KR20020010384A - Method and equipment for continuous vacuum thermal regeneration of adsorbent and recovery of adsorbate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 환경공학 분야 중 대기오염제어 분야 및 폐기물 재활용 분야로서 세부 분야는 악취 및 VOCs를 처리하기 위한 흡착법의 폐 흡착제를 연속적으로 현장에서 재생하는 방법 및 탈착된 피 흡착물질을 회수하는 방법이다.The present invention relates to the field of air pollution control and waste recycling in the field of environmental engineering, and the detailed field is a method of continuously regenerating waste adsorbents of the adsorption method for treating odors and VOCs and recovering desorbed substances.
기존의 기술로서는 대부분의 산업현장에서 발생되는 악취나 VOCs는 탄화수소가 대부분이고 일부 무기가스까지 동시에 포함되어 있는 실정으로 종래의 악취 및 VOCs 제거방법은 주로 열 소각, 촉매 소각 , 수용액에 의한 흡수 방법(Absorption, 화학적 산화법 포함) , 활성탄 등의 흡착제에 의한 흡착 방법(Adsorption) , 응축에 의한 방법 , 촉매 소각 방법 , 광촉매 산화 방법 등이 사용되어 왔고, 최근에는 생물여과장치(Biofilter)등 이 사용되고 있다. 이들 각각의 처리 방법은 각각의 오염물질을 발생하는 배출원에 따라 각기 적용에 장단점을 가지고 있으며 범용적으로 적용하는데는 모든 처리 방법이 각각 문제점을 가지고 있다. 흡착법은 현재 물리적으로 흡착된 물질을 재생하기 위하여 고온 고압의 수증기를 이용하여 흡착제를 연속 재생할 수 있는 방법이 개발되어 일부 보급되고 있다.As the existing technology, most odors and VOCs generated in most industrial sites are mostly hydrocarbons and some inorganic gases are included at the same time. The conventional methods of removing odors and VOCs are mainly incineration by heat, catalyst incineration, and aqueous solution. Absorption (including chemical oxidation), adsorption by adsorbents such as activated carbon (Adsorption), condensation, catalyst incineration, photocatalytic oxidation and the like have been used, and biofilters (Biofilter) have recently been used. Each of these treatment methods has advantages and disadvantages for each application depending on the source of each pollutant generation, and all treatment methods have their problems in general application. The adsorption method is currently spreading in part to develop a method for continuously regenerating the adsorbent by using a high temperature and high pressure steam to regenerate the physically adsorbed material.
본 발명은 기존의 흡착법 및 수증기을 이용하여 재생하는 방법을 개선 발전시킨 것으로 기존 흡착법의 장점은The present invention is an improvement of the existing adsorption method and the method of regeneration using water vapor.
① 다양한 화합물을 고농도에서 저 농도까지 처리할 수 있다.① Various compounds can be processed from high concentration to low concentration.
② 파과점(Break Point) 이전까지는 99% 이상의 고효율을 가지고 있다② It has high efficiency of over 99% before break point
③ 피 흡착물질의 종류에 따라 여러 종류의 흡착제(활성탄, 실리카, 활성 알루미나 등)를 이용하여 효율을 증가시킬 수 있다.③ Depending on the type of adsorbed material, various kinds of adsorbents (activated carbon, silica, activated alumina, etc.) can be used to increase the efficiency.
그러나 현장 적응에서 가장 큰 단점은But the biggest drawback in field adaptation is
① 농도 및 오염물질의 종류에 따라 단시간에 파과점에 도달되고 그 이후에는 효율이 0%에 가깝다.① The breakthrough point is reached in a short time depending on the concentration and the type of pollutant. After that, the efficiency is close to 0%.
② 파과된 활성탄은 교체 비용이 많이 들며, 활성탄 재생시 유용한 피 흡착물질이 소각에 의하여 폐기된다.② Breakthrough activated carbon is expensive to replace, and the adsorbed material useful for regeneration of activated carbon is disposed of by incineration.
이러한 단점을 개선하기 위한 수증기에 의한 재생 및 회수 방법은 기존 활성탄 흡착탑에 고온 고압의 수증기를 유입시켜 피 흡착제를 탈착하고 물과 함께 응축 회수된 탄화수소 화합물은 유수 분리하여 유용한 물질을 회수하고 있다. 이 방법의 장점은 유용한 물질을 회수하고 흡착탑을 연속 재생하여 사용할 수 있다는 장점은 있지만 스팀을 생산 공급하기 위한 보일러 시설 및 응축수를 재처리하기 위한 폐수처리 시설 등이 필요한 단점을 가진다.In order to remedy the above disadvantages, the regeneration and recovery method using water vapor is introduced into the existing activated carbon adsorption tower to decompress the adsorbent by introducing high temperature and high pressure water vapor, and the hydrocarbon compound condensed and recovered with water is separated from the oil and water to recover useful materials. The advantage of this method is that it can recover the useful materials and use the regeneration tower continuously, but it has the disadvantage of requiring a boiler facility for producing and supplying steam and a wastewater treatment facility for reprocessing condensate.
본 발명의 목적은 종래의 흡착에 의한 악취 및 휘발성 유기화합물 제거 방식의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로,An object of the present invention was developed to solve the problems of the odor and volatile organic compounds removal method by the conventional adsorption,
① 기존의 흡착탑의 장점을 그대로 간직하고 있으며,① It retains the advantages of the existing adsorption tower,
② 흡착제를 연속으로 재생하여 교체 비용을 획기적으로 저감하고 아울러 안정적인 고효율 처리를 확보할 수 있으며,② By regenerating adsorbent continuously, it can drastically reduce the replacement cost and secure stable high efficiency treatment.
③ 피 흡착물질을 물성에 따라 종류별로 회수할 수 있어 원료를 저감할 수 있고③ The material to be adsorbed can be recovered according to the physical properties, thus reducing raw materials.
④ 폐 흡착제 및 폐수 등의 2차 오염문제가 발생하지 않으며④ No secondary pollution problem such as waste adsorbent and waste water
⑤ 소각, 촉매 산화, 바이오 필터 등 기존의 고효율 처리 방법 보다 설치비, 유지관리비 등에 있어 경제적인 우위를 확보할 수 있는⑤ It can secure an economic advantage in terms of installation cost and maintenance cost than existing high efficiency treatment methods such as incineration, catalytic oxidation and biofilter.
⑥ 흡착탑 내에서 직접적으로 흡착제를 재생할 수 있으며, 악취 및 휘발성 유기 화합물(VOCs, Volatile Organic Compounds)을 회수할 수 있는 이상적인 악취및 VOCs의 처리방법을 제공하는데 있다.⑥ It can provide an ideal method of treating odors and VOCs that can regenerate adsorbents directly in the adsorption column and recover odors and volatile organic compounds (VOCs).
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 흡착제의 연속 재생 및 흡착 물질의 분리 회수 방법의 대표적인 처리 공정 및 장치도로서 고정층 흡착탑의 연속 재생 및 피 흡착물질을 분리 회수하기 위하여 연속 진공 재생 회수식 고정층 흡착탑->진공펌프->(압축펌프)-> 가압 응축기 또는 가압 탱크로 구성된 장치 구성도 및 각각의 세부 장치도1 is a representative processing process and apparatus diagram of a method for continuously regenerating an adsorbent and separating and recovering adsorbent materials according to a first embodiment of the present invention. Fixed Bed Adsorption Tower-> Vacuum Pump-> (Compression Pump)-> Pressure Condenser or Pressure Tank
도 2은 도 1의 응축기를 대신하는 가압식 흡착물질 회수 방법인 가압 탱크의 장치도FIG. 2 is an apparatus diagram of a pressurized tank which is a pressurized adsorbent recovery method replacing the condenser of FIG.
[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명][Explanation of symbols on the main parts of the drawings]
1.총 탄화수소, 가연성 가스 또는 가스 농도센서 2.유인 송풍기(I.D. Fan)1. Total hydrocarbon, flammable gas or gas concentration sensor 2. I.D. Fan
3.기밀 내압 탬퍼 4.압력 조절용 솔레노이드 밸브3.Pressure resistant tamper 4.Pressure regulating solenoid valve
5.냉각액 또는 냉매 유량 조절용 밸브 6.가열용 히터5.Valve for cooling liquid or refrigerant flow rate 6.Heater for heating
7.흡착탑 내부 가온용 열교환기 8.진공 재생형 고정층 흡착탑7.Heat exchanger for heating inside the adsorption tower 8.Vacuum regeneration type fixed bed adsorption tower
9.디지털 진공 게이지 10.디지털 온도계9.digital vacuum gauge 10.digital thermometer
11.솔레노이드 밸브 12.기밀 내압 댐퍼11.Solenoid Valve 12.Pneumatic Pressure Damper
13.체크 밸브 14.가스 포집용 후드13.Check valve 14.Gas collection hood
15.기밀 내압 탬퍼 16. 오일리스 진공 펌프(드라이 펌프)15. Confidential pressure resistant tamper 16. Oilless vacuum pump (dry pump)
17.압력 조절 밸브 18.가압 응축 회수기(Condensor)17.Pressure regulating valve 18.Pressure condenser
19.압력 조절 밸브 20.냉각액 또는 냉매 순환 펌프19.Pressure regulating valve 20.Coolant or refrigerant circulation pump
21.콘트롤 판넬(Control Panel) 22.냉각수, 열유체, 냉매 공급21.Control Panel 22.Cooling water, heat fluid, refrigerant supply
23.회수액 분리 저장 탱크 24.가스 압축기23. Recovery liquid separation storage tank 24. Gas compressor
25.압력 조절 밸브 26.미 회수 가스 출구(방지시설 전단으로)25.Pressure control valve 26.Unrecovered gas outlet (towards prevention facility)
27.압력 조절 밸브 28.레벨 센서27.Pressure regulating valve 28.Level sensor
29.압력 게이지 30.냉각액 유출구29. Pressure gauge 30. Coolant outlet
31.가압 응축 탱크 32.회수 탱크 냉각용 열교환기31.Pressure condensation tank 32.Recovery tank cooling heat exchanger
33.레벨 게이지 34.냉각액 유입구33.Level gauge 34.Coolant inlet
35.회수액 배출용 솔레노이드 밸브 36.플로우 센서35. Solenoid valve for discharge liquid 36. Flow sensor
37.회수액 출구(응축액 저장탱크로) 38.감압 회수된 악취 및 VOCs37. Recovery outlet (to condensate storage tank) 38. Reduced recovered odors and VOCs
39.오일리스 진공펌프(드라이 진공펌프) 40.가스 압축기39.Oilless vacuum pump (dry vacuum pump) 40.Gas compressor
상기 목적을 달성하기 위한 발명의 대표적인 처리 공정 및 장치도로서 활성탄 흡착탑의 연속 재생 및 피 흡착물질을 분리 회수하기 위하여 공정 구성은 진공 흡착탑(8), 진공펌프(16), 필요시 가스 압축기 추가(24), 가압 응축기(18) 또는 가압 응축 탱크(31)로 구성된다. 구체적인 내용은 도 1 에서 진공 고정층 흡착장치(8)를 고진공 및 가온할 수 있는 구조로 1기 이상을 병렬로 연결 설치하고 파과점(Break Point)에 도달한 흡착탑은 탈착 하고자 하는 물질의 종류에 따라 적정 압력으로 오일리스 진공 펌프(16)를 이용하여 감압하고 동시에 적정 온도로 가온(7)(6)하여 물질별로 분리 탈착하여 흡착제를 재생하여 연속적으로 사용할 수 있도록 한 것이다. 아울러 탈착된 피흡착제는 필요시 가스 압축기를 진공 펌프 후단에 연결 설치하고 가압 응축기(18)에서 상온 또는 그 이하로 감온 하고, 응축기 후단에 압력 조절 밸브(17)를 설치하여 응축기 내부의 압력을 대기압 이상으로 유지가 가능하게 한 구조로서 응축 회수하거나 열 교환기(32)로 감온하고 압력을 가할 수 있는 가압 응축 탱크(31)를 이용하여 압축(39) 또는 (39)+(40)에 의한 응축 및 회수가 가능하도록 하였다.As a representative treatment process and apparatus diagram of the present invention for achieving the above object, the process configuration is a vacuum adsorption tower (8), vacuum pump (16), and a gas compressor (if necessary) to continuously recover the activated carbon adsorption column and separate and recover the adsorbed material. 24), a pressure condenser 18 or a pressure condensation tank 31. Specifically, in FIG. 1, the vacuum fixed bed adsorption device 8 is installed in a structure capable of high vacuum and warming, and one or more units are connected in parallel, and the adsorption tower reaching the break point depends on the type of material to be desorbed. The oilless vacuum pump (16) at a proper pressure to depressurize and at the same time heated to the appropriate temperature (7) (6) by separating and desorption by material to regenerate the adsorbent to be used continuously. In addition, the desorbed adsorbent is connected to the gas compressor after the vacuum pump if necessary, the temperature is reduced to room temperature or lower in the pressure condenser (18), and the pressure control valve (17) is installed at the rear of the condenser to increase the pressure inside the condenser Condensation by compression (39) or (39) + (40) using a pressurized condensation tank (31) capable of maintaining condensation recovery or reducing the temperature and pressure with the heat exchanger (32). Recovery was possible.
각각의 세부 장치는 진공 재생형 고정층 흡착탑(8)에는 총탄화수소, 흡착탑의 출구 이후에 가연성 가스 혹은 가스농도센서(1), 진공 재생형 고정층 흡착탑의 입구 및 출구에 기밀 내압 탬퍼(3)(12), 진공 탈착 이후 압력을 상압으로 조절하기위한 압력 완화 밸브(4), 탈착을 위한 흡착탑의 내부 승온 및 탈착시 기화열에 의한 내부 온도 하강을 방지하기 열교환기(7), 냉각수 또는 열유체, 냉매를 가온하기 위한 가열장치(6), 유량 조절 밸브(5), 활성탄 흡착층 이전에 설치된 온도계(10) 및 진공 게이지(9), 진공 재생형 고정층 흡착탑의 내부를 진공으로 하기 위한 솔레노이드 밸브(11) 및 체크밸브(13)에 연속된 오일리스 진공 펌프(16) 및 가스 압축기(24)등을 전부 또는 일부를 설치하고 이들을 콘트롤 판넬에서 자동으로 제어하도록 한 것을 특징으로 한다.Each detailed apparatus includes a total hydrocarbon in the vacuum regenerative fixed bed adsorption tower 8, a flammable gas or gas concentration sensor 1 after the outlet of the adsorption tower, and an airtight pressure resistant tamper 3 at the inlet and outlet of the vacuum regenerative fixed bed adsorption tower. ), A pressure relief valve (4) for regulating the pressure to atmospheric pressure after vacuum desorption, to prevent the internal temperature rise by vaporization heat during desorption of the internal temperature of the adsorption tower for desorption, heat exchanger (7), cooling water or thermofluid, refrigerant Heating device (6) for heating the gas, a flow control valve (5), a thermometer (10) and a vacuum gauge (9) installed before the activated carbon adsorption layer, and a solenoid valve (11) for vacuuming the interior of the vacuum regeneration fixed bed adsorption column. ) And the check valve 13, the oilless vacuum pump 16 and the gas compressor 24, etc. are installed in series or in part and characterized in that the control panel to automatically control.
탈착된 물질을 분리 회수하는 방법은 오일리스 진공 펌프(16) 단독 혹은 가스 압축기(40)를 연속으로 설치하여 회수된 물질을 압력 조절밸브(17)(25)(27)를 이용하여 상압 또는 가압하여 응축기(18) 또는 가압 응축 탱크(31)로 회수한다. 이때 발생하는 응축열은 냉각수, 열유체 또는 냉매를 공급 및 순환하는 순환펌프(20), 압력조절밸브(19), 공급라인(22) 및 응축기(18) 또는 열교환기(32)가 부착된 가압 응축 탱크(31)를 이용하여 냉각하고, 이때 미 응축된 가스는 압력조절밸브(17)(25)(27)을 통하여 방지시설 유입구로 반송되어 재처리되며, 안전 운전 및 제어를 위하여 압력계(29)를 응축기(18) 및 가압 응축 탱크(31)에, 레벨센서(28), 레벨 게이지(33)를 가압 응축 탱크(31)에 각각 부착한다. 상기의 센서 및 장치들을 전부 또는 일부를 설치하고 이들의 콘트롤 판넬에서 자동 제어하도록 한 것을 특징으로 한다.In the method of separating and recovering the desorbed material, the oilless vacuum pump 16 alone or the gas compressor 40 are continuously installed and the recovered material is atmospheric pressure or pressurized using the pressure regulating valves 17, 25 and 27. To the condenser 18 or the pressurized condensation tank 31. The condensation heat generated at this time is a pressurized condensation in which a circulation pump 20, a pressure control valve 19, a supply line 22, and a condenser 18 or a heat exchanger 32 are provided to supply and circulate cooling water, a thermal fluid or a refrigerant. Cooling using the tank 31, at this time uncondensed gas is returned to the prevention facility inlet through the pressure control valve (17) (25) (27) and reprocessed, the pressure gauge (29) for safe operation and control Are attached to the condenser 18 and the pressurized condensation tank 31, and the level sensor 28 and the level gauge 33 are attached to the pressurized condensation tank 31, respectively. All or some of the above sensors and devices are installed and characterized in that they are automatically controlled from their control panel.
본 발명의 장점은 기존 대기오염 방지시설 중 흡착에 의한 처리 방법의 기본적인 특성이며 가장 큰 장점인 극성 또는 비극성인 가스를 흡착제의 선택에 따라고효율로 처리할 수 있으며, 흡착제를 현장에서 흡착탑 내부에서 연속 재생이 가능하도록 구조를 변경하여 현장에서 연속 재생함으로서 흡착제의 교체 필요성을 없애거나 교체주기를 수배 혹은 수십배 이상 연장시킬 수 있어 흡착제의 교체에 따른 비용을 저감할 수 있고, 동시에 흡착제의 미 교체에 따른 오염물질의 초과 배출 가능성을 원천적으로 차단할 수 있다. 이 경우 흡착제의 현장 재생 방법이 흡착탑 내부를 진공으로 할수 있는 구조로 하여 내부를 오일리스 진공펌프로 하여금 감압하고, 아울러 탈착된 피 흡착제의 응축시 발생하는 응축열을 기본으로 하여 필요시 가온하는 방식으로 흡착탑 내부를 순차적으로 승온, 감압하여 물질별로 분리 탈착 함으로서 폐가스중의 유용한 물질을 물질별로 분리 회수할 수 있도록 하여 회수된 물질의 순도를 향상 시켜 경제성을 높였으며, 기존의 수중기를 주입하여 제거하는 방식의 보일러 및 페수처리장의 설치 기동과 같은 추가의 고비용의 부대시설 설치 필요성을 없앴다. 탈착된 피 흡착제는 피 흡착제의 종류 및 물성에 따라 진공 펌프 단독 또는 진공 펌프 후단에 탈착된 가스를 압축할 수 있는 압축기를 설치하고 냉각액으로서 냉각수, 냉각용 유체, 또는 냉매 등을 이용하여 응축하는 가압형 응축기 또는 가압 탱크를 설치하여 유용한 물질의 회수를 쉽게 하였다. 이로 인하여 흡착탑의 운전 및 유지 보수에 관한 경비가 저렴하게 들며, 장치 중에 포함되어있는 활성탄은 장기간에 걸쳐 다시 사용할 수 있고, 장치에서 탈착 되어진 물질들은 고효율로 분리 회수하여 재 이용하므로 사업장에서 배출 및 사용되는 휘발성 유기 화합물의 사용량을 근본적으로 줄일 수 있음으로 2차 공해 발생이 없고 아울러 대기오염방지에 따른 년간 비용을 크게 절감할 수 있다는데 있다.The advantage of the present invention is the basic characteristics of the treatment method by adsorption in the existing air pollution prevention facilities, the most advantage of the polar or non-polar gas can be treated with high efficiency according to the selection of the adsorbent, the adsorbent in the field in the continuous adsorption tower By changing the structure to be regenerated, continuous regeneration in the field eliminates the need to replace the adsorbent or extends the replacement cycle several times or tens of times, thereby reducing the cost of replacing the adsorbent and at the same time The possibility of excess emissions of pollutants can be blocked at source. In this case, the on-site regeneration method of the adsorbent allows the inside of the adsorption tower to be vacuumed, and the oilless vacuum pump depressurizes the inside of the adsorbent and heats it if necessary based on the heat of condensation generated when the desorbed adsorbent is condensed. By raising and lowering the inside of the adsorption column in order to separate and desorb by materials, it is possible to separate and recover useful materials in the waste gas by materials, thereby improving the purity of the recovered materials and improving economic efficiency. Eliminates the need for additional expensive installations, such as start-up of boilers and wastewater treatment plants. The desorbed adsorbent is provided with a compressor capable of compressing the desorbed gas alone or at the rear end of the vacuum pump according to the type and physical properties of the adsorbent, and pressurized to condense using a cooling water, a cooling fluid, or a refrigerant as a coolant. Type condensers or pressurized tanks were installed to facilitate the recovery of useful materials. As a result, the operation and maintenance of the adsorption tower is inexpensive, and activated carbon contained in the device can be reused over a long period of time, and the substances desorbed from the device are recovered and reused with high efficiency and discharged from the workplace. It is possible to fundamentally reduce the amount of volatile organic compounds used, so that there is no secondary pollution, and the annual cost for preventing air pollution can be greatly reduced.
본 발명은 주로 고농도의 악취 및 VOCs를 장치의 구성 및 운전 조건에 따라 99% 이상의 고효율로 처리할 수 있는 방법으로 아울러 가장 큰 장점은 유지 관리가 쉬워 소규모 시설에도 쉽게 적용이 가능하며, 기존 방지기술 중 흡착에 의한 기본적인 특성을 그대로 유지하며, 진공 고정층 흡착장치내의 흡착제를 운전중인 상태를 그대로 유지하며 진공, 가온에 의해 재생시킬 수 있으며, 이때 분리 회수되는 물질은 원료로서 재 이용이 가능하다.The present invention mainly handles high concentrations of odors and VOCs with high efficiency of 99% or more according to the configuration and operation conditions of the device, and the biggest advantage is easy to maintain and easily applicable to small-scale facilities, and existing prevention technology. Maintains the basic characteristics by adsorption in the middle as it is, while maintaining the operating state of the adsorbent in the vacuum fixed bed adsorption can be recycled by vacuum, heating, and the material recovered and separated can be reused as a raw material.
이로 인하여 기존의 흡착탑(활성탄, 활성알루미나 등)의 단점인 단시간 포화 및 흡착제 교체 비용 과다의 단점을 개선하고 장점인 다양한 오염물질에 다양한 농도에 적용 가능한 고 효율을 유지하면서, 자원의 회수 재이용도 가능하고, 폐수 및 폐기물 등 2차 오염물질의 발생도 없고 년간 비용도 저렴하게 할수 있다.This improves the shortcomings of short-term saturation and excessive cost of adsorbent replacement, which are disadvantages of conventional adsorption towers (activated carbon, activated alumina, etc.), and maintains high efficiency that can be applied to various concentrations of various pollutants. In addition, there is no generation of secondary pollutants such as waste water and waste, and the cost can be reduced annually.
본 발명의 적용 시설로는 기존의 활성탄 흡착 시설이 설치된 모든 시설, 고농도 배출 시설인 주유소, 저유소, 세탁 시설등 도시형 중소 규모의 시설과 석유 정제 및 석유 화학제품의 제조시설, 유기 용제 및 페인트 제조 및 시용 시설 등 산업단지형의 악취 및 VOCs 배출 시설에 에 적용 가능하고 이러한 대규모 및 중소 규모 및 고농도에서 저 농도까지의 악취 및 VOCs 배출원에 설치하여 오염물질을 고효율로 안정적으로 처리할 수 있으며, 설치 가동할 경우 경제적으로 악취 및 VOCs 배출량을 저감하여 악취 민원 저감할 수가 있고 아울러 광화학 반응에 의한 2차 대기오염을 크게 저감시키는 효과가 있을 것이다.Application facilities of the present invention include all facilities equipped with existing activated carbon adsorption facilities, high-density gas supply facilities, low gas stations, laundry facilities, urban small and medium-sized facilities, petroleum refining and petrochemical production facilities, organic solvents and paint production and It can be applied to odor and VOCs emission facilities of industrial complexes such as application facilities, and can be installed in large and small and medium sized and high to low concentrations of odor and VOCs emission sources to process pollutants stably and efficiently. In this case, it is possible to economically reduce odor and VOCs emission, thereby reducing odor complaints, and greatly reducing secondary air pollution by photochemical reaction.
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