KR101246352B1 - 기상용 활성탄 재생장치 - Google Patents

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KR101246352B1
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현대제철 주식회사
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Abstract

기상용 활성탄 재생장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기상용 활성탄 재생장치는, 상단부에는 투입구가 형성되고, 하단부에는 배출구가 형성되며, 상기 투입구로 투입되는 기상용 폐활성탄을 상기 배출구로 흘려 보내는 몸체부; 상기 몸체부 내측에 배치되며, 상기 기상용 폐활성탄이 가열되도록 내부를 흐르는 유체를 통하여 상기 기상용 폐활성탄에 열을 전달하는 파이프라인; 상기 파이프라인 상에 배치되며, 상기 파이프라인 내의 상기 유체에 열을 공급하는 가열기; 및 상기 몸체부의 외측에 배치되도록 상기 파이프라인의 연장선 상에 배치되며, 상기 파이프라인 내를 흐르는 상기 유체의 폐열을 회수하여 스팀(steam)을 생성하는 스팀 생성기를 포함할 수 있다.

Description

기상용 활성탄 재생장치{APPARATUS FOR RENEWING ACTIVATED CARBON}
본 발명은 기상용 활성탄 재생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 사용된 후 폐기된 기상용 폐활성탄을 재사용하기 위해 재생하는 기상용 활성탄 재생장치에 관한 것이다.
정유공장, 발전소, 제철소 등 다양한 시설에서 고분자 휘발성 유기화합물을 포함한 다양한 오염물질을 대기 중으로 배출하고 있다. 이런 기체상의 오염물질을 제거하기 위해 활성탄이 사용되고 있다.
활성탄은 흡착성이 강하고 대부분의 구성물질이 탄소질로 이루어진 물질로서, 황산화물(SOx)나 질소산화물(NOx)과 같은 기체상 또는 액체상의 물질을 그 내부에 흡수(흡착)시키는 특성이 있다.
활성탄은 그 탄화물의 미세공에 기체상 또는 액체상의 물질이 충진되게 되면 활성탄으로서의 기능을 잃어버린다.
본 발명의 실시예는 기상용 폐활성탄의 재생온도를 안정적으로 유지할 수 있으며 폐열을 회수하여 에너지효율성을 높일 수 있는 기상용 활성탄 재생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상단부에는 투입구가 형성되고, 하단부에는 배출구가 형성되며, 상기 투입구로 투입되는 기상용 폐활성탄을 상기 배출구로 흘려 보내는 몸체부; 상기 몸체부 내측에 배치되며, 상기 기상용 폐활성탄이 가열되도록 내부를 흐르는 유체를 통하여 상기 기상용 폐활성탄에 열을 전달하는 파이프라인; 상기 파이프라인 상에 배치되며, 상기 파이프라인 내의 상기 유체에 열을 공급하는 가열기; 및 상기 몸체부의 외측에 배치되도록 상기 파이프라인의 연장선 상에 배치되며, 상기 파이프라인 내를 흐르는 상기 유체의 폐열을 회수하여 스팀(steam)을 생성하는 스팀 생성기를 포함하는 기상용 활성탄 재생장치가 제공된다.
여기서, 상기 스팀 생성기에서 생성된 상기 스팀은 상기 몸체부 내의 상기 기상용 폐활성탄에 분사될 수 있다.
상기 기상용 활성탄 재생장치는, 상기 스팀 생성기와 상기 몸체부를 연결하는 스팀공급관 상에 배치되며, 상기 기상용 폐활성탄의 활성화 온도를 낮추는 약제를 상기 스팀에 주입하는 약제주입기를 더 포함할 수 있다.
상기 기상용 활성탄 재생장치는, 상기 몸체부에 연결되며, 상기 기상용 폐활성탄에서 발생된 이산화황을 원료로 하여 황산을 제조하는 황산제조기를 더 포함할 수 있다.
상기 유체는 공기를 포함할 수 있다.
상기 몸체부는 가열존(heated zone)과 비가열존(unheated zone)을 포함하여 이루어질 수 있다.
상기 파이프라인은, 절곡되어 배치될 수 있다.
상기 파이프라인은, 일단부가 상기 몸체부의 하단부 일측을 관통하여 외부로 돌출되며, 타단부는 상기 몸체부의 상단부 일측을 관통하여 외부로 돌출될 수 있다.
상기 유체는 상기 파이프라인의 일단부를 통하여 상기 몸체부 내로 유입될 수 있으며, 상기 몸체부 내로 유입된 상기 유체는 상기 가열된 기상용 활성탄의 폐열을 회수하도록 상기 가열된 기상용 활성탄과 열교환될 수 있다.
상기 가열기는, 상기 열교환된 유체를 가열하는 제1 버너와; 상기 제1 버너의 하류에 배치되며, 상기 제1 버너에 의해 가열된 상기 유체를 재가열하는 제2 버너를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 기상용 폐활성탄의 재생온도를 안정적으로 유지할 수 있으며 폐열을 회수하여 에너지효율성을 높일 수 있다.
또한, 미탈착된 이산화황을 추가로 제거할 수 있으며, 기상용 폐활성탄을 활성화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기상용 활성탄 재생장치를 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기상용 활성탄 재생장치의 몸체부를 나타낸 개념도.
도 3은 도 2의 A부분을 확대하여 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기상용 활성탄 재생장치의 스팀 생성기를 나타낸 도면.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 기상용 활성탄 재생장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기상용 활성탄 재생장치를 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기상용 활성탄 재생장치의 몸체부를 나타낸 개념도이며, 도 3은 도 2의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다. 여기서, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 기상용 활성탄 재생장치에 기상용 폐활성탄이 투입되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 기상용 활성탄 재생장치(100)는, 활성탄 흡착탑 등의 설비에서 사용되고 폐기된 기상용 폐활성탄을 재사용할 수 있도록 이를 재생하는 장치로서, 몸체부(10), 파이프라인(20), 가열기(30) 및 스팀 생성기(40)를 포함할 수 있다.
여기서, 재생이란 폐활성탄에 물리적, 화학적 또는 생물학적 처리를 가하여 폐활성탄 표면이나 세공에 흡착되어 있는 가스상 흡착물(예를 들어, 질소 산화물이나 산화황)을 제거하여 활성탄 원래의 흡착능력을 회복시키는 것을 말한다.
또한, 기상용 활성탄이란 수처리용 활성탄에 비해 탄화와 활성화가 완전히 진행되지 않아 그 비표면적이 중간 정도인 활성탄을 지칭하는 것이다.
먼저, 몸체부(10)는 활성탄 흡착탑 등의 설비에서 운반되어 온 기상용 폐활성탄을 재생하기 위한 공간을 제공하는 부재로서, 기상용 폐활성탄을 받을 수 있도록 상단부에 투입구(12)가 형성된다. 몸체부(10)의 하단부에도 상기 기상용 폐활성탄이 배출될 수 있도록 배출구(14)가 형성된다.
즉, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 몸체부(10)의 투입구(12)로 투입된 기상용 폐활성탄은 몸체부(10)의 내부를 통과하면서 화학반응에 의해 재생되며, 이렇게 재생된 기상용 폐활성탄은 배출구(14)를 통해서 외부로 배출되게 된다.
이때, 투입구(12)와 배출구(14) 각각에는 몸체부(10) 내를 이동하는 기상용 폐활성탄의 흐름을 제어할 수 있도록 활성탄 속도 조절부(미도시)가 설치될 수 있다.
본 실시예의 경우, 기상용 폐활성탄의 표면이나 세공으로부터 이산화황(2) 등의 가스상 흡착물을 탈착하기 위해, 기상용 폐활성탄을 열대류로 간접 가열하는 방식이 적용된다.
기상용 폐활성탄을 간접 가열함으로써, 기상용 폐활성탄 각각에 화학반응에 필요한 열이 골고루 균일하게 전달될 수 있으며, 기상용 폐활성탄이 불에 직접 접촉되어 파손되는 비율을 낮출 수 있다.
기상용 폐활성탄을 간접 가열방식으로 재생하기 위해, 몸체부(10)의 내측에는 몸체부(10)의 내부 온도가 화학반응이 일어날 수 있는 적정온도(예를 들어, 400℃ 내지 600℃)로 가열될 수 있도록 파이프라인(20)이 배치된다.
파이프라인(20)은, 단면의 중심부가 비어있는 튜브형태의 배관으로서, 몸체부(10) 내부의 기상용 폐활성탄이 가열되도록 파이프라인(20)의 내부를 흐르는 유체를 통하여 상기 기상용 폐활성탄에 열을 전달하는 역할을 한다.
본 실시예에서는, 기상용 폐활성탄에 열을 전달하는 매개체로서 유체가 사용된다. 이 경우, 유체는 공기를 포함할 수 있다. 이외에도, 유체로는 많은 량의 열을 담을 수 있는 물질로서 예를 들어 물이 사용될 수 있다.
즉, 파이프라인(20)을 흐르는 유체에 의해 전달된 열이 투입구(12)로부터 투입되어 배출구(14)로 흘려가는 기상용 폐활성탄을 가열함으로써, 기상용 폐활성탄의 표면이나 세공에 흡착되어 있는 가스상 흡착물(구체적으로, 이산화황)을 탈착시킬 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 몸체부(10) 내부를 위에서 아래로 흘려 내려가는 복수의 기상용 폐활성탄에 열이 보다 효과적으로 전달될 수 있도록, 파이프라인(20)은 절곡되어 배치될 수 있다.
기상용 폐활성탄의 표면에 균일하게 열이 전달되지 않을 경우, 기상용 폐활성탄의 재생효율이 떨어지게 되는데, 이를 최소화하기 위해 파이트라인(20)은 절곡된 형태를 가질 수 있다. 즉, 기상용 폐활성탄과 접할 수 있는 표면적을 크게 할 수 있도록, 파이프라인(20)은 도 1에 도시된 바와 같이 지그재그로 절곡된 형태를 가질 수 있다.
또한, 파이프라인(20)은 고온, 산성의 환경에서도 견딜 수 있으며 열을 운반하는 유체의 열을 보다 신속하게 기상용 폐활성탄에 전달할 수 있도록, 내열, 내산성이면서 열전도성이 높은 특수 합금 재질로 이루어질 수 있다.
한편, 이런 유체를 가열하기 위해, 도 1에 도시된 바와 같이 파이프라인(20) 상에는 가열기(30)가 설치될 수 있다.
가열기(30)는, 몸체부(10)의 내부온도가 화학반응이 일어날 수 있는 적정온도(예를 들어, 400℃ 내지 600℃)로 유지되도록, 파이프라인(20) 내의 유체에 열을 공급하는 역할을 한다.
한편, 본 실시예의 경우, 몸체부(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 크게 가열존(heated zone, 16)과 비가열존(unheated zone, 18)으로 이루어질 수 있다.
가열존(16)은, 화학반응이 일어날 수 있도록 가열기(30)에 의해 적정온도(예를 들어, 400℃ 내지 600℃)로 유지되는 영역이다.
비가열존(18)은, 가열존(16)과 연통되도록 가열존(16)의 아래에 위치하며, 열이 공급되지 않는 영역이다.
특히, 비가열존(18)에서는, 가열존(16)을 통과하면서 가열된 기상용 폐활성탄의 폐열을 회수할 수 있도록 몸체부(10) 내로 유입된 유체와 상기 가열된 기상용 폐활성탄을 서로 열교환시킨다.
즉, 몸체부(10) 내로 갓 유입된 상온의 유체를 예열하기 위해 많은 에너지를 투입하여 가열하는 대신, 상기 유체를 가열존(16)을 통과하면서 재생이 완료된 기상용 폐활성탄과 열교환함으로써, 재생된 기상용 폐활성탄의 버려지는 폐열을 회수할 수 있다. 또한, 별도의 에너지를 투입할 필요가 없어 에너지효율성을 높일 수 있다.
이를 위해, 파이프라인(20)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 일단부가 몸체부(10)의 하단부 일측을 관통하여 외부로 돌출되도록 설치되며, 타단부는 몸체부(10)의 상단부 일측을 관통하여 외부로 돌출되도록 설치될 수 있다.
이 경우, 상온의 유체는 파이프라인(20)의 일단부를 통하여 몸체부(10), 즉 비가열존(18) 내로 유입된다.
몸체부(10)의 비가열존(18) 내로 유입된 유체는, 가열존(16)을 통과하면서 가열된 기상용 폐활성탄의 폐열을 회수할 수 있도록 상기 가열된 기상용 폐활성탄과 열교환되게 된다.
이렇게 재생된 기상용 폐활성탄의 폐열을 이용하여 예열된 유체는, 파이프라인(20)을 따라 가열기(30)에서 화학반응이 일어날 수 있는 적정온도(예를 들어, 400℃ 내지 600℃)로 가열되게 된다.
이 경우, 본 실시예에 따른 가열기(30)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 열교환된 유체를 가열하는 제1 버너(32)와; 상기 제1 버너(32)의 하류에 배치되며, 상기 제1 버너(32)에 의해 가열된 상기 유체를 재가열하는 제2 버너(34)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 실시예의 경우, 제1 버너(32)는 비가열존(18)을 통과하면서 예열된 유체를 예를 들어 450℃까지 승온할 수 있다.
450℃까지 승온된 유체는 제2 버너(34)에 의해 예를 들어 500℃로 승온될 수 있다. 이렇게 단계적으로 승온된 유체는 제3 버너(미도시)에 의해 추가로 승온될 수 있음은 물론이다.
이와 같이, 복수의 버너를 구비한 가열기(30)를 통하여 유체를 점진적으로 가열함으로써, 가열존(16) 내의 기상용 폐활성탄의 재생온도를 적정온도(예를 들어, 400℃ 내지 600℃)로 안정적으로 유지할 수 있다.
즉, 가열존(16) 내의 온도를 단계적으로 승온함으로써, 내부온도가 필요이상으로 올라가 화재가 발생하는 위험을 최소화할 수 있다. 또한, 필요에 따라 복수의 버너 중 일부를 온오프(ON/OFF)함으로써, 기상용 활성탄 재생장치(100)를 안정적으로 운영할 수 있다.
한편, 도 4는 본 실시예에 따른 기상용 활성탄 재생장치(100)의 스팀 생성기(40)를 나타낸 도면이다.
스팀 생성기(40)는, 파이프라인(20) 내를 흐르는 유체의 폐열을 회수하여 스팀(steam)을 생성하는 장치로서, 몸체부(10)의 외측에 배치되도록 파이프라인(20)의 연장선(22) 상에 배치된다.
즉, 파이프라인(20)의 타단부를 통하여 외부로 배출된 유체는 파이프라인(20)의 연장선(22)을 따라 스팀 생성기(40)에 유입되며, 유체가 가지고 있는 폐열은 스팀 생성기(40) 내의 열교환기(미도시)에 의해 물과 열교환하면서 그 폐열로 스팀을 생성하게 된다.
여기서, 열교환기(미도시)로는 폐열의 회수효율을 높일 수 있는 멀티스트림 열교환기(multi-stream heat exchanger)가 사용될 수 있다.
물이 400℃ 이상의 온도를 가지는 유체의 폐열과 열교환하면서 생성된 스팀은, 일반적으로 200℃ 내지 400℃ 내외의 온도를 가지게 된다.
이렇게 생성된 스팀은, 스팀 생성기(40)와 몸체부(10)를 연결하는 스팀공급관(24)을 통해 몸체부(10), 즉 비가열존(18) 내의 기상용 폐활성탄에 직접 분사될 수 있다.
스팀이 기상용 폐활성탄에 직접 분사됨으로써, 가열존(16)에서 미탈착된 이산화황을 비가열존(18)에서 추가로 제거할 수 있다. 또한, 이 과정에서 기상용 폐활성탄을 활성화시킬 수 있다.
여기서, 활성화(activation)란 탄화물의 미세공 구조를 발달시켜 그 비표면적을 넓게 만드는 과정을 말한다.
즉, 기상용 폐활성탄을 공기로 산화시킨 다음 여기에 스팀을 직접 분사함으로써, 기상용 폐활성탄의 비표면적을 넓힐 수 있으며, 이를 통해 재생된 기상용 폐활성탄의 이산화황 흡착능력(즉, 기상용 활성탄으로서의 기능)을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 기상용 활성탄 재생장치(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이 스팀 생성기(40)와 몸체부(10)를 연결하는 스팀공급관(24) 상에 배치되며, 기상용 폐활성탄의 활성화 온도를 낮추는 약제를 상기 스팀에 주입하는 약제주입기(50)를 더 포함할 수 있다.
즉, 스팀에 약제를 주입하는 화학적 활성화 방법을 통해서, 기상용 폐활성탄의 활성화 온도를 낮출 수 있으며 활성화 시간을 단축할 수 있다.
본 실시예에서는, 화학적 활성화를 위한 약제로 수산화칼륨(KOH)이나 염화아연(ZnCl2) 등이 사용될 수 있다.
본 실시예에 따른 기상용 활성탄 재생장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이 몸체부(10)에 연결되며, 기상용 폐활성탄에서 발생된 이산화황을 원료로 하여 황산(2SO4)을 제조하는 황산제조기(60)를 더 포함할 수 있다.
황산제조기(60)는, 몸체부(10) 내에서 기상용 폐활성탄이 열에 의해 화학 반응하면서 배출한 고농도 이산화황을 모아서 산화시키고 물에 흡수시켜 황산을 제조하는 장치이다.
몸체부(10) 내에서 기상용 폐활성탄이 화학 반응하면서 배출한 고농도 이산화황을 황산제조기(60)로 공급하기 위한 배출관(62)이, 도 1에 도시된 바와 같이 몸체부(10)의 가열존(16)과 비가열존(18)에 연결될 수 있다.
이외에도, 비가열존(18)에서 발생된(즉, 재생된 기상용 폐활성탄에서 탈착된) 이산화황이 산소 및 물과 반응하면서 생성된 황산을 황산제조기(60)로 공급하는 배출관(62)이 몸체부(10)의 하단부에 연결될 수 있다.
기상용 폐활성탄을 재생하는 과정에서 부가적으로 생성되는 황산은 모아서 비료 제조, 광석 처리, 폐수 처리, 석유 정제 등의 다양한 용도로 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 기상용 폐활성탄의 재생온도를 안정적으로 유지할 수 있으며 폐열을 회수하여 에너지효율성을 높일 수 있다.
또한, 스팀을 기상용 폐활성탄에 직접 분사함으로써, 미탈착된 이산화황을 추가로 제거할 수 있으며, 기상용 폐활성탄을 활성화시킬 수 있다.
상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 기상용 활성탄 재생장치 10: 몸체부
12: 투입구 14: 배출구
16: 가열존 18: 비가열존
20: 파이프라인 22: 연장선
24: 스팀공급관 30: 가열기
32: 제1 버너 34: 제2 버너
40: 스팀 생성기 50: 약제주입기
60: 황산제조기 62: 배출관

Claims (9)

  1. 상단부에는 투입구가 형성되고, 하단부에는 배출구가 형성되며, 상기 투입구로 투입되는 기상용 폐활성탄을 상기 배출구로 흘려 보내는 몸체부;
    상기 몸체부 내측에 배치되며, 상기 기상용 폐활성탄이 가열되도록 내부를 흐르는 유체를 통하여 상기 기상용 폐활성탄에 열을 전달하는 파이프라인;
    상기 파이프라인 상에 배치되며, 상기 파이프라인 내의 상기 유체에 열을 공급하는 가열기; 및
    상기 몸체부의 외측에 배치되도록 상기 파이프라인의 연장선 상에 배치되며, 상기 파이프라인 내를 흐르는 상기 유체의 폐열을 회수하여 스팀(steam)을 생성하는 스팀 생성기를 포함하며,
    상기 스팀 생성기에서 생성된 상기 스팀은 상기 몸체부 내의 상기 기상용 폐활성탄에 분사되며,
    상기 몸체부는 가열존(heated zone)과 비가열존(unheated zone)을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 기상용 활성탄 재생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스팀 생성기와 상기 몸체부를 연결하는 스팀공급관 상에 배치되며, 상기 기상용 폐활성탄의 활성화 온도를 낮추는 약제를 상기 스팀에 주입하는 약제주입기를 더 포함하는 기상용 활성탄 재생장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸체부에 연결되며, 상기 기상용 폐활성탄에서 발생된 이산화황을 원료로 하여 황산을 제조하는 황산제조기를 더 포함하는 기상용 활성탄 재생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유체는 공기를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상용 활성탄 재생장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 파이프라인은 절곡되어 배치되는 것을 특징으로 하는 기상용 활성탄 재생장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 파이프라인은,
    일단부가 상기 몸체부의 하단부 일측을 관통하여 외부로 돌출되며, 타단부는 상기 몸체부의 상단부 일측을 관통하여 외부로 돌출되는 것을 특징으로 하는 기상용 활성탄 재생장치.
  8. 제1항 내지 제4항과 제6항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체는 상기 파이프라인의 일단부를 통하여 상기 몸체부 내로 유입되며,
    상기 몸체부 내로 유입된 상기 유체는,
    상기 가열된 기상용 폐활성탄의 폐열을 회수하도록 상기 가열된 기상용 폐활성탄과 열교환되는 것을 특징으로 하는 기상용 활성탄 재생장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가열기는,
    상기 열교환된 유체를 가열하는 제1 버너와;
    상기 제1 버너의 하류에 배치되며, 상기 제1 버너에 의해 가열된 상기 유체를 재가열하는 제2 버너를 포함하는 것을 특징으로 하는 기상용 활성탄 재생장치.
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