TWI687509B - 焦爐氣冷卻方法及其設備 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種焦爐氣冷卻方法及一種焦爐氣冷卻設備，其中焦爐氣冷卻方法包含步驟：將一焦爐氣導入一第一區段，藉由一第一冷卻管路內的一第一液體冷卻該焦爐氣，並且噴灑一第一清洗液，以防止一焦油及萘附著於該第一冷卻管路上；收集並且導出該第一清洗液及冷卻過程中產生的一冷凝水；將通過該第一區段的該焦爐氣導入一第二區段，藉由一第二冷卻管路內的一第二液體冷卻該焦爐氣，並且噴灑一第二清洗液，以防止一焦油及萘附著於該第二冷卻管路上；其中該第二液體的溫度小於該第一液體的溫度。
Description
本發明係關於一種氣體冷卻方法及其設備，特別是關於一種焦爐氣冷卻方法及其設備。
焦爐氣(Coke Oven Gas，COG)為煉焦工業產生的副產品，亦為一貫作業鋼廠之重要自產燃氣，由於其組成富含可燃氣體，可直接當作燃料使用，極具有經濟價值，而冷卻及淨化後的焦爐氣便成為煉鋼業非常重要的能量來源。而鋼廠或煉焦工業中的使用的焦爐氣冷卻塔(初冷塔)，多是採用間接冷卻的直立塔式設計，請參照第1圖，利用在冷卻管路中通入冷卻水來降低焦爐氣的溫度。現行直立式冷卻塔110上段及中段的冷卻管路120通入約30℃的冷卻水來降低剛進入冷卻塔110約82℃的焦爐氣，而下段的冷卻管路130通入冰水更進一步的將焦爐氣降至22℃左右以供後續淨化製程使用。
然而，焦爐氣的組成相當複雜，至少包含了大量的水氣、萘及焦油雜質，在冷卻的過程中，冷凝水、焦油雜質及萘會隨著溫度降低大量的析出。以處理量為72000Nm3/h的作業廠房來說，在完整的降溫過程後，焦爐氣中水氣的濃度會由52%降到2.7%，也就是說會有60.5噸/小時左右的冷凝水產生；而同樣地，萘的生成量也約在72公斤/小時。這麼大量的萘及焦油雜質就會附著在冷卻管路的表面，造成冷卻塔的冷卻效率降低。
請參照第1圖，而現有技術多會在冷卻塔頂端噴灑乳化液142(含15%~30%的焦油)，作為清洗冷卻管路表面的清洗液，減少萘及焦油雜質的附著。但是冷卻過程中產生的大量冷凝水(60.5噸/小時)會稀釋清洗液進而降低清洗效果。此外，直立塔式設計，讓冷卻塔下段的冷卻管路(冰
水管路)的清洗效果沒有上段及中段來的明顯，再加上大量冷凝水落下，使得讓下段的冷卻管路(冰水管路)會同時冷卻焦爐氣及冷凝水，冷卻的負擔過高，冷卻效果效率大幅降低，為了達成目標就必須使用更大量的冰水，導致整體成本大幅提高。
故，必要提供一種焦爐氣冷卻方法及其設備，以解決習用技術所存在的問題。
本發明之主要目的在於提供一種焦爐氣冷卻方法，使焦爐氣經兩個區段冷卻，而冷卻過程中所產生的冷凝水及所使用的清洗液也會在兩個區段收集取出，避免清洗液稀釋及冷卻負擔過高等問題，進而提高冷卻效率。
本發明的次要目的在於提供一種焦爐氣冷卻設備，除了可以大幅降低冷卻過程中的冰水使用量，進而降低成本之外，還可以增加焦爐氣脫萘的效率。
為了達成上述之目的，本發明提供一種焦爐氣冷卻方法，其包含步驟：將一焦爐氣導入一第一區段，藉由一第一冷卻管路內的一第一液體冷卻該焦爐氣，並且噴灑一第一清洗液，以防止一焦油及萘附著於該第一冷卻管路上；收集並且導出該第一清洗液及冷卻過程中產生的一冷凝水；及將通過該第一區段的該焦爐氣導入一第二區段，藉由一第二冷卻管路內的一第二液體冷卻該焦爐氣，並且噴灑一第二清洗液，以防止一焦油及萘附著於該第二冷卻管路上；其中該第二液體的溫度小於該第一液體的溫度。
在本發明之一實施例中，該第一清洗液包含一焦油乳化液。
在本發明之一實施例中，該第二清洗液包含一焦油衍生物。
本發明還提供一種焦爐氣冷卻設備，用以初步冷卻一焦爐氣，並包含：一塔體，包含一進氣口、一出氣口及一塔內空間，該塔內空間含有一第一區段及一第二區段，該第二區段位於該第一區段下方，該進氣口設於該第一區段以供該焦爐氣進入該塔內空間，且該出氣口設於該第二區段；一第一冷卻管路，設置於該第一區段，該第一冷卻管路內具有一
第一液體；一第二冷卻管路，設置於該第二區段，該第二冷卻管路內具有一第二液體，其中該第二液體的溫度小於該第一液體的溫度；及一氣液分離板，設置於該塔內空間中，用以區分該第一區段及該第二區段，該氣液分離板配置用以供該焦爐氣由第一區段通往該第二區段。
在本發明之一實施例中，該第一區段的高度與該第二區段的高度的比為2：1。
在本發明之一實施例中，更包含：一第一清洗液噴灑裝置及一第二清洗液噴灑裝置，該第一清洗液噴灑裝置設置於該第一區段且位於該第一冷卻管路上方，該第一清洗液噴灑裝置用以噴一第一清洗液，該第二清洗液噴灑裝置設置於該第二區段且位於該第二冷卻管路上方。
在本發明之一實施例中，該氣液分離板具有數個氣孔、數個溝槽及數個氣孔遮板，該些氣孔配置用以供該焦爐氣通往該第二區段，該些溝槽位於該些氣孔下方用以收集該第一清洗液，且該些氣孔遮板設於該些氣孔上方防止該第一清洗液進入該第二區段。
本發明還提供一種焦爐氣冷卻設備，用以初步冷卻一焦爐氣，並包含：一第一塔，供該焦爐氣進入，該第一塔內部設有一第一冷卻管路及一第一清洗液噴灑裝置，該第一冷卻管路具有一第一液體，該第一清洗液噴灑裝置用以噴一第一清洗液；以及一第二塔，連接該第一塔，用以接收通過該第一塔的該焦爐氣，該第二塔內部設有一第二冷卻管路置，該第二冷卻管路具有一第二液體，其中該第二液體的溫度小於該第一液體的溫度。
在本發明之一實施例中，該第一塔更包含一第一清洗液導出裝置，以避免該第一清洗液進入該第二塔。
在本發明之一實施例中，該第二塔內設有一第二清洗液噴灑裝置用以噴灑一第二清洗液。
如上所述，本發明收集並且導出第一區段冷卻時所產生的冷凝水及所使用的清洗液，避免大量的冷凝水及使用過的清洗液進入第二區段，使得第二區段的第二冷卻管路不需要冷卻焦爐氣以外的液體(冷卻水及清洗液)，進而提高冷卻效率及脫萘的效率。此外，第二區段可以通入未被
冷凝水稀釋的清洗液，避免萘及焦油雜質附著在第二冷卻管路表面。
S101~S103‧‧‧步驟
110‧‧‧冷卻塔
120‧‧‧冷卻管路
130‧‧‧冷卻管路
142‧‧‧乳化液
200‧‧‧焦爐氣冷卻設備
201‧‧‧焦爐氣
210‧‧‧塔體
211‧‧‧進氣口
212‧‧‧出氣口
213‧‧‧塔內空間
213a‧‧‧第一區段
213b‧‧‧第二區段
220‧‧‧第一冷卻管路
230‧‧‧第二冷卻管路
240‧‧‧第一清洗液噴灑裝置
242‧‧‧第一清洗液
250‧‧‧氣液分離板
251‧‧‧氣孔
252‧‧‧溝槽
253‧‧‧氣孔遮板
260‧‧‧第二清洗液噴灑裝置
262‧‧‧第二清洗液
300‧‧‧焦爐氣冷卻設備
301‧‧‧焦爐氣
310‧‧‧第一塔
311‧‧‧第一進氣口
312‧‧‧第一出氣口
313‧‧‧第一冷卻管路
314‧‧‧第一清洗液噴灑裝置
315‧‧‧第一清洗液
316‧‧‧第一清洗液導出裝置
320‧‧‧第二塔
321‧‧‧第二進氣口
322‧‧‧第二出氣口
323‧‧‧第二冷卻管路置
324‧‧‧第二清洗液噴灑裝置
325‧‧‧第二清洗液
H1‧‧‧高度
H2‧‧‧高度
第1圖是現有技術的焦爐氣冷卻塔的示意圖。
第2圖是本發明一種焦爐氣冷卻方法的一實施例的步驟流程圖。
第3圖是本發明一種焦爐氣冷卻設備的一實施例的示意圖。
第4圖是第3圖實施例中氣液分離板的示意圖。
第5圖是本發明一種焦爐氣冷卻設備的另一實施例的示意圖。
為了讓本發明之上述及其他目的、特徵、優點能更明顯易懂，下文將特舉本發明較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。再者，本發明所提到的方向用語，例如上、下、頂、底、前、後、左、右、內、外、側面、周圍、中央、水平、橫向、垂直、縱向、軸向、徑向、最上層或最下層等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
請參照第2圖，第2圖是本發明一種焦爐氣冷卻方法的一實施例的步驟流程圖。本發明提供一種焦爐氣冷卻方法，其包含以下步驟：
步驟S101，將一焦爐氣導入一第一區段，藉由一第一冷卻管路內的一第一液體冷卻該焦爐氣，並且噴灑一第一清洗液，以防止一焦油附著於該第一冷卻管路上。其中該第一液體可以是水或是其它適用於冷卻的液體，而該第一液體的溫度可以約在28℃至33℃之間。若該第一液體以水為例，其溫度約31℃。該第一清洗液可以包含一焦油乳化液，該焦油乳化液中含有15%~30%的焦油(Tar)。
步驟S102，收集並且導出該第一清洗液及冷卻過程中產生的一冷凝水。該焦爐氣冷卻初期的溫度約82℃，在該第一區段中藉由該第一液體帶走該焦爐氣的熱量，可以將該焦爐氣的溫度降至約33℃。而在這段期間，該焦爐氣水氣含量由52.2%降到2.7%，而過程中萘也會大量析出。
步驟S103，將通過該第一區段的該焦爐氣導入一第二區段，藉由一第二冷卻管路內的一第二液體冷卻該焦爐氣，並且噴灑一第二
清洗液，以防止一焦油附著於該第二冷卻管路上；其中該第二液體的溫度小於該第一液體的溫度。由於經過該第一區段降溫後，該焦爐氣的溫度降至約33℃，再利用溫差不大的該第一液體進行冷卻的效益已經不明顯，所以使用溫度約在15℃至20℃之間的該第二液體來降低該焦爐氣溫度。該第二液體可以是水或是其它適用於冷卻的液體，以該第二液體為水為例，其溫度可以約為17℃。因為低於水的常溫(25℃)，需要透過冰水機或其它相似設備進行降溫，通常有會有人稱該第二冷卻管路為冰水管路，該第二液體為冰水。應當理解的是，該第一液體與該第二液體可以為相同材料或不同材料。由於該冷凝水及該第一清洗液已經被收集並且導出，所以在本發明實施例中的該第二冷卻管路不需要冷卻額外的液體，可以大幅提昇冷卻該焦爐氣的效率，節省冰水的消耗。
該第二清洗液可以包含一焦油衍生物，例如煤焦油衍生油。而這些煤焦油衍生油可以是新鮮的焦油乳化液(例如取自廠內沉降槽焦油-水介面)、來自廠區中焦爐氣輕油洗滌塔的廢洗油或煤焦油蒸餾廠中的廉價雜酚油。此外，也由於該冷凝水及該第一清洗液已經被收集並且導出，使得該第二清洗液不會有大量稀釋的問題產生，可以減少該第二清洗液的噴灑量。
請參照第3圖，第3圖是本發明一種焦爐氣冷卻設備的一實施例的示意圖。本發明還提供一種焦爐氣冷卻設備200，用以初步冷卻一焦爐氣201，並包含：一塔體210、一第一冷卻管路220、一第二冷卻管路230、一第一清洗液噴灑裝置240、一氣液分離板250及一第二清洗液噴灑裝置260。
該塔體210包含一進氣口211、一出氣口212及一塔內空間213，該塔內空間213含有一第一區段213a及一第二區段213b，該第二區段213b位於該第一區段213a下方，該進氣口211設於該第一區段213a以供該焦爐氣201進入該塔內空間213，且該出氣口212設於該第二區段213b。該出氣口212用以輸出冷卻後的該焦爐氣201，以供後續製程使用。此外，該第一區段213a的高度H1與該第二區段213b的高度H2的比為2：1。
該第一冷卻管路220設置於該第一區段213a，該第一冷卻管路220內具有一第一液體(未標示)。該第一冷卻管路220蜿蜒地設置於該塔內空間213的該第一區段213a。該第一冷卻管路220可以由金屬所製成，該第一冷卻管路220可以是不鏽鋼管、鐵管、銅管或是其合適的管材。該第一液體可以是水或是其它適用於冷卻的液體，而該第一液體的溫度可以約在28℃至33℃之間，例如以溫度約31℃的水作為該第一液體。
該第一清洗液噴灑裝置240設置於該第一區段213a且位於該第一冷卻管路220上方，該第一清洗液噴灑裝置240用以噴一第一清洗液242。如第3圖所示，該第一清洗液噴灑裝置240設置在該塔體210的頂端，該第一清洗液242可以包含一焦油乳化液，該焦油乳化液中含有15%~30%的焦油(Tar)。該焦油乳化液可以帶走附著在該第一冷卻管路220表面的焦油及萘，避免該第一冷卻管路220的冷卻效率下降或失效。
該氣液分離板250設置於該塔內空間213中，用以區分該第一區段213a及該第二區段213b，該氣液分離板250配置用以供該焦爐氣201由第一區段213a通往該第二區段213b。如第4圖所示，該氣液分離板250具有數個氣孔251、數個溝槽252及數個氣孔遮板253，該些氣孔251配置用以供該焦爐氣201通往該第二區段213b，該些溝槽252位於該些氣孔251下方用以收集該第一清洗液242及在該第一區段冷卻過程中所產生的一冷凝水(未標示)，且該些氣孔遮板253設於該些氣孔251上方防止該第一清洗液242及該冷凝水進入該第二區段213b。該氣液分離板250可以由金屬材料製成，例如不銹鋼、碳鋼。該氣液分離板250用收集並且導出該第一清洗液242及該冷凝水，該氣液分離板250也可以稱為液體收集板。
請參照第3圖，該第二冷卻管路230設置於該第二區段213b，該第二冷卻管路230內具有一第二液體(未標示)，其中該第二液體的溫度小於該第一液體的溫度。該第二冷卻管路230蜿蜒地設置於該塔內空間213的該第二區段213b。該第二冷卻管路230可以由金屬所製成，該第二冷卻管路230可以是不鏽鋼管、鐵管、銅管或是其合適的管材。該第二液體可以是水或是其它適用於冷卻的液體，而該第二液體的溫度可以約在15℃至20℃之間，例如以溫度約17℃的水作為該第二液體。此外，因該第
二液體的溫度低於常溫(25℃)，需要透過冷卻裝置(例如冰水機)或其它相似設備進行降溫，通常有會有人稱該第二冷卻管路為冰水管路，該第二液體為冰水。
該第二清洗液噴灑裝置260設置於該第二區段213b且位於該第二冷卻管路230上方。該第二清洗液噴灑裝置位260於該氣液分離板250與該第二冷卻管路230之間，並且該第二清洗液噴灑裝置260用以噴一第二清洗液262。該第二清洗液260可以帶走附著在該第二冷卻管路230表面的焦油及萘，避免該第二冷卻管路230的冷卻效率下降或失效。該第二清洗液262可以包含一焦油衍生物，例如煤焦油衍生油。而這些煤焦油衍生油可以是新鮮的焦油乳化液、來自廠區中焦爐氣輕油洗滌塔的廢洗油或煤焦油蒸餾廠中的廉價雜酚油。此外，由於該冷凝水及該第一清洗液242已經被收集並且導出，使得該第二清洗液262不會有大量稀釋的問題產生，可以減少該第二清洗液262的噴灑量。
請參照第5圖，第5圖是本發明一種焦爐氣冷卻設備的另一實施例的示意圖。本發明還提供一種焦爐氣冷卻設備300，用以初步冷卻一焦爐氣301，並包含：一第一塔310及一第二塔320。
該第一塔310供該焦爐氣301進入，該第一塔310內部設有一第一冷卻管路313及一第一清洗液噴灑裝置314，該第一冷卻管路313內具有一第一液體(未標示)，該第一清洗液噴灑裝置314用以噴一第一清洗液315。該第一塔310還包含了一第一進氣口311及一第一出氣口312，該第一進氣口311用以將該焦爐氣301輸入該第一塔310中，而且該第一出氣口312用來對外輸送冷卻後的該焦爐氣301。
該第一冷卻管路313蜿蜒地設置在該第一塔310的內部空間中，該第一冷卻管路313可以由金屬所製成，該第一冷卻管路313可以是不鏽鋼管、鐵管、銅管或是其合適的管材。該第一液體可以是水或是其它適用於冷卻的液體，而該第一液體的溫度可以約在28℃至33℃之間，例如以溫度約31℃的水作為該第一液體。
該第一清洗液噴灑裝置314設置在該第一塔310的頂端並且位於該第一冷卻管路313上方。該第一清洗液315可以包含一焦油乳化液，
該焦油乳化液中含有15%~30%的焦油(Tar)。該第一清洗液315可以帶走附著在該第一冷卻管路313表面的焦油及萘，避免該第一冷卻管路313的冷卻效率下降或失效。
此外，該第一塔310更包含一第一清洗液導出裝置316，以避免該第一清洗液315及在該第一塔的冷卻過程中所產生的一冷凝水(未標示)進入該第二塔320。該第一清洗液導出裝置316設置在該第一塔310的底端並且位於該第一冷卻管路313下方。
該第二塔320連接該第一塔310，用以接收通過該第一塔310的該焦爐氣301，該第二塔內部設有一第二冷卻管路置323，該第二冷卻管路323具有一第二液體(未標示)，其中該第二液體的溫度小於該第一液體的溫度。該第二塔320還包括一第二進氣口321及一第二出氣口322。該第二進氣口321與該第一塔310的該第一出氣口312連接，將該焦爐氣301輸入該第二塔320中。該第二出氣口322對外輸出進一步冷卻的該焦爐氣301，以供後續製程使用。
該第二冷卻管路323蜿蜒地設置於該第二塔320的內部空間中，該第二冷卻管路323可以由金屬所製成，該第二冷卻管路323可以是不鏽鋼管、鐵管、銅管或是其合適的管材。該第二液體可以是水或是其它適用於冷卻的液體，而該第二液體的溫度可以約在15℃至20℃之間，例如以溫度約17℃的水作為該第二液體。
此外，該第二塔320內設有一第二清洗液噴灑裝置324用以噴灑一第二清洗液325。該第二清洗液噴灑裝置324設置在該第二塔320的頂端並且位於該第二冷卻管路323上方。該第二清洗液325可以帶走附著在該第二冷卻管路323表面的焦油及萘，避免該第二冷卻管路323的冷卻效率下降或失效。該第二清洗液325可以包含一焦油衍生物，例如煤焦油衍生油。而這些煤焦油衍生油可以是新鮮的焦油乳化液、來自廠區中焦爐氣輕油洗滌塔的廢洗油或煤焦油蒸餾廠中的廉價雜酚油。由於該冷凝水及該第一清洗液315不會流入該第二塔中，因此該第二清洗液325不會有大量稀釋的問題產生，可以減少該第二清洗液325的噴灑量。
以處理量為72000Nm3/h的作業廠房的實例來說明，傳統直
立塔式設計的冰水負荷為2.56MMkcal/h，而冷卻後的焦爐氣中萘濃度為0.6g/Nm3。而本發明實施例的冰水負荷為1.18MMkcal/h，而冷卻後的焦爐氣中萘濃度為0.3g/Nm3。本發明不但冰水負荷可以節省50%以上，而且焦爐氣中萘濃度也可以大幅降低，以利於後續製程使用。
如上所述，本發明收集並且導出第一區段冷卻時所產生的冷凝水及所使用的清洗液，避免大量的冷凝水及使用過的清洗液進入第二區段，使得第二區段的第二冷卻管路不需要冷卻焦爐氣以外的液體(冷卻水及清洗液)，進而提高冷卻效率及脫萘的效率。此外，第二區段可以通入未被冷凝水稀釋的清洗液，避免萘及焦油雜質附著在第二冷卻管路表面。
雖然本發明已以較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
S101~S103‧‧‧步驟
Claims (9)
- 一種焦爐氣冷卻方法，其包含步驟：將一焦爐氣導入一第一區段，藉由一第一冷卻管路內的一第一液體冷卻該焦爐氣，並且噴灑一第一清洗液，以防止一焦油附著於該第一冷卻管路上；收集並且導出該第一清洗液及冷卻過程中產生的一冷凝水；及將通過該第一區段的該焦爐氣導入一第二區段，藉由一第二冷卻管路內的一第二液體冷卻該焦爐氣，並且噴灑一第二清洗液，以防止一焦油附著於該第二冷卻管路上；其中該第二液體的溫度小於該第一液體的溫度。
- 如申請專利範圍第1項所述之焦爐氣冷卻方法，其中該第一清洗液包含一焦油乳化液。
- 如申請專利範圍第1項所述之焦爐氣冷卻方法，其中該第二清洗液包含一焦油衍生物。
- 一種焦爐氣冷卻設備，用以初步冷卻一焦爐氣，並包含：一塔體，包含一進氣口、一出氣口及一塔內空間，該塔內空間含有一第一區段及一第二區段，該第二區段位於該第一區段下方，該進氣口設於該第一區段以供該焦爐氣進入該塔內空間，且該出氣口設於該第二區段；一第一冷卻管路，設置於該第一區段，該第一冷卻管路內具有一第一液體；一第二冷卻管路，設置於該第二區段，該第二冷卻管路內具有一第二液體，其中該第二液體的溫度小於該第一液體 的溫度；及一氣液分離板，設置於該塔內空間中，用以區分該第一區段及該第二區段，該氣液分離板配置用以供該焦爐氣由第一區段通往該第二區段，其中該氣液分離板具有數個氣孔、數個溝槽及數個氣孔遮板，該些氣孔配置用以供該焦爐氣通往該第二區段，該些溝槽位於該些氣孔下方用以收集該第一清洗液，且該些氣孔遮板設於該些氣孔上方防止該第一清洗液進入該第二區段。
- 如申請專利範圍第4項所述之焦爐氣冷卻設備，其中該第一區段的高度與該第二區段的高度的比為2：1。
- 如申請專利範圍第5項所述之焦爐氣冷卻設備，更包含：一第一清洗液噴灑裝置及一第二清洗液噴灑裝置，該第一清洗液噴灑裝置設置於該第一區段且位於該第一冷卻管路上方，該第一清洗液噴灑裝置用以噴一第一清洗液，該第二清洗液噴灑裝置設置於該第二區段且位於該第二冷卻管路上方。
- 一種焦爐氣冷卻設備，用以初步冷卻一焦爐氣，並包含：一第一塔，供該焦爐氣進入，該第一塔內部設有一第一冷卻管路及一第一清洗液噴灑裝置，該第一冷卻管路具有一第一液體，該第一清洗液噴灑裝置用以噴一第一清洗液；以及一第二塔，連接該第一塔，用以接收通過該第一塔的該焦.爐氣，該第二塔內部設有一第二冷卻管路置，該第二冷卻管路具有一第二液體，其中該第二液體的溫度小於該第一 液體的溫度。
- 如申請專利範圍第7項所述之焦爐氣冷卻設備，其中該第一塔更包含一第一清洗液導出裝置，以避免該第一清洗液進入該第二塔。
- 如申請專利範圍第8項所述之焦爐氣冷卻設備，其中該第二塔內設有一第二清洗液噴灑裝置用以噴灑一第二清洗液。
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2019
- 2019-01-25 TW TW108102969A patent/TWI687509B/zh not_active IP Right Cessation
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