15 浄化空気送出配管
16 熱風供給配管
17 ガス排出配管
18 上端部エリア
2 冷却装置
3 ガスタービンエンジン
3C 圧縮機
3T タービン
3R 再生器
3B 燃焼室
31 吸気管
32 回転軸
4 発電機
5 熱交換器
6 浄化装置
11 ケース
12 支持部材
13 吸着剤
14 ガス供給配管
15 浄化空気送出配管
16 熱風供給配管
17 ガス排出配管
18 上端部エリア
2 冷却装置
3 ガスタービンエンジン
3C 圧縮機
3T タービン
3R 再生器
3B 燃焼室
31 吸気管
32 回転軸
4 発電機
5 熱交換器
6 浄化装置
Claims (6)
- 低濃度の揮発性有機溶剤(VOC)を含有するガスのVOC濃度を高め、濃縮VOC含有ガスとする濃縮装置と、
前記濃縮装置にて濃縮された濃縮VOC含有ガスを冷却する冷却装置と、
前記冷却装置にて冷却されたVOC含有ガスを燃焼用酸素含有ガスとして動力を発生するガスタービンエンジンと、を有しており、
前記ガスタービンエンジンにて前記VOC含有ガスを燃焼用酸素含有ガスとして発電することを特徴とする低濃度揮発性有機溶剤含有ガスの処理装置。 - 前記冷却装置は冷媒式の冷却装置である請求項1に記載の低濃度揮発性有機溶剤含有ガスの処理装置。
- 低濃度の揮発性有機溶剤(VOC)を含有する空気が多く存在する密閉空間と、
前記空間に散在する低濃度のVOCを含有するガスのVOC濃度を高め、濃縮VOC含有ガスとして排出する濃縮装置と、
前記濃縮装置から排出された前記濃縮VOC含有ガスを冷却する冷却装置と、
前記冷却装置にて冷却された前記濃縮VOC含有ガスを燃焼用酸素含有ガスとして用いるガスタービンエンジンと、
前記ガスタービンより排出されるガスの熱を吸収する熱交換器と、を有しており、
前記濃縮装置にてVOCを吸着された後の空気は前記所定のエリアに戻され、
前記濃縮装置には前記VOCを吸着する吸着剤が備えられており、吸着剤に高温の乾燥空気を供給する乾燥熱風供給配管を備えており、
前記ガスタービンエンジンは発電機に接続されており、該ガスタービンエンジンのタービンより排出された排気ガスは熱交換器にて新たな空気と熱交換を行い、燃焼にて生成された環境負荷物質を取り除いた後に大気中に放出され、前記熱交換器にて熱交換された新たな空気が前記濃縮装置の乾燥熱風供給配管に送られることを特徴とする低濃度揮発性有機溶剤含有ガスの処理装置。 - 前記密閉空間は工場であることを特徴とする請求項3に記載の揮発性有機溶剤の処理装置。
- 前記冷却装置は冷媒式の冷却装置である請求項3又は請求項4に記載の低濃度揮発性有機溶剤含有ガスの処理装置。
- 前記冷却装置は外部と熱を交換するための熱交換器である請求項3又は請求項4に記載の低濃度揮発性有機溶剤含有ガスの処理装置。
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