JPH07243758A - 純粋なアルゴンを得るための方法及び装置 - Google Patents

純粋なアルゴンを得るための方法及び装置

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JPH07243758A
JPH07243758A JP7060141A JP6014195A JPH07243758A JP H07243758 A JPH07243758 A JP H07243758A JP 7060141 A JP7060141 A JP 7060141A JP 6014195 A JP6014195 A JP 6014195A JP H07243758 A JPH07243758 A JP H07243758A
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argon column
pure
crude
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アントン・モル
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高い収率および純度で純アルゴンを得るため
の、経済性の高い方法および装置を開発する。 【構成】 本発明方法および装置は純粋なアルゴンを得
るためのものである。少なくとも空気分留カラム
（９）、粗アルゴンカラム（１７）および純アルゴンカ
ラム（２５）を備えた精留システムにおいて空気を分留
する。粗アルゴンカラム（１７）から粗アルゴン留分
（２４）を取り出して、純アルゴンカラム（２５）の中
間地点に導入する。純アルゴンカラム（２５）の頂部は
間接的な熱交換（２９）により冷却される。純アルゴン
カラム（２５）は上部において本質的に窒素を含有する
残部留分（３１）が取り出され、下部において純アルゴ
ン留分（２６）が取り出される。純アルゴンカラム（２
５）における状態変換は少なくとも一部が充填物（３
３、３４）により行われる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、純粋なアルゴンを得る
ための方法および装置に関するものである。本方法にお
いては、少なくとも空気分留カラム（Ｌｕｆｔｚｅｒｌ
ｅｇｅｒｓａｕｌｅ）、粗アルゴンカラムおよび純アル
ゴンカラムを備えた精留システムにおいて空気を分留
し、その際粗アルゴンカラムの粗アルゴン留分を取り出
し、その頂部が特に蒸発留分との間接的な熱交換により
冷却される純アルゴンカラムの中間地点に導入し、そし
てその際純アルゴンカラムの上部領域から本質的に窒素
を含有する残部留分を取り出し、純アルゴンカラムの下
部領域から純アルゴン留分を取り出す。
【０００２】
【従来の技術】純アルゴン採取の基礎はハウゼン／リン
デ（Ｈａｕｓｅｎ／Ｌｉｎｄｅ），Ｔｉｅｆｔｅｍｐｅ
ｒａｔｕｒｔｅｃｈｎｉｋ，第２版，１９８５，３３２
−３３４頁に記載されている。冒頭に挙げた種類の方法
および装置は、そのほか欧州特許ＥＰ−Ｂ−３７７１１
７号、欧州特許出願公開ＥＰ−Ａ−１７１７１１および
ＥＰ−Ａ−３３１０２８号明細書から知られている。ド
イツ特許出願Ｐ−４４０６ ０４９．１およびＰ４４
０６ ０６９．６号明細書ならびにこれらの第１出願に
基づく日本特許出願明細書（これは本出願と同日出願で
ある）にはさらに発展したものが示されている。その場
合は、狭義における空気の分留が一般に複式カラム内で
行われ、その低圧部分から粗アルゴンカラムのための装
入留分が取り出される。酸素含量の低下した粗アルゴン
は、さらに他の精留カラム、すなわち純アルゴンカラム
において、易揮発性不純物、特に窒素を分離される。粗
アルゴンカラムと純アルゴンカラムの間に、場合により
たとえば水素を用いる接触酸化により酸素を除去するた
めのさらに他の工程（デオキソ装置、欧州特許出願公開
ＥＰ−Ａ−１７１７１１またはＥＰ−Ａ−３３１０２８
号明細書を参照されたい）を挿入することができる。
【０００３】粗アルゴン生成物は通常は可能な限り最小
の加圧、すなわち大気圧よりわずかに高い圧力下で得ら
れる。従って、頂部生成物を取り出して循環させるため
に（一般に蒸発した窒素との間接的熱交換における頂部
ガスの凝縮による）、純アルゴンカラムの頂部にさらに
十分な加圧が存在するためには、その圧力は純アルゴン
カラムに導入される前に高められなければならない。こ
のためには多くの場合、相応する資本経費および操作経
費を伴う特殊な圧縮機を中間に挿入する必要がある。こ
れは粗アルゴンの液化および静水圧差（ｈｙｄｒｏｓｔ
ａｔｉｃ Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ）の利用により避けられ
る（欧州特許ＥＰ−Ｂ−３７７１１７号明細書を参照さ
れたい）が、そのためにはもちろん純アルゴンカラムの
高さを考慮する。これは多くの場合、場所的な事情から
高い費用によって初めて満たしうるものである。さら
に、圧縮機を断念するとしばしば一定の純度に限定さ
れ、たとえば純アルゴン生成物において１００ｐｐｂ以
下のオーダーの窒素含量となすことは不可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、純ア
ルゴン生成物の高い収率および純度で純アルゴンを得る
ための、特に高い経済性によって、殊に比較的好都合な
資本経費および操作経費によって優れた、冒頭に挙げた
種類の方法および装置を開発するという課題に基づくも
のである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、純アルゴンカラムにおける状態変換（Ｓｔｏｆｆａ
ｕｓｔａｕｓｃｈ）を少なくとも一部は充填物（Ｐａｃ
ｋｕｎｇ）により行うことによって解決される。本明細
書において充填物という概念には、原則として充填体の
堆積（Ｆｕｌｌｋｏｒｐｅｒｓｃｈｕｔｔｕｎｇ）およ
び配列された充填物が包含される。配列された充填物を
装入することが好ましい。配列された充填物の具体的態
様の例は、たとえばドイツ特許出願公開ＤＥ−Ａ−２７
２２ ４２４、ＤＥ−Ａ−４２０９ １３２またはＤ
Ｅ−Ａ−４２ ２４ ０６８号明細書に記載されてい
る。このような充填物を空気分留器の複式カラムまたは
粗アルゴンカラムにおける通常の精留プレートの代わり
に用いること自体は知られている（欧州特許出願公開Ｅ
Ｐ−Ａ−３２１ １６３号および欧州特許ＥＰ−Ｂ−３
７７ １１７号明細書）が、純アルゴンカラムに装入す
ることは従来有意義であるとは考えられていなかった。
本明細書において“充填物”という概念には、それが単
数で用いられる場合であっても、カラム内の充填体およ
び／または配列された充填物を充填した複数のセクショ
ン（Ａｂｓｃｈｎｉｔｔ）が包含される。
【０００６】本発明に従って充填物を純アルゴンカラム
に装入することによりこのカラムにおける圧力損失が著
しく少なくなるので、粗アルゴンを圧縮するための特別
な処置を省くことができる。（これはもちろん、粗アル
ゴン導管に元来存在する高低の傾斜を一定の圧力上昇の
ために利用することを排除するものではない。）本発明
の範囲において、多くの場合この利点は−これまでの予
想に反して−費用の増大を明らかに凌駕しており、従っ
て全体的な資本経費および／または操作経費を節約しう
ることが明らかになった。
【０００７】粗アルゴン留分が供給される中間地点の上
方の純アルゴンカラムにおける状態変換が少なくとも一
部または本質的に専ら充填物により行われることが特に
好ましいことが証明された。これにより、純アルゴンカ
ラム全体に高価な充填物を装備する必要なしに、本発明
の本質的効果−すなわち純アルゴンカラムの粗アルゴン
供給位置と頂部の凝縮器との間の圧力差が比較的小さい
こと−が達成される。
【０００８】その際、純アルゴンカラムの下部、すなわ
ち粗アルゴン留分が供給される中間地点の下方における
状態変換を一部または同様に本質的に専らプレート（Ｂ
ｏｄｅｎ）により行うこともできる。こうして純アルゴ
ンカラムの大部分に価格が比較的低い状態変換用構成要
素を装備することができる。本発明の範囲において純ア
ルゴンカラムに装入しうるこの種の精留プレートまたは
交換プレートに関する詳細は、ヴィンナッケル／キュヒ
ラー（Ｗｉｎｎａｃｋｅｒ／Ｋｕｃｈｌｅｒ），Ｃｈｅ
ｍｉｓｃｈｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ，７巻，第３版
（１９７５），３．３５１章，１９７−２００頁に記載
されている。
【０００９】純アルゴンカラムの上部に充填物を装入す
る代わりに、またはそれに追加して、粗アルゴン留分が
供給される中間地点の下方の純アルゴンカラムにおける
状態変換を少なくとも一部または本質的に専ら充填物に
より行うこともできる。この場合、充填物の有利な作用
をこれに応じてカラムの高さの大部分にわたって利用し
うる。
【００１０】その際、純アルゴンカラムの頂部は既知の
様式で、そこで蒸発する液体窒素との間接的な熱交換を
受けることができる。しかし純アルゴンカラムの頂部を
冷却するための間接的な熱交換が、少なくとも１０％の
酸素含量を示す冷媒により行われることが特に有利であ
る。これにより、価値ある液体窒素を蒸発させることな
しに−その場合、液体窒素は空気分留カラム（１または
２以上）における精留のために失われる−純アルゴンカ
ラムに必要な循環を達成することができる。
【００１１】その際、冷媒としては各種の液体プロセス
流が用いられる。特に冷媒は、たとえば空気分留カラム
またはそのいずれかの下部領域または中央領域、特に複
式カラムの加圧工程から取り出される。加圧工程からの
溜め液を冷媒として純アルゴンカラムに装入することが
特に好ましい。
【００１２】本発明において前記に定めたものを冷媒に
用いることは、他の留分がたとえば頂部留分に対する間
接的な熱交換の上流で冷媒と混合されることにより同様
に純アルゴンカラムの頂部冷却に寄与するのを排除する
ことを意味するものではない；本明細書において明確に
純アルゴンカラムの頂部における循環を得るために決定
的な冷媒として示される留分の寄与はもちろんである。
【００１３】純アルゴンカラムの溜めの加熱は、純アル
ゴンカラムの下部領域を加圧カラムからの液体留分と
の、特に加圧カラムの下部領域に生じる溜め液との間接
的な熱交換により加熱することによる、顕熱の交換によ
り実施することができる。このような純アルゴンカラム
の加熱様式は、ドイツ特許出願Ｐ４４ ０６ ０６９．
６号およびその優先権を主張する日本特許出願明細書
（これは本出願と同日出願である）に詳述されている。
その際、加圧カラムからの液体留分の少なくとも一部
を、純アルゴンカラムの下部領域の加熱のため間接的な
熱交換の下流で、純アルゴンカラムおよび／または粗ア
ルゴンカラムからの頂部留分（１または２以上）の凝縮
のための冷媒として使用し、これにより溜めの加熱と純
アルゴンカラムの頂部冷却を達成することが好都合であ
る。
【００１４】本発明はさらにこの方法を実施するための
装置、すなわち少なくとも空気分留カラム、粗アルゴン
カラムおよび純アルゴンカラムを備え、その際粗アルゴ
ンカラムと純アルゴンカラムの中間地点とが粗アルゴン
導管により連結されている精留システムであって、少な
くとも純アルゴンカラム内に配置された充填物を含む装
置、ならびに熱交換器が蒸気導管および凝縮液導管を経
て純アルゴンカラムの上部領域と連結し、かつ冷媒導管
を備えており、ならびに冷媒導管が少なくとも１０％の
酸素含量を示す冷媒源と連結している装置に関するもの
である。
【００１５】
【実施例】本発明および本発明の詳細を、以下に図面に
模式的に示した２実施例によって詳述する。これら２実
施例は多くの部分において一致する；互いに対応する処
理工程または装置には同じ参照番号を付けた。
【００１６】大気を１において吸引し、空気圧縮機２に
おいて圧縮し、予備冷却し（３）、モレキュラーシーブ
ステーション（Ｍｏｌｓｉｅｂｓｔａｔｉｏｎ）４にお
いて二酸化炭素および水蒸気を除去し、主熱交換器５に
おいてほぼ露点にまで冷却し、そして最後に導管６を経
て複式カラム７の加圧工程８へ導入する。複式カラム７
の加圧工程８と低圧工程９は、凝縮器−蒸発器１０によ
り熱交換結合状態にある。加圧カラム８からの溜め液１
１および液体窒素１２は、少なくとも一部は低圧カラム
９へ取り込まれる。低圧カラムのガス状生成物、すなわ
ち純粋な窒素１４、不純な窒素１５、およびガス状酸素
１６は主熱交換器５において、分留すべき空気に対して
ほぼ周囲温度に加温される。必要な場合には液状生成物
を、すなわち低圧カラム９の導管１３を経て窒素を、お
よび／または溜めから酸素３６を得ることもできる。特
にこの場合、低温は通常はプロセス流の効率的な放圧に
より、たとえば空気もしくは窒素により駆動される低温
循環の場合は１、２もしくはそれ以上の放圧タービンに
より、または空気をほぼ低圧カラムの水準まで効率的に
放圧するか、もしくは空気の直接供給により得られる。
【００１７】低圧カラム９の中間地点において、アルゴ
ンを含有する酸素留分３７が取り出され、粗アルゴンカ
ラム１７においてこのカラムの頂部に生成する粗アルゴ
ン１８と残液１９に分留され、これは−場合によりポン
プ２０の補助により−低圧カラムへ再供給される。粗ア
ルゴン留分１８は粗アルゴン凝縮器２１において、加圧
カラムから蒸発した溜め液に対して、少なくとも一部は
凝縮される。この凝縮液は一部は循環流として粗アルゴ
ンカラム１７に付与され、他の部分は中間生成物２２、
２４として取り出される。図１には、凝縮していない粗
アルゴンを熱交換器２３内で液体留分（この場合は窒
素）に対して凝縮し、次いで液状で取り出された部分２
２と統合して粗アルゴン留分２４となしうる様子が示さ
れている。純アルゴンカラム２５のための装填材料を形
成する粗アルゴン留分２４は、両方の実施例においてな
お約０．１−１０００ｐｐｍ、特に１０ｐｐｍ未満の難
揮発性成分（特に酸素）および約０．１−５％、特に
０．５−１％の易揮発性不純物（特に窒素）を含有す
る。
【００１８】純アルゴンカラム２５の溜めから、純アル
ゴン生成物２６−特に液状−が取り出される。純アルゴ
ン生成物２６は不純物としてなお約０．１−１０００ｐ
ｐｍ、特に約１ｐｐｍ未満の酸素および０．０５−１０
０ｐｐｍ、特に約１ｐｐｍ以下の窒素を示す。
【００１９】本発明によれば純アルゴンカラムには充填
物、特に配列された充填物が収容される。図示された例
においては、粗アルゴン供給部２４の上方に２つの充填
物セクション３３、３４がある。同様にそこにたとえば
１つの充填物セクションのみがあり、その上方および／
または下方に対流式精留プレートが補足されていてもよ
い。純アルゴンカラムのアルゴン留分２４の供給位置の
上方にある状態変換用構成要素は、２−１５、特に８−
１０理論数のプレートに相当する。
【００２０】粗アルゴン供給部の下方には、３０−５
０、特に約４０−４５理論数のプレートがある。それら
は図面の例においては専らプレート３５によって実現さ
れている；しかし本発明の範囲においてはそれは一部、
本質的に専ら、または専ら、充填物の装入、特に配列さ
れた充填物により行うこともできる。
【００２１】精留システムの他のカラムはプレートおよ
び／または充填物および／または両方の種類の状態変換
用構成要素を収容することができる。図面に示したよう
に、特に粗アルゴンカラムにおいては−特に配列された
−充填物の装入が好ましい。これによって純粋に精留に
よる酸素の分離が可能だからである（欧州特許ＥＰ−Ｂ
−３７７１１７号明細書を参照されたい）。複式カラム
７、特に低圧カラム９も、たとえば配列された充填物を
収容しうる。
【００２２】図１には、純アルゴンカラム２５の一般的
な冷却および加熱に関連して本発明が示される。溜め加
熱器２７は、加圧カラム８の頂部からのガス状窒素２８
により駆動される。２０−８０％、特に４０−６０％ま
でが窒素からなる、純アルゴンカラム２５の頂部ガス２
８は、一部は窒素（溜め加熱器２７からの凝縮液および
／または加圧カラム８からの液体３０）により冷却され
る頂部凝縮器２９において凝縮し、そして他の部分は残
留ガス３１として運び去られる。後者はたとえば大気中
へ放出するか、またはたとえば頂部凝縮器２９において
生じる蒸気３２と共に、低圧カラム９からの不純な窒素
流１５へ供給することができる。
【００２３】図２は、純アルゴンカラム２５に対する熱
の除去および導入の改良形態を示す。これによれば本発
明の利点が特に効果的に達成される。純アルゴンカラム
２５の下部領域への熱の導入のために用いられる熱交換
器２７においては、純アルゴンカラムからの溜め液の一
部を、たとえば１−３バール、特に１．２−２．０バー
ルの圧力下にある、加圧カラム８からの液状の溜め留分
１１に対して蒸発させる。その際加熱媒質１１は過冷却
される。
【００２４】過冷却された加熱媒質１１は、以下におい
て粗アルゴンカラムおよび純アルゴンカラムに対する循
環を達成するための冷媒として利用される。粗アルゴン
カラムの頂部冷却は、凝縮器−蒸発器３９において行わ
れ、ここには本質的に加圧カラム８からの溜め液（熱交
換器２７を貫流したのち）全部が導入される。（加圧カ
ラム８の溜め留分の小部分は、他の様式で、たとえば安
全排出口を経て取り出こともできる。）加圧カラム液体
は、向流過冷却器３８および熱交換器２７を貫通する導
管１１を経て、凝縮器−蒸発器３９へ供給される。粗ア
ルゴンカラム１７の頂部からのガス状粗アルゴンは、導
管１８を経て、凝縮器−蒸発器の液浴内に配置された熱
交換器２１に導通される。熱交換器２１内で生成した凝
縮液の一部は、循環流として粗アルゴンカラムに装入さ
れ、他の部分は中間生成物２４として取り出される。
【００２５】導管３０を経て、純アルゴンカラム２５に
対する頂部凝縮器として作用する他の熱交換器２９へ液
体が流入する。熱交換器２９内で蒸発した冷媒は、導管
３２を経て凝縮器−蒸発器３９の蒸発室へ再供給しう
る。導管２８を経て、純アルゴンカラムの頂部留分は冷
媒との間接的な熱交換を行う。その際生じる凝縮液は連
結管２８ａを経て再び純アルゴンカラム２５へ逆流す
る。ガス状のままの残部は３１において取り出される。
粗アルゴンカラムおよび純アルゴンカラムの頂部冷却の
詳細な機能様式の説明、ならびにこれらの詳細な方法の
他の変法に関しては、ドイツ特許出願Ｐ４４ ０６ ０
４９．１号明細書および対応する日本特許出願明細書
（これは本出願と同日出願である）を引用する。前記の
代わりに粗アルゴンカラムおよび純アルゴンカラムの頂
部冷却器２１および２９を互いに独立して操作すること
ができ、その場合導管１１は頂部冷却器２９の蒸発側に
直接に連結する。
【００２６】両図面に示したものと異なり、粗アルゴン
カラムの頂部生成物をガス状で取り出し、純アルゴンカ
ラムにガス状で供給することができ、その場合たとえば
導管１８と２４が熱交換器２１の上流において互いに連
結する。図面に示した純アルゴンカラム２５の溜め加熱
の様式の代わりに、本発明においてはたとえばドイツ特
許出願Ｐ４４ ０６ ０４９．１号明細書および対応す
る日本特許出願明細書に示されるように、ガス状の空気
を純アルゴンカラムの沸騰のために用いることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】純アルゴンカラムの一般的な頂部冷却を伴う本
発明方法および本発明装置の１実施態様である。
【図２】純アルゴンカラムの新規な頂部冷却を伴う特に
好ましい実施態様である。
【符号の説明】
７ 複式カラム ８ 加圧カラム ９ 空気分留カラム（低圧カラム） １１，３０ 冷媒（冷媒導管） １７ 粗アルゴンカラム ２４ 粗アルゴン留分（粗アルゴン導管） ２５ 純アルゴンカラム ２６ 純アルゴン留分 ２８ 蒸気導管 ２８ａ 凝縮液導管 ２９ 熱交換（熱交換器） ３１ 残部留分 ３３，３４ 充填物 ３５ プレート

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも空気分留カラム（９）、粗ア
    ルゴンカラム（１７）および純アルゴンカラム（２５）
    を備えた精留システムにおいて空気を分留し、その際粗
    アルゴンカラム（１７）の粗アルゴン留分（２４）を取
    り出し、その頂部が間接的な熱交換（２９）により冷却
    される純アルゴンカラム（２５）の中間地点に導入し、
    そしてその際純アルゴンカラム（２５）の上部領域から
    本質的に窒素を含有する残部留分（３１）を取り出し、
    純アルゴンカラム（２５）の下部領域から純アルゴン留
    分（２６）を取り出すことによって純粋なアルゴンを得
    るための方法であって、純アルゴンカラム（２５）にお
    ける状態変換が少なくとも一部は充填物（３３、３４）
    により行われることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 粗アルゴン留分（２４）が供給される中
    間地点の上方の純アルゴンカラム（２５）における状態
    変換が少なくとも一部は充填物（３３、３４）により行
    われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 粗アルゴン留分（２４）が供給される中
    間地点の上方の純アルゴンカラム（２５）における状態
    変換が本質的に専ら充填物（３３、３４）により行われ
    ることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 粗アルゴン留分（２４）が供給される中
    間地点の下方の純アルゴンカラム（２５）における状態
    変換が本質的に専らプレート（３５）により行われるこ
    とを特徴とする、請求項１−３のいずれか１項に記載の
    方法。
  5. 【請求項５】 粗アルゴン留分（２４）が供給される中
    間地点の下方の純アルゴンカラム（２５）における状態
    変換が少なくとも一部は充填物により行われることを特
    徴とする、請求項１−３のいずれか１項に記載の方法。
  6. 【請求項６】 純アルゴンカラム（２５）全体における
    状態変換が本質的に専ら充填物により行われることを特
    徴とする、請求項１−３のいずれか１項に記載の方法。
  7. 【請求項７】 純アルゴンカラム（２５）の頂部を冷却
    するための間接的な熱交換（２９）が、少なくとも１０
    ％の酸素含量を示す冷媒（１１、３０）により行われる
    ことを特徴とする、請求項１−６のいずれか１項に記載
    の方法。
  8. 【請求項８】 冷媒（１１）が、空気分留カラム（９）
    またはそのいずれかの下部領域または中央領域から取り
    出されることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 精留システムが加圧カラム（８）および
    低圧カラム（９）からなる複式カラム（７）を備えてお
    り、その際冷媒が加圧カラム（８）の下部領域または中
    央領域から取り出されることを特徴とする、請求項８に
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】 加圧カラム（８）の下部領域に生じる
    溜め液が冷媒（１１）として使用されることを特徴とす
    る、請求項９に記載の方法。
  11. 【請求項１１】 少なくとも空気分留カラム（９）、粗
    アルゴンカラム（１７）および純アルゴンカラム（２
    ５）を備え、その際粗アルゴンカラム（１７）と純アル
    ゴンカラム（２５）の中間地点とが粗アルゴン導管（２
    ４）により連結されている精留システムを含む、請求項
    １−１０のいずれか１項に記載の方法を実施するための
    装置であって、少なくとも純アルゴンカラム（２５）内
    に配置された充填物（３３、３４）を特徴とする装置。
  12. 【請求項１２】 熱交換器（２９）が蒸気導管（２８）
    および凝縮液導管（２８ａ）を経て純アルゴンカラム
    （２５）の上部領域と接続し、かつ冷媒導管（１１、３
    ０）を備えていること、ならびに冷媒導管（１１、３
    ０）が少なくとも１０％の酸素含量を示す冷媒の供給源
    と接続していることを特徴とする、請求項１１に記載の
    装置。
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