JP2009242729A - ガスハイドレートのガス化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス化槽の液体相側（例えばガス化槽底部）からガスハイドレートを供給した時に、液体相内でのガスハイドレートの急激な液体表面への上昇を抑えるとともに、効率よくガスハイドレートをガス化するためのガスハイドレートのガス化装置を提供する。
【解決手段】ガス化槽１の液中に、一定以上の粒径のガスハイドレートを液中に留める液中留め部材３を設け、さらに、液中留め部材３に小粒化手段を設けることにより、供給されたガスハイドレートＰを小粒化し、ガス化促進を図りガス化効率を高める。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気圧下のような低圧化で貯蔵されている粒状のガスハイドレートを、水などの液体の入った高圧下のガス化槽内に移して、ハイドレートを分解してガス化するガスハイドレートのガス化装置に関するものである。

天然ガスハイドレート等のガスハイドレートは、ペレット化（粒状体）して、通常大気圧下で貯蔵される。
ガス化後のガスハイドレートの主たる利用方法としては、発電用燃料および都市ガス原料が考えられ、発電用燃料では３．５ＭＰａ以上、都市ガス原料では５．０ＭＰａ以上の高圧が要求されている。ガスハイドレートは、その物性に動力機械に頼ることなく高圧ガスが得られる特性を持つため、その特性を生かした高圧ガス化が可能である。

このガスハイドレートをガス化するには、前記大気圧下で貯蔵されているガスハイドレートを、高圧下のガス化槽内に移す必要がある。この高圧のガス化槽への圧入方式の従来技術として、例えばボールバッチ方式（特許文献１等）や高圧シール型のロータリーフィーダ方式が挙げられる。

しかし、従来の圧入方式は、ガスハイドレートをガス化槽上部の気体相側から投入する構造になっている。そのため、大気圧下のガスハイドレートを一旦、中間容器に移し、該中間容器を圧力的に外部と遮断した状態で、ガス化槽内と同程度以上に昇圧する必要がある。その際、中間容器内は、粒状ガスハイドレート間の空隙に気体が存在する状態であるため、昇圧のために大動力が必要となる問題があった。また、高圧になった中間容器は、再度ガスガイドレートを入れる際に、大気圧まで下げなければならないため、前記昇圧が無駄になる問題があった。

そこで、上記問題を解決するため、ガスハイドレートをガス化槽の液体相側（例えばガス化槽底部）から入れる構造のガスハイドレートのガス化装置が使用されるようになってきている。
特開２００４−７５８４９号公報

しかし、ガスハイドレートをガス化槽の液体相側（例えばガス化槽底部）から入れる構造のガスハイドレートのガス化装置では、ガスハイドレートが液体よりも密度が小さいので、液体相中にガスハイドレートが導入されると同時に、浮力によって直ちに上昇し、液体表面に塊となって滞留する状態になる。

そして、ガスハイドレートのガス化（分解）反応は吸熱反応であるため、液体表面にガスハイドレートの塊が滞留しているとそれらが周囲の液体から熱を奪うため、ガスハイドレート自身が凍ってしまいガス化が阻害され、ガス化槽内でのガス化の効率が非常に悪くなってしまうという欠点を生じる。

本発明はこのような事情に鑑みなされたもので、本発明が解決しようとする課題は、ガス化槽の液体相側（例えばガス化槽底部）からガスハイドレートを供給した時に、液体相内でのガスハイドレートの急激な液体表面への上昇を抑えるとともに、効率よくガスハイドレートをガス化するためのガスハイドレートのガス化装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の第１の態様に係るガスハイドレートのガス化装置は、ガスハイドレートをガス化するガス化槽と、前記ガス化槽の下部に設けられたガスハイドレートの供給部と、前記ガス化槽の液中に設けられて、一定以上の粒径のガスハイドレートを液中に留める液中留め部材と、を備えたことを特徴とする。

本態様によれば、液中に一定以上の粒径のガスハイドレートを留める液中留め部材を設けることにより、ガス化槽の液体相側（例えばガス化槽底部）からガスハイドレートを供給した際に、液中留め部材によってガスハイドレートの急激な液体表面への上昇を抑えることができる。

この作用により、粒径の大きなガスハイドレートは、液中留め部材の部分で液体と反応し、ガスを発生させながらその粒径を小さくして、液中留め部材を通り抜けて上昇していくので、液体表面上に達する時には、殆どがガス化していて液体表面に滞留することはない。よって、ハイドレートのガス化の効率を高めることができる。

なお、最初から液中留め部材を通り抜けるようなガスハイドレートは、粒径がそれほど大きくないため、液体表面上に達する時には既にガス化されている。

本発明の第２の態様に係るガスハイドレートのガス化装置は、第１の態様において、前記液中留め部材は熱媒体の流路により構成されていることを特徴とする。

本態様によれば、液中留め部材の部分でガスハイドレートが滞留し、吸熱反応によってガスハイドレートが凍ったとしても、液中留め部材に熱媒体を流すことにより、ガスハイドレートを融かして液体と反応させることで、ガス化を促進させ、更に液中留め部材の部分でのガスハイドレートの滞留も解消することができる。

本発明の第３の態様に係るガスハイドレートのガス化装置は、第１の態様において、前記液中留め部材は発熱部を備えることを特徴とする。本態様によれば、第２の態様と同様の効果が得られる。

本発明の第４の態様に係るガスハイドレートのガス化装置は、第１の態様から第３の態様のいずれか１つの態様において、前記液中留め部材より下方に、ガスハイドレートを小粒化するための小粒化手段を設けたことを特徴とする。

本態様によれば、液中留め部材より下方で、小粒化手段による作用で既に粒径が小さくなっているガスハイドレートが多く存在するので、ガスハイドレートの表面積が大きくなり液体と反応性も高まってガス化が促進されると共に、液中留め部材の部分でのガスハイドレートの滞留も減少させることができる。

本発明の第５の態様に係るガスハイドレートのガス化装置は、第４の態様において、前記小粒化手段は前記ガス化槽内の液体に旋回流を起こす起流装置で構成されていることを特徴とする。

本態様では、旋回流によって、ガスハイドレートと液体との反応性を高め、ガスハイドレートを小粒化することにより、第４の態様の効果と同様の効果を得ることができる。

本発明の第６の態様に係るガスハイドレートのガス化装置は、第５の態様において、前記起流装置は多段に構成され、一段の起流装置で作られる旋回流は他段の起流装置で作られる旋回流と逆向きになるように構成されていることを特徴とする。

本体様によれば、旋回方向の違う旋回流を作り出すことで、旋回流同士の間に、ガスハイドレートが巻き込まれるような状態で液体と接触するので、ガスハイドレートの小粒化が第５の態様のときよりもさらに促進される。

本発明の第７の態様に係るガスハイドレートのガス化装置は、第４の態様において、前記小粒化手段はガスハイドレートを機械的に砕く解砕装置で構成されていることを特徴とする。

本態様によれば、ガスハイドレートを機械的に解砕装置で砕くので、ガスハイドレートの粒径をかなり小さい状態まで解砕すること（細粒化）が可能となる。

本発明の第８の態様に係るガスハイドレートのガス化装置は、第５または第６の態様において、起流装置にガスハイドレートを機械的に砕く解砕部を備えていることを特徴とする。

旋回流によって、ガスハイドレートと液体との反応性を高めつつ、かつ解砕部によってガスハイドレートを細粒化することにより、ガス化が一層促進されるため、ガスハイドレートのガス化効率を著しく上げることができる。

本発明の第９の態様に係るガスハイドレートのガス化装置は、第１の態様から第８の態様のいずれか１つの態様において、前記液中留め部材より上方に撹拌羽根を設けたことを特徴とする。

本態様によれば、液中留め部材を通り抜けた粒径の小さなガスハイドレートは、撹拌羽根により撹拌されながら、更に液体との反応を高めガス化されるので、ガス化効率もよく、更に液体表面にガスハイドレートが滞留することが殆ど無くなる。

本発明によれば、ガス化槽の液体相側（例えばガス化槽底部）からガスハイドレートを供給した時に、液体相内でのガスハイドレートの急激な液体表面への上昇を抑えるとともに、効率よくガスハイドレートをガス化することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

[第１の実施形態]
第１の実施形態を図１及び図２に沿って説明する。
第１図において、ガス化槽１内は、ガスハイドレートと反応させる水を蓄えた液体相Ｌと、ガスハイドレートと水との反応によって発生するガスを蓄える気体相Ｇを有している。ここで、ガス化槽１内は高圧状態（１〜３ＭＰａ）で保たれ、水温は５〜３０℃に設定されている。

液体相Ｌ中には、供給部２から供給されたガスハイドレートＰを液体相Ｌ中で留めるための液中留め部材３が係止部材４とボルト５とで液体相Ｌ中に固定されている。液中留め部材３の固定位置は、液面より下であればいずれの場所でもよいが、好ましくは、液面とガス化槽１の底部との中間位の位置がよい。なお、液中留め部材３の固定部材・固定方法は公知のものであればいずれのものでも使用できる。

図２には、液中留め部材３の種類が記載されている。（Ａ）は、円形の皿状の盤に孔が設けられ、この孔をガスハイドレートが通り抜けられるようになっている。（Ｂ）は、形状が円形でガスハイドレートが通り抜けられる部分を網状構造にしたものである。

液中留め部材３の形状として、円形状のものを挙げたが、これに限定されるものでなく、ガス化槽１の形状やガスハイドレートの形状等により、液中留め部材３の形状は適宜選択できる。孔や網目の大きさもガスハイドレートの粒径あるいは形状により自由に設定可能である。また、後述する駆動軸２０を貫通させるための穴を設けることも可能である（例えば、図２（Ａ）ａ１）。

液中留め部材３の材質としては、ガス化槽１内は高圧状態になるのでその圧力に耐えられるものであればよく、とくに限定されるものではない。

本発明に係るガスハイドレートのガス化装置は、以上のような構造であるので、供給口２から供給されたガスハイドレートＰが、液面まで一気に上昇することなく、液中留め部材３の部分で、一旦液（水）中に留まり、液（水）と反応してガス化し粒径の小さいガスハイドレートとなる。そして、液中留め部材３の孔等を通り抜け、更に液（水）と反応しながら液面まで上昇するので、液面に到達するころには既にガス化されているか、あるいはガス化され分解して非常に小さな粒径のガスハイドレートになっている（この状態であれば直ちにガス化されてしまう）ので、ガスハイドレートの塊が液面に滞留するようなことはない。従って、ガスハイドレートを効率よくガス化することができる。

なお、ガスハイドレートＰを液体相Ｌ（水）内へ供給する場合には、供給方法は特に限定されないが、ガスハイドレートＰを液体（水）とともに供給する場合には、液体相Ｌ（水）中の液体（水）が利用できる。すなわち、液体相Ｌ（水）中からポンプＰで液体（水）を吸引し熱交換器にて温めてガスハイドレートＰと共に供給部２から供給することも可能である。

[第２の実施形態]
第２の実施形態を図３、図４及び図１８に沿って説明する。
なお、第１の実施形態と重複する部分については説明を省略し、異なる部分について説明することとする。

図１８では、第１の実施態様において、ガスハイドレートＰの供給が多くなった時の液中留め部材３とガスハイドレードＰの関係が示されている。図１２の状態では、液中留め部材３の下方にガスハイドレートＰの塊が滞留している。

この状態では、ガスハイドレートＰのガス化（分解）反応が吸熱反応であるため、液中留め部材３の下方ではガスハイドレートＰの塊が周囲の液体（水）から熱を奪って、ガスハイドレートＰ自身が凍ってしまう。そのため、ガス化が阻害されさらに液中留め部材３が目詰まりを起してガスハイドレートの上昇を抑止し、ガス化槽１内でのガス化の効率が非常に悪くなってしまうという欠点を有している。

ここで、図３（Ａ）には、液中留め部材３として、ガス化槽１内に熱媒体の流路６が設けられた本発明の実施形態が記載されている。また図４（Ａ）には、熱媒体の流路６の実施形態として、チューブを円形状の網状構造（以下「チューブ」）とした場合の上面図が記載されている。

このチューブは、ガス化槽１の外部より、熱媒体を注入口より注入すると、熱媒体がチューブ内を通過する際にチューブを温めながら移動し、排出口より排出される構造となっている。

このため、液中留め部材３として作用しているチューブが温められることにより、チューブの下方にあるガスハイドレードＰが融かされ、融かされたガスハイドレートのガス化が始まり、ガスハイドレートはその粒径を小さくしてチューブの網目を通り抜け上昇していくため、ガスハイドレートのガス化の効率を高めることができる。

チューブの形状については、本実施形態の形状に限定されるものでなく、ガス化槽１の形状等により適宜選択が可能である。

さらに、熱媒体の流路６に換えて、図３（Ｂ）のように液中留め部材３に発熱部６’を備える構造としてもよい。例えば図４（Ｂ）のように電熱線を網状に構成したものをガス化槽１内に設け、熱源はガス化槽１の外部より供給する構造とすれば、液中留め部材３に熱媒体の流路６を使用した時と同様の効果が得られる。

[第３の実施形態]
第３の実施形態を図５に沿って説明する。
なお、第１及び第２の実施態様と重複する部分については説明を省略し、異なる部分について説明することとする。

図５（Ａ）では、液中留め部材３（６、６’）の下方に、ガスハイドレートを小粒化するための小粒化手段７が設けられている。小粒化手段７は、液中留め部材３（６、６’）を貫通しモータＭの動力を用いて駆動する駆動軸２０よって軸支され、駆動軸２０の動きと連動して駆動する。

例えば、駆動軸２０が回転することにより小粒化手段７も回転する。そして、小粒化手段７が回転することにより液体相Ｌ中で供給されたガスハイドレートＰがかき混ぜられ、液体（水）との反応性が高まりガス化が促進され、ガスハイドレートＰの粒径を小さくすることができる。従って、液中留め部材３（６、６’）の下方で滞留するガスハイドレートも少なくなり、液中留め部材３（６、６’）を通り抜けた小粒化されたガスハイドレートは、液体表面に達するまでに更に液体（水）と反応しガス化するので、一層ガス化の効率を高めることができる。

小粒化手段７の駆動の態様は、回転だけでなく、上下方向の駆動、あるいは左右前後方向の駆動であってもよい。各駆動を確保するために、必要であれば駆動軸２０を増設すればよい。

図５（Ｂ）には、小粒化手段７の一実施形態が記載されている。本形態では８枚羽根の態様をしているが、羽根の枚数は特に限定されるものでなく、ガスハイドレートの形状や大きさによって変更が可能である。

また、小粒化手段７の形状についは、羽根形状のものに限定されるものでなく、例えば棒状のものであっても構わない。図５（Ｃ）のように棒状のものを直接駆動軸に対して直角方向に設けることもできる。

[第４の実施形態]
第４の実施形態を図６に沿って説明する。
なお、第１から第３の実施態様と重複する部分については説明を省略し、異なる部分について説明することとする。

図６には、液体相Ｌ中で旋回流を発生させるための起流装置７’が記載されている。
本実施例では、旋回流を発生させるので駆動軸２０は回転運動を行う。起流装置７’は、図６に示したように、液中に旋回流を発生させるために駆動軸２０の垂直方向に対して傾き（角度）をもって構成されている。

第４の実施形態では、第３の実施形態の効果を更に高めるために起流装置７’は、駆動軸２０の垂直方向に対して傾き（角度）をもって構成されるものとした。これにより、ガスハイドレートが旋回流に乗って液体中で液体（水）と反応するので、ガス化および小粒化も第３の実施形態より更に促進される。

[第５の実施形態]
第５の実施形態を図７に沿って説明する。
なお、第１から第４の実施態様と重複する部分については説明を省略し、異なる部分について説明することとする。
第５の実施形態では、第４の実施形態の起流装置７’と駆動軸２０の垂直方向に対しての傾き（角度）が逆方向となるような起流装置７’’を更にもう一段設けた態様である。

本実施形態のような構造とすることで、起流装置７’、７’’が発生させる旋回流の方向が逆向きになり、ガスハイドレートＰは旋回流同士の間に巻き込まれるような状態で液体（水）と接触するので、ガスハイドレートＰの小粒化が第３や第４の態様のときよりもさらに促進される。

なお、本実施形態では、起流装置７’、７’’の２段構成としたが、２段以上の構造としても本発明の効果は得ることができる。

[第６の実施形態]
第６の実施形態を図８及び図９に沿って説明する。
なお、第１及び第２の実施態様と重複する部分については説明を省略し、異なる部分について説明することとする。

図８では、液中留め部材３（６、６’）の下方に、ガスハイドレートを小粒化するための解砕装置８が設けられている。解砕装置８は、機械的にガスハイドレートを砕く解砕装置であり、液中留め部材３（６、６’）を貫通しモータＭの動力を用いて駆動する駆動軸２０よって軸支され、駆動軸２０の動きと連動して駆動する。

例えば、駆動軸２０が回転することにより解砕装置８も回転する。そして、解砕装置８が回転することにより液体相Ｌ中で供給されたガスハイドレートＰがかき混ぜられながら解砕され小粒化し、液体（水）との反応性が高まりガス化が促進される。

本実施形態では回転による効果と解砕装置による解砕の効果により、ガスハイドレートＰの粒径を小さく（細粒化）することができる。従って、液中留め部材３（６、６’）の下方で滞留するガスハイドレートも少なくなり、液中留め部材３（６、６’）を通り抜けた小粒化されたガスハイドレートは、液体表面に達するまでに更に液体（水）と反応しガス化するので、一層ガス化の効率を高めることができる。

解砕装置８の駆動の態様は、回転だけでなく、上下方向の駆動、あるいは左右前後方向の駆動であってもよい。各駆動を確保するために、必要であれば駆動軸２０を増設すればよい。また、解砕装置８を複数段設けることも可能である。

図９から図１５には解砕装置８の種類が記載されている。
図９は、第３の実施形態の図５（Ｂ）の小粒化手段７に解砕刃９を放射状に設けたものである。

図１０から図１５は、解砕装置８の種類を記載したもので、上段に平面図、下段に正面図を記載している。解砕装置８の種類はこれらのものに限定されるものではない。

図１０は、撹拌羽根に解砕刃ｂ１を設けた態様である。本態様は４枚羽根となっているが２枚以上であれば解砕の効果は得られる。解砕刃ｂ１は回転方向の前面にあり、一定の角度α（１０〜６０°）を持つことにより解砕性能が向上する。

また、撹拌羽根はｂ２部分で下折れ（０〜８０°）し、ｂ３部分で上折れ（３０〜９０°）することで、解砕性能が向上する。また、上折れ部分については撹拌羽根にピッチβ（１〜３０°または-１〜-３０°）をつけることで、撹拌効果が向上する。

図１１は、図１０の態様のうち、撹拌羽根の一部をｃ３部分で下折れの状態にした態様であり、解砕刃が設けられた撹拌羽根を上下対象に設けることで解砕性能を向上させたものである。

図１２および図１３は、平型羽根の回転方向前面に解砕刃ｄ１、ｅ１を設けた態様である。図１２は解砕刃ｄ１が円弧状になっており、図１３は解砕刃ｅ１が直線状になっている。

解砕刃ｄ１、ｅ１は、一定の角度α（１０〜６０°）を持つことにより解砕性能が向上する。さらに、図１３に記載したように、ピッチβ（１〜３０°）を有することで撹拌効果も向上する。なお、羽根の枚数は図１２、図１３ともに２枚であるがこれに限定されない。好ましくは２〜６枚が良い。

図１４は、図１３における態様の羽根の一部を上折れにした態様である、本態様ではｆ１部分、ｆ２部分で羽根が上へ折れ曲がっていて、折れ曲がっている部分の角度はα（６０°）、β（２０°）、γ（１０°）であるが、この角度に限定されるものではない。羽根の枚数も同様である。

図１５は、図１１、図１２及び図１４に記載された各態様を組み合わせたものである。なお、組み合わせについては、ガスハイドレートの大きさや形状により適宜変更が可能である。また、解砕装置８が回転によりガスハイドレートを解砕する場合には、回転数はガス化槽１の大きさにもよるが５０〜１０００ｒｐｍ程度である。

[第７の実施形態]
第７の実施形態を図１６に沿って説明する。
なお、他の実施形態と重複する部分については説明を省略し、異なる部分について説明することとする。

本実施形態は、第５の実施形態にガスハイドレートを機械的に解砕する解砕部９を設けた実施形態である。解砕部９は本実施形態では解砕刃であるが、ガスハイドレートが解砕できるものであれば刃以外のものであってもよい。

この実施形態では、第５の実施形態の効果に加え、さらに解砕部９によりガスハイドレートが小粒化されるので、ガス化の効率が一層高まめることができる。

[第８の実施形態]
第８の実施形態を図１７に沿って説明する。
本実施形態は、図１７に記載したように第７の実施形態において液中留め部材３（６、６’）の上方に撹拌羽根１０を設けた実施形態である。撹拌羽根１０を液中留め部材３（６、６’）の上方に設けることで、液中留め部材３（６、６’）を通り抜けてきたガスハイドレートを、撹拌によって更に液体（水）との反応性を高めることで、ガス化が促進されガス化の効率を高めることができる。
なお撹拌羽根１０は第１の実施形態から第７の実施形態にも設けることができる。

本発明の第１の実施形態における概念図。 本発明の第１の実施形態における液中留め部材の平面図。 本発明の第２の実施形態における概念図。 本発明の第２の実施形態におけるにおける液中留め部材の平面図。 本発明の第３の実施形態における概念図。 本発明の第４の実施形態における概念図。 本発明の第５の実施形態における概念図。 本発明の第６の実施形態における概念図。 本発明の第６の実施形態における解砕装置の種類の平面図と正面図。 本発明の第６の実施形態における解砕装置の種類の平面図と正面図。 本発明の第６の実施形態における解砕装置の種類の平面図と正面図。 本発明の第６の実施形態における解砕装置の種類の平面図と正面図。 本発明の第６の実施形態における解砕装置の種類の平面図と正面図。 本発明の第６の実施形態における解砕装置の種類の平面図と正面図。 本発明の第６の実施形態における解砕装置の種類の平面図と正面図。 本発明の第７の実施形態における概念図。 本発明の第８の実施形態における概念図。 第１の実施態様において、ガスハイドレートが供給された際の概念図。

符号の説明

１ ガス化槽、 ２ 供給部、 ３、６、６’ 液中留め部材、 ４係止部、 ５ボルト、 ７ 小粒化手段、 ７、７’起流装置、 ８ 解砕装置、 ９ 解砕刃、 １０ 撹拌羽根、 Ｇ 気体相、 Ｌ 液体相、 Ｐ ポンプ、 Ｈ 熱源、 Ｎ 熱交換器

Claims (9)

1. ガスハイドレートをガス化するガス化槽と、
   前記ガス化槽の下部に設けられたガスハイドレートの供給部と、
   前記ガス化槽の液中に設けられて、一定以上の粒径のガスハイドレートを液中に留める液中留め部材と、
   を備えたことを特徴とするガスハイドレートのガス化装置。
2. 請求項１に記載のガスハイドレートのガス化装置において、前記液中留め部材は熱媒体の流路により構成されていることを特徴とするガスハイドレートのガス化装置。
3. 請求項１に記載のガスハイドレートのガス化装置において、前記液中留め部材は発熱部を備えることを特徴とするガスハイドレートのガス化装置。
4. 請求項１から請求項３に記載のいずれか１項のガスハイドレートのガス化装置において、前記液中留め部材より下方に、ガスハイドレートを小粒化するための小粒化手段を設けたことを特徴とするガスハイドレートのガス化装置。
5. 請求項４に記載のガスハイドレートのガス化装置において、前記小粒化手段は前記ガス化槽内の液体に旋回流を起こす起流装置で構成されていることを特徴とするガスハイドレートのガス化装置。
6. 請求項５に記載のガスハイドレートのガス化装置において、前記起流装置は多段に構成され、一段の起流装置で作られる旋回流は他段の起流装置で作られる旋回流と逆向きになるように構成されていることを特徴とするガスハイドレートのガス化装置。
7. 請求項４に記載のガスハイドレートのガス化装置において、前記小粒化手段はガスハイドレートを機械的に砕く解砕装置で構成されていることを特徴とするガスハイドレートのガス化装置。
8. 請求項５または請求項６に記載のガスハイドレートのガス化装置において、前記起流装置にガスハイドレートを機械的に砕く解砕部を備えていることを特徴とするガスハイドレートのガス化装置。
9. 請求項１から請求項８に記載のいずれか１項のガスハイドレートのガス化装置において、前記液中留め部材より上方に撹拌羽根を設けたことを特徴とするガスハイドレートのガス化装置。

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