JP5396464B2 - 乾式排ガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、乾式排ガス処理装置に関する。

ボイラー、焼却炉あるいは焼結炉からの排ガス等を処理する装置として、吸着塔内に導入された吸着材に排ガスを接触させて、ＳＯｘ（硫黄酸化物）やＮＯｘ（窒素酸化物）等といった排ガス中の各種有害物質を除去する乾式排ガス処理装置が知られている。
吸着材としては、炭素質吸着材、アルミナ質吸着材、シリカ質吸着材等が例示されるが、炭素質ものが比較的低温での処理が可能であり、各種の有害物質を同時に除去できるので優れている。炭素質吸着材としては、活性炭、活性コークス等が例示され、特に、０．５〜４ｃｍ程度のペレット化した吸着材が好ましく、これらの吸着材は、公知である。

この装置において、排ガス中のＳＯｘは、硫酸として吸着材に吸着されて除去される。また、前処理として、排ガス中にアンモニアが注入された場合には、ＳＯｘはアンモニウム塩として吸着されるとともに、吸着材の触媒作用によってＮＯｘは窒素と水に還元されて無害化される。その他の有害成分は、主に吸着材に吸着されて除去される。

吸着塔において排ガス処理に使用された吸着材には、硫酸、アンモニウム塩等の各種物質が多量に付着しており、その活性度が低下している。そのため、コンベヤ等の移送路を介してこうした吸着材を再生塔に送って加熱再生し、吸着物質を脱離させて活性度を元に戻している。
活性度が回復した吸着材は、コンベヤ等の移送路を介して再び吸着塔に戻される。加熱再生する際には、吸着材からの脱離物をパージするためのガス（キャリアガス）が用いられることがあり、例えば窒素等の不活性ガス等が用いられる。

再生塔において加熱再生する方式として、筒状に立設された再生塔内を流下する吸着材の流れ方向と逆方向に吸着材から吸着物が脱離した脱離ガスを流す向流方式が知られている。この向流方式は、一旦脱離したアンモニア等が吸着材に再吸着されるために、脱離ガス中に殆ど存在しないという利点がある（例えば、特許文献１，２参照）。
そのため、脱離ガスを副生品回収設備へ送出して硫酸又は石膏といった副生品を生成する場合に、洗浄設備の負荷を低減できるため、この方式が優れている。この際、脱離ガスの圧力が一定となるように調節されている。

特許文献１に記載の乾式排ガス処理装置においては、再生塔の上下両端側には、再生塔内への吸着材の導入・導出を規制するとともに、再生塔からの脱離ガスの漏出や再生塔への酸素の流入を規制して、シール性に優れるロックホッパが設けられている。

また、特許文献２に記載の乾式排ガス処理装置においては、再生塔の上下両端には、二連のロータリーバルブが配されている。各二連のロータリーバルブ間には、不活性ガスが注入され、特許文献１の場合と同様に、封止部として再生塔からの脱離ガスの漏出や再生塔への酸素の流入を規制している。
特開２０００−６１２５３号公報 特許第３７２５０１３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の乾式排ガス処理装置は、再生塔の上下両端にロックホッパが配されているので、高いシール性を確保できるものの、ロックホッパ２個分の高さが必要になり、再生塔の高さの制約となる場合がある。

ここで、再生塔の内部の圧力は、脱離ガスの発生量に依存する。そして、脱離ガスの発生量は、吸着塔での吸着材への吸着量や、吸着材移送速度により変化する。
一方、吸着塔の内部の圧力は、排ガス量や、排ガス中のばいじん濃度、吸着塔内の吸着材移送速度に依存する。ただし、排ガス量や、排ガス組成の変化による吸着塔での吸着材への吸着量の変化が、再生塔における脱離ガスの発生量に影響を及ぼすまでには、吸着材が吸着塔からコンベヤ等の移送路を経て再生塔まで移送されるまでの時間を要し、通常数時間から数十時間を要する。そのため、脱離ガスの圧力が一定であっても、再生塔と前後のコンベヤ等の移送路との圧力差が変動してしまうことがある。

この場合、特許文献２に記載の乾式排ガス処理装置では、ロータリーバルブ前後の圧力の変動状態が長時間にわたることになり、シール性が不完全となり、再生塔からの脱離ガスの漏出や再生塔への酸素の流入を防ぐことができない。再生塔から移送路に脱離ガスが漏出すると移送路の腐食を引き起こすだけでなく、更に移送路から脱離ガスが外部へ漏出すると安全上の問題となる。
また、再生塔へ多量に酸素が流入すると、吸着材の異常加熱、燃焼によって吸着材が必要以上に消費されるだけでなく、吸着材の異常燃焼が再生塔内部の損傷を引き起こす可能性を生じ、問題となる。
また、ロータリーバルブはロータの経年的摩耗によってシール性が低下するため、脱離ガスの漏洩量が増加するにつれ、多量のシール用の不活性ガスを注入する必要があり、その経年的な摩耗を見込んだシール量に相当する不活性ガス供給設備を備えなければならない。

本発明は上記事情に鑑みて成されたものであり、再生塔の高さに関する自由度をより確保するとともに、移送路と再生塔との間のシール性の過度的または経年変化に対して追従可能な乾式排ガス処理装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
本発明に係る乾式排ガス処理装置は、排ガス内の有害物質を吸着材を用いて除去させる吸着塔と、前記吸着材から吸着物を脱離させる再生塔と、前記吸着材を前記吸着塔から前記再生塔へ移送する第一移送路と、前記吸着材を前記再生塔から前記吸着塔へ移送する第二移送路と、前記再生塔の端部のいずれか一方に接続されるロックホッパと、前記再生塔の端部のもう一方に接続されるロータリーバルブと、前記吸着材からの脱離物を含む脱離ガスを前記再生塔から排出する脱離ガス導出路と、前記脱離ガス導出路に接続された調節部と、前記ロータリーバルブにおける差圧を検出する一対の圧力計と、前記一対の圧力計から求めた差圧が所定の範囲を超えた場合、前記調節部の開度を調整して前記ロータリーバルブにかかる圧力を一定の範囲内に抑える制御部と、を備えることを特徴とする。

この発明は、ロックホッパが再生塔の端部の何れか一方のみに配されているので、両端部に配される場合より装置全体の高さを低くすることができる。
また、調節部によってロータリーバルブにおける差圧が一定の範囲内に維持されるので、ロータリーバルブにかかる圧力を一定の範囲内に抑えることができる。したがって、ロータリーバルブの過度的または経年変化にかかわらず封止部前後の気密性を維持することができる。
再生塔内の圧力が高まって第一差圧又は第二差圧が一定の範囲を超えたとき、調節部を調整することによって再生塔内の圧力を変動させ、封止部における差圧を一定の範囲内に維持することができる。

本発明に係る乾式排ガス処理装置は、前記再生塔内を負圧とする場合、前記ロックホッパが前記第一移送路と前記再生塔の間に接続され、前記ロータリーバルブが前記第二移送路と前記再生塔の間に接続されることを特徴とする。

本発明に係る乾式排ガス処理装置は、前記脱離ガス導出路に洗浄塔が接続されることを特徴とする。

本発明によれば、再生塔の高さに関する自由度をより確保することができる。そして、移送路と再生塔との間のシール性の過度的または経年変化に対して追従することによってシール性を長期にわたって維持することができる。更には、ロックホッパ、ロータリーバルブ、ロータリーバルブシール用の不活性ガスライン等の構成機器を低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係る乾式排ガス処理装置を示す機能ブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る乾式排ガス処理装置を示す機能ブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る乾式排ガス処理装置を示す機能ブロック図である。 本発明の第４の実施形態に係る乾式排ガス処理装置を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１，４０，５０，６０ 乾式排ガス処理装置
２，５１ 吸着塔
３ 再生塔
４Ａ 第一移送路
４Ｂ 第二移送路
５ ロックホッパ
６ ロータリーバルブ（封止部）
１５ 脱離ガス導出路
３６ 調節弁（調節部）

以下、本発明に係る乾式排ガス処理装置の実施形態について、図を参照して説明する。
図１は、第１の実施形態に係る乾式排ガス処理装置を示す機能ブロック図である。
本実施形態に係る乾式排ガス処理装置１は、吸着塔２と、再生塔３と、吸着塔２及び再生塔３を結んで吸着材を移送する第一移送路４Ａ及び第二移送路４Ｂと、再生塔３の下端側と接続されたロックホッパ５と、再生塔３の上端側と接続されたロータリーバルブ（封止部）６と、吸着材からの脱離物を含む脱離ガスＧを洗浄する洗浄塔７と、を備えている。

吸着塔２は、ＳＯｘ（硫黄酸化物）等のガス中の各種物質を吸着材（例えば、炭素質吸着材、アルミナ質吸着材、シリカ質吸着材等）を用いて吸着除去する処理を行うものである。吸着塔２には、排ガスが導入される排ガス導入口８と、吸着材と接触される吸着塔本体９と、各種物質が吸着除去された排ガスが吸着塔本体９から導出される排ガス導出口１０と、が配されている。

再生塔３は、筒状の再生塔本体１１と、再生塔本体１１と接続された予熱ガス導入路１２、予熱ガス導出路１３、脱離ガス導出路１５、加熱ガス導入路１６、加熱ガス導出路１７、不活性ガス導入路１８、冷却媒体導入路２０、及び冷却媒体導出路２１を備えている。

再生塔本体１１は、従来と同様、貯留室２２、予熱室２３、分離室２５、加熱室２６、及び冷却室２７を備えており、分離室２５が加熱室２６の上部に配されている（脱離ガスの上抜き型）。

貯留室２２は、吸着塔２にて排ガス処理に使用され各種物質を吸着している吸着材が一旦貯留される。
予熱室２３は、予熱室２３内に予熱ガスを導入する予熱ガス導入路１２と、予熱後の予熱ガスを予熱室２３から排出する予熱ガス導出路１３と、が接続されている。予熱室２３では、吸着材が予熱ガスとの熱交換によって１８０℃程度（炭素質材の場合）まで漸次温度上昇される。

分離室２５には、吸着材から分離した脱離物を不活性ガスＩとともに脱離ガスＧとして排出させる脱離ガス導出路１５が接続されている。
加熱室２６は、加熱室２６内に加熱ガスを導入する加熱ガス導入路１６と、加熱後の加熱ガスを加熱室２６内から排出する加熱ガス導出路１７と、が接続されている。加熱室２６内では、各種物質が吸着された吸着材が、加熱ガスを介して４００℃以上、好ましくは４５０℃前後（炭素質材の場合）の高温まで加熱され、吸着物が脱離される。

冷却室２７は、冷却室２７内に冷却媒体を導入する冷却媒体導入路２０と、冷却後の冷却媒体が排出される冷却媒体導出路２１と、が接続されている。
冷却媒体としては空気、水等が使用される。冷却室２７では、脱離物が脱離された吸着材が冷却媒体との熱交換によって冷却される。

第一移送路４Ａは、吸着材を吸着塔２から再生塔３へ移送する。一方、第二移送路４Ｂは、吸着材を再生塔３から吸着塔２に移送する。

脱離ガス導出路１５には、内部の圧力を検出する圧力計２８が配されている。貯留室２２には、内部の圧力を検出する圧力計３０が配されている。再生塔本体１１の下端側には、内部の圧力を検出する圧力計３１が配されている。第一移送路４Ａには、内部の圧力を検出する圧力計３２が配されている。第二移送路４Ｂには、内部の圧力を検出する圧力計３３が配されている。

ここで、脱離ガス導出路１５内の圧力をＰ０、貯留室２２内の圧力をＰ１、再生塔本体１１の下端側内の圧力をＰ２、第一移送路４Ａ内の圧力をＰ３、第二移送路４Ｂ内の圧力をＰ４、再生塔３内と第一移送路４Ａ内との間の差圧を第一差圧、再生塔３内と第二移送路４Ｂ内との間の差圧を第二差圧としたとき、第一差圧はＰ１−Ｐ３、第二差圧はＰ２−Ｐ４と表される。

各圧力の大小関係は、Ｐ０＜Ｐ１＜Ｐ２となり、Ｐ３とＰ４とは略同等となっている。
再生塔への酸素の流入を防ぐため、Ｐ３＜Ｐ１としておくことが望ましく、以下、第二差圧のほうが第一差圧よりも大きい場合（主に再生塔内を正圧とする場合）について述べる。

ロックホッパ５は、第二移送路４Ｂと再生塔３との間の気密性を確保するため、公知の構成にて第二移送路４Ｂ側の再生塔３の一端と接続されている。また、ロータリーバルブ６は、第一移送路４Ａと再生塔３との間の気密性を確保するため、第一移送路４Ａ側の再生塔３の他端と接続されている。

洗浄塔７は、脱離ガス導出路１５と接続されており、脱離ガスＧを洗浄する。洗浄塔７には洗浄後の脱離ガスＧを排出するガス管３５が接続されている。このガス管３５には、第一差圧を一定の範囲内に維持するための調節弁（調節部）３６と、ファン３７と、が接続されている。調節弁３６は、圧力計３０，３２と制御部３８を介して電気的に接続されている。

次に、本実施形態に係る乾式排ガス処理装置１の作用について説明する。
排ガス導入口８から吸着塔２内に導入された排ガスは、吸着塔本体９内で排ガス中の硫黄酸化物等の各種有害物質が吸着材に吸着除去される。
そして、排ガスは、直接あるいは他のガス処理が施された後、排ガス導出口１０から図示しない煙突を介して大気中へと放出される。
一方、吸着物が吸着された吸着材は、第一移送路４Ａを介して再生塔３に移送される。

移送された吸着材は、貯留室２２に導入され、さらに予熱室２３に移動される。そして、予熱ガス導入路１２から予熱室２３内に導入された予熱ガスと吸着材とが熱交換されて、吸着物が吸着された吸着材が１８０℃程度（炭素質材の場合）まで予熱される。予熱後の予熱ガスは、予熱室２３から予熱ガス導出路１３を通して排出される。

予熱室２３から加熱室２６に移動した吸着材は、加熱ガス導入路１６から加熱室２６内に導入された加熱ガスとの熱交換によって４００℃以上（炭素質材の場合）に加熱され、吸着物が脱離される。加熱後の加熱ガスは、加熱室２６から加熱ガス導出路１７を介して排出される。

吸着材から脱離された脱離物は不活性ガスＩに伴って上昇し、脱離ガスＧとして分離室２５から脱離ガス導出路１５を介して排出される。

吸着材は、その後、冷却室２７に移動され、冷却媒体導入路２０から導入された冷却媒体と熱交換されて冷却される。冷却後の冷却媒体は、冷却室２７から冷却媒体導出路２１を介して排出される。

分離室２５から脱離ガス導出路１５を介して排出された脱離ガスＧは、洗浄塔７に送出される。

排ガス量の変化による吸着材の吸着量の変化にともない、再生塔３での脱離ガスＧの発生量が変動してＰ１が高まり第一差圧（Ｐ１−Ｐ３）が所定の範囲を超えた場合、制御部３８の指示により調節弁３６の開度を調整する。
これによって、Ｐ１が低下して、第一差圧が所定の範囲内となる。また、第二差圧の変動に対しては、ロックホッパ５が第二移送路４Ｂと再生塔３との間の気密性を確保しており、再生塔下部から脱離ガスの漏出や再生塔への酸素の流入は生じない。

この乾式排ガス処理装置１によれば、上述のように、調節弁３６によってロータリーバルブ６における第一差圧が一定の範囲内に維持されるので、ロータリーバルブ６にかかる圧力を一定の範囲内に抑えることができる。したがって、分離室２５から予熱室２３、貯留室２２へと脱離ガスが上昇する可能性を最小限に抑えることができる。
このように分離室２５から上部に向かって脱離ガスの上昇が生じた場合にも、脱離ガスの上昇量は微少である。また、貯留室２２に貯留されている吸着材及び予熱器２３を降下する吸着材にて脱離物は十分再吸着されるため、再生塔３から上部への脱離ガスの漏出は生じない。

すなわち、ロータリーバルブ６のシール性の過度的変化に対して追従してロータリーバルブ６前後の気密性を維持することができる。また、ロータリーバルブ６は、ロータの経年的摩耗によってシール性が低下するが、このような経年変化に対しても追従することができる。また、第一差圧が一定の範囲内に維持されることからロータリーバルブは１個で良く、特許文献２の場合よりもロータリーバルブ、ロータリーバルブシール用の不活性ガスライン等の機器数を低減することができる。

さらに、ロックホッパ５が再生塔３の下端側のみに配されているので、再生塔３の上下両端に配される場合よりも装置全体の高さを低くすることができる。したがって、再生塔３の高さに関する自由度をより確保することができる。

特に、調節弁３６が脱離ガス導出路１５に配されているので、再生塔３内の圧力が高まって第一差圧が一定の範囲を超えたとき、調節弁３６を調整することによって再生塔３内の圧力を容易に変動させることができ、第一差圧を一定の範囲内に維持することができる。

次に、第２の実施形態について図２を参照しながら説明する。
図２は、第２の実施形態に係る乾式排ガス処理装置を示す機能ブロック図である。
なお、上述した第１の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第２の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る乾式排ガス処理装置４０の再生塔３における分離室２５と加熱室２６とが、第１の実施形態の上下反転した位置に配されている（脱離ガスの下抜き型）とした点である。

この場合、各圧力の大小関係は、Ｐ０＜Ｐ２＜Ｐ１となり、Ｐ３はＰ４とは略同等となっており、その他の構成は第１の実施形態と同様となっている。

この乾式排ガス処理装置４０によれば、第二差圧のほうが第一差圧よりも大きい場合、第１の実施形態と同様の作用・効果を奏することができる。

次に、第３の実施形態について図３を参照しながら説明する。
図３は、第３の実施形態に係る乾式排ガス処理装置を示す機能ブロック図である。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第３の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る乾式排ガス処理装置５０の吸着塔５１が、第一吸着塔５２及び第二吸着塔５３の上下二段で構成されているとした点である。

第一吸着塔５２には、排ガスが導入される排ガス導入口８Ａと、吸着材と接触される吸着塔本体９Ａと、各種物質が吸着除去された排ガスが吸着塔本体９Ａから導出される排ガス導出口１０Ａと、が配されている。
第二吸着塔５３には、第一吸着塔５２から排出された排ガスが導入される排ガス導入口８Ｂと、吸着材と接触される吸着塔本体９Ｂと、各種物質がさらに除去された排ガスが吸着塔本体９Ｂから導出される排ガス導出口１０Ｂと、が配されている。この場合、Ｐ３はＰ４よりも高い圧力となっている。

次に、本実施形態に係る乾式排ガス処理装置５０の作用について説明する。
排ガス導入口８Ａから第一吸着塔５２内に導入された排ガスは、吸着塔本体９Ａ内で排ガス中の硫黄酸化物等の各種有害物質が吸着材に吸着除去される。その後、排ガスは、排ガス導出口１０Ａから排ガス導入口８Ｂを介して第二吸着塔５３の吸着塔本体９Ｂ内で、さらに各種有害物質が吸着材によって除去される。特に、第一吸着塔５２内で硫黄酸化物が十分に除去されている場合には、排ガス中にアンモニアが注入されることで、第二吸着塔５３内では、窒素酸化物の分解が促進される。

そして、排ガスは、直接あるいは他のガス処理が施された後、図示しない煙突から大気中へと放出される。
一方、吸着物が吸着された吸着材は、第一移送路４Ａを介して再生塔３に移送される。以降は、第１の実施形態と同様の処理がなされる。

この乾式排ガス処理装置５０によっても、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。尚、図３では吸着塔を上下二段としているが、前後、左右二段で構成しても同様の効果が得られる。

次に、第４の実施形態について図４を参照しながら説明する。
図４は、第４の実施形態に係る乾式排ガス処理装置を示す機能ブロック図である。
なお、上述した他の実施形態と同様の構成要素には同一符号を付すとともに説明を省略する。
第４の実施形態と第１の実施形態との異なる点は、本実施形態に係る乾式排ガス処理装置６０のロックホッパ５が再生塔３の上端側と接続され、ロータリーバルブ６が再生塔３の下端側と接続されているとした点である。

本実施形態は、脱離ガスの上抜き型で、第一差圧のほうが第二差圧よりも大きい場合（主に再生塔内を負圧とする場合）に適用する。この場合には、ロックホッパ５とロータリーバルブ６の配設位置が、第１の実施形態と上下反転した位置に配される。各圧力の関係は第一の実施形態と同じであり、この場合にはＰ２＜Ｐ４となっているが、不活性ガスＩの導入にて再生塔への酸素の流入を防いでいる。

この乾式排ガス処理装置６０の作用について説明する。
第１の実施形態と同様に、吸着塔２で硫黄酸化物等の各種有害物質を吸着した吸着材は、第一移送路４Ａを介して再生塔３に移送される。そして、第１の実施形態と同様の処理にて、再生塔３内で加熱再生される。

この際、排ガス量の変化による吸着材の吸着量の変化にともない、再生塔３での脱離ガスＧの発生量が変動してＰ２が高まり第二差圧（Ｐ２−Ｐ４）が所定の範囲を超えた場合、調節弁３６の開度を調整する。これによって、Ｐ２が低下して、第二差圧が所定の範囲内となる。
また、第一差圧の変動に対しては、ロックホッパ５が第一移送路４Ａと再生塔３との間の気密性を確保しており、再生塔上部から脱離ガスの漏出や再生塔への酸素の流入は生じない。

この乾式排ガス処理装置６０によれば、上述のように、調節弁３６によってロータリーバルブ６における第二差圧が一定の範囲内に維持されるので、ロータリーバルブ６にかかる圧力を一定の範囲内に抑えることができる。したがって、加熱室２６から冷却室２７へと脱離ガスが下降する可能性を最小限に抑えることができる。
また、このように加熱室２６から下部に向かって脱離ガスの下降が生じた場合にも、脱離ガスの下降量は微少であり、また、下部から不活性ガスＩが導入されているため、再生塔３から下部への脱離ガスの漏出は生じない。

すなわち、ロータリーバルブ６のシール性の過度的変化に対して追従してロータリーバルブ６前後の気密性を維持することができる。また、ロータリーバルブ６のシール性の経年的変化に対しても追従することができる。また、第二差圧が一定の範囲内に維持されることからロータリーバルブは１個で良く、特許文献２の場合よりもロータリーバルブ、ロータリーバルブシール用の不活性ガスライン等の機器数を低減することができる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

本発明に係る乾式排ガス処理装置は、ボイラー、焼却炉あるいは焼結炉からの排ガス等を処理する装置に適用され、再生塔の高さに関する自由度をより確保しやすくするとともに、移送路と再生塔との間のシール性の過度的または経年変化に対して追従することができる。

Claims (3)

1. 排ガス内の有害物質を吸着材を用いて除去させる吸着塔と、
   前記吸着材から吸着物を脱離させる再生塔と、
   前記吸着材を前記吸着塔から前記再生塔へ移送する第一移送路と、
   前記吸着材を前記再生塔から前記吸着塔へ移送する第二移送路と、
   前記再生塔の端部のいずれか一方に接続されるロックホッパと、
   前記再生塔の端部のもう一方に接続されるロータリーバルブと、
   前記吸着材からの脱離物を含む脱離ガスを前記再生塔から排出する脱離ガス導出路と、
   前記脱離ガス導出路に接続された調節部と、
   前記ロータリーバルブにおける差圧を検出する一対の圧力計と、
   前記一対の圧力計から求めた差圧が所定の範囲を超えた場合、前記調節部の開度を調整して前記ロータリーバルブにかかる圧力を一定の範囲内に抑える制御部と、
   を備えることを特徴とする乾式排ガス処理装置。
2. 前記再生塔内を負圧とする場合、前記ロックホッパが前記第一移送路と前記再生塔の間に接続され、前記ロータリーバルブが前記第二移送路と前記再生塔の間に接続されることを特徴とする請求項１に記載の乾式排ガス処理装置。
3. 前記脱離ガス導出路に洗浄塔が接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の乾式排ガス処理装置。

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