CH650521A5 - Composition de gazole comprenant un additif ameliorant ses proprietes de filtrabilite a froid. - Google Patents
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Description
L'invention concerne l'utilisation d'additifs combinés pour améliorer les propriétés de filtrabilité de distillats de pétrole, en particulier de certains gazoles. Elle concerne également les compositions de distillats, en particulier de gazoles, contenant ces additifs combinés.
Elle concerne enfin l'utilisation de ces additifs combinés pour inhiber la sédimentatin des n-paraffines formées dans ces distillats, lors de leur stockage prolongé à basse température.
De nombreux composés ont été proposés dans la technique antérieure comme additifs pour améliorer la tenue à froid des distillats moyens du pétrole.
Il peut s'agir de certains composés simples non polymériques tels que les paraffines éventuellement modifiées, ou des sels de métaux alcalino-terreux. Il s'agit le plus souvent d'homopolymères d'oléfi-nes, plus particulièrement d'éthylène, avec différents comonomères, tels que l'acétate de vinyle, des acrylates d'alcoyle, d'autres oléfines ou de dioléfmes, ainsi que de certains homo- ou copolymères hydrogénés de dioléfines conjuguées.
Or, on s'est aperçu que l'efficacité des différents additifs préconisés pour améliorer les propriétés de filtrabilité à froid des distillats moyens du pétrole dépendait fortement de la nature des distillats considérés. Elle varie en effet selon la teneur en paraffine et surtout selon leur intervalle de distillation.
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C'est ainsi que dans le cas de coupes dites élargies de gazoles, c'est-à-dire de distillats dont le point final de distillation ASTM est supérieur à 370 et peut atteindre par exemple 390 à 450e C, ou de coupes dites étroites de gazoles, c'est-à-dire de distillats dont le point initial de distillation ASTM est supérieur à 200 et peut atteindre par exemple 220 à 230e C, il s'est avéré que l'efficacité de ces divers composés n'était pas suffisante pour que les gazoles auxquels on les ajoute répondent aux spécifications demandées [température limite de filtrabilité (TLF) déterminée selon la norme AFNOR M 07042, inférieure ou égale à — 6 C],
L'intervalle de distillation des coupes de gazoles est généralement défini par la courbe de distillation ASTM norme ASTM D 86-67 qui correspond à la norme AFNOR M 07 002/70.
Il a été cependant constaté que l'utilisation de cette courbe pour les coupes élargies ou étroites ne donnait pas une représentation fidèle desdites coupes, notamment pour les fractions les plus lourdes.
C'est pour cette raison qu'on lui substitue souvent la courbe de distillation selon la norme ASTM D 1160 réalisée sous pression réduite.
Dans la suite du présent texte, on utilisera dans certains exemples, pour définir les gazoles, la courbe ASTM classique (M 07 002/70), celle-ci étant toujours la plus couramment utilisée par les industriels.
Une autre limite à l'utilisation des différents additifs préconisés pour améliorer les propriétés de filtrabilité à froid des distillats moyens du pétrole est que leur association aux n-paraffines contenues dans ces distillats provoque une réduction de la taille des cristaux de n-paraffines qui apparaissent à basse température.
Bien que ce mécanisme d'inhibition de la croissance cristalline soit lié directement à l'amélioration de la température limite de filtrabilité (TLF) des gazoles, il s'accompagne généralement d'une accélération de la sédimentation compacte des microcristaux de paraffines une fois formés dans le fond des cuves de stockage et des réservoirs de moteurs Diesel.
Ce phénomène est souvent la cause du bouchage des canalisations par temps froid et du calage des moteurs au démarrage par encrassement massif des filtres.
On a maintenant découvert qu'il était possible d'améliorer nettement les propriétés de filtrabilité à froid des distillats moyens du pétrole, notamment des coupes ayant un point final de distillation supérieur à 370 C ou un point initial de distillation supérieur à 200 C, tout en évitant simultanément la sédimentation accélérée des microcristaux de n-paraffines formés, par l'emploi de combinaisons d'additifs associant des produits de condensation d'anhydrides cycliques et de N-alkylpolyamines à certains polymères choisis parmi:
soit des polymères de l'éthylène ou des polymères halogènes de l'éthylène,
soit des copolymères de l'éthylène et de différents monomères tels que l'acétate de vinyle ou l'acrylate d'éthylhexyle,
soit des copolymères hydrogénés du butadiène et de l'isoprène. L'obtention, grâce à l'utilisation d'additifs, d'une nette amélioration des propriétés de filtrabilité à froid des coupes élargies ou étroites de gazoles auxquelles ils sont incorporés, constitue un résultat imprévu si l'on considère que chacun des constituants des combinaisons de l'invention, pris isolément, n'a pratiquement aucun effet sur ces propriétés de filtrabilité.
D'une façon générale, les compositions de l'invention comprennent une proportion majeure d'un distillât de pétrole, en particulier d'un gazole, et une proportion suffisante pour en améliorer les propriétés de filtrabilité à froid d'une combinaison d'additifs formée par un constituant A et un constituant B définis comme indiqué ci-après. Le constituant A peut être choisi dans le groupe:
des polymères de l'éthylène ou des polymères halogénés de l'éthylène tels que les polyéthylènes chlorés,
des copolymères de l'éthylène et de différents monomères tels que l'acétate de vinyle ou l'acrylate d'éthylhexyle,
des copolymères hydrogénés du butadiène et de l'isoprène. Ce constituant A devra présenter une masse moléculaire en nombre de 500 à 15000, de préférence de 2000 à 4000, et un taux de branchement, c'est-à-dire un nombre de radicaux X, compris entre 10 et 30 atomes de carbone, X représentant un radical
— CH,, -Cl, —O—C —CH,, -C-0-CH,-CH-C4H9 II II "I
O O C2HS
selon que le polymère utilisé est respectivement un polymère de l'éthylène ou un copolymère hydrogéné du butadiène et de l'isoprène (X= —CH3), un polymère chloré de l'éthylène (X = C1), un copolymère de l'éthylène et de l'acétate de vinyle
(X = 0 —C—CH,),
II
O
un copolymère de l'éthylène et de l'acrylate d'éthyle-2-hexyle
(X-C-0-CH,-CH-C4H9).
Il " I
O QH,
Les produits représentant le constituant A, utilisés dans l'invention, correspondent de préférence à la structure moyenne suivante:
CH,-[(CH,)a-CH-(CH,)b]p CH = CH2 (I)
X
dans laquelle:
a est un nombre entier compris entre 1 et 11,
b est un nombre compris entre 1 et 11, tels que a+b= 12,
p est un nombre compris entre 3 et 30,
X est un groupe méthyle, chlorure, acétate ou acrylate d'éthylhexyle selon la nature du polymère décrit ci-dessus. Le constituant B de la combinaison d'additifs de l'invention résulte de la condensation d'au moins un anhydride cyclique et d'au moins une N-alkylpolyamine linéaire.
Les anhydrides cycliques utilisables correspondent aux formules générales suivantes :
0 0 R." Q R 9 0
•Mv "'JxA/VvA>
R 1 R l "
0 0 8 Q 12 0
(ii) (in (ir-) (ir")
où R,, R,, R3, R4, R5, R6, R7, Rs, R0, R,0, Ri i et R12 peuvent être identiques ou différents et sont choisis parmi l'atome d'hydrogène et les radicaux hydrocarbonés monovalents de 1 à 5 atomes de carbone.
Les N-alkylpolyamines linéaires correspondent à la formule générale suivante:
R'
I
r — [NH — (Ç)3—]nNH, (III)
R"
dans laquelle:
n représente un nombre entier tel que 0 < n < 3,
R représente une chaîne carbonée saturée ou insaturée possédant un nombre d'atomes de carbone compris entre 10 et 22,
R' et R" peuvent être identiques ou différents et sont choisis parmi l'atome d'hydrogène et les radicaux hydrocarbonés monovalents de 1 à 3 atomes de carbone.
Parmi les polyamines linéaires de formule (III) utilisables, on peut citer comme exemples particulièrement avantageux: le N-oléyldiamino-l,3-propane,
le N-stéaryldiamino-l,3-propane,
le N-oléylméthyl-1 -diamino-1,3-propane, le N-oléylméthyl-2-diamino-l,3-propane,
le N-oléyléthyl-1 -diamino-1,3-propane,
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fi S
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4
le N-oléyléthyl-2-diamino-l ,3-propane, le N-stéarylméthyl-1-diamino-1,3-propane, le N-stéarylmêthyl-2-diamino-l ,3-propane,
le N-stéaryléthyl-1 -diamino-1,3-propane,
le N-stêaryléthyl-2-diamino-1,3-propane, s le N-olêyldipropylènetriamine,
le N-stéaryldipropylènetriamine,
et leurs mélanges.
La condensation des anhydrides de formule (II) sur les aminés de formule (III) en vue de l'obtention du composé B peut être faite sans io solvant, mais de préférence on utilisera un hydrocarbure aromatique de point d'êbullition compris entre 70 et 250° C, par exemple le toluène, les xylènes, le diisopropylbenzène, une coupe pétrolière aromatique ayant l'intervalle de distillation souhaité.
On procède de la manière suivante: on introduit la polyamine 15 petit à petit en maintenant la température entre 30 et 80°C; on élève ensuite la température à 120-200° C pour éliminer l'eau formée soit par entraînement avec un gaz inerte, comme l'azote ou l'argon, soit par distillation azéotropique avec le solvant choisi. La durée de la réaction après addition de la polyamine est comprise entre 2 et 8 h, 20 de préférence entre 3 et 6 h.
Selon l'invention, les constituants A et B, tels qu'ils ont été définis précédemment, sont particulièrement intéressants pour améliorer les propriétés de filtrabilité à froid des distillats moyens du pétrole, et en particulier des coupes dites élargies de gazoles ayant 25 un point final de distillation supérieur à 370° C, compris par exemple entre 370 et 450° C, et sur les coupes dites étroites de gazole ayant un point initial de distillation ASTM supérieur à 200° C, compris par exemple entre 220 et 230° C, vis-à-vis desquelles chacun des constituants A et B utilisé isolément n'a aucun effet (ou tout au plus un 30 effet très réduit). II semble donc que chacun des constituants A et B exerce sur les propriétés de l'autre une action de synergie, dont le mécanisme n'a pas été clairement élucidé.
En général, cette action se manifeste de façon sensible lorsque le constituant A ou le constituant B est utilisé, par rapport au consti- 35 tuant B ou au constituant A, en une proportion d'au moins 1:100 en poids, de préférence d'au moins 1:20 en poids.
Pour observer une nette amélioration des propriétés de filtrabilité à froid des coupes de gazoles considérées dans l'invention, les combinaisons d'additifs A et B, dans lesquelles le rapport entre les quan- 40 tités pondérales des constituants A et B peuvent être de 1:100 à 100:1, de préférence 1:20 à 20:1, sont en général ajoutées à ces coupes gazoles à des concentrations globales: constituant A -1- constituant B de 20 à 2000 g/m3 de gazole, avec la condition que la concentration individuelle de chacun des constituants A et B n'est pas 45 inférieure à 5 g/m3.
Dans certains cas, il se peut qu'on observe déjà une amélioration des propriétés de filtrabilité pour une concentration globale en additifs A et B inférieur à 20 g/m3.
Cependant, des concentrations de cet ordre sont en général insuf- 30 fisantes pour donner lieu à un effet très marqué sur la température limite de filtrabilité.
Il apparaît finalement que la concentration globale optimale des combinaisons d'additifs de l'invention se situe le plus souvent dans l'intervalle de 50 à 500 g/m3. 55
Pour formuler les compositions de gazole de l'invention, il est possible d'ajouter les constituants A et B directement au gazole par une simple opération de mélange.
Il est cependant souvent avantageux de les introduire sous forme de solutions mères préparées au préalable: il peut s'agir de deux solutions distinctes dans le même solvant ou dans deux solvants différents, ou d'une solution des deux constituants. Le ou les solvants peuvent consister par exemple en des solvants de caractère aromatique, tels que par exemple le toluène, les xylènes, le diisopropylbenzène, une coupe pétrolière à caractère aromatique ayant l'intervalle de distillation souhaité.
Les solutions mères peuvent contenir par exemple de 20 à 60% en poids d'additifs.
De plus, il est remarquable de constater que les additifs de l'invention qui sont efficaces, contrairement aux additifs classiques dans les coupes élargies, c'est-à-dire celles ayant par exemple un intervalle de distillation de 150-370 C et plus, d'une part le sont toujours s'ils sont utilisés dans une coupe étroite dont l'intervalle de distillation est par exemple 230-360 C et plus, c'est-à-dire une coupe élargie dont on a supprimé la fraction légère (kérosène), d'autre part inhibent simultanément la sédimentation des n-paraffmes dans les gazoles dopés au repos, bien que les n-paraffines soient constituées par les n-paraffines les plus lourdes de la fraction distillable du brut.
Ce résultat est d'autant plus surprenant que c'est la fraction légère qui exerce une influence très favorable sur la température de filtrabilité et sur la solvatation des paraffines.
Les additifs de l'invention permettent donc de substituer sans inconvénient une fraction lourde d'hydrocarbures à une fraction légère, ce qui est très intéressant sur le plan de l'économie.
L'invention sera mieux comprise à la lecture des exemples suivants, donnés à titre non limitatif.
Exemples 1 à 3:
Ces exemples ont pour but de démontrer l'efficacité sur différents gazoles des additifs de l'invention, l'action de synergie des constituants de l'additif et l'action inhibitrice sur la sédimentation compacte des paraffines microcristallines dans les gazoles une fois dopés maintenus au repos à basse température.
Comme exemples de composé A, nous citerons tour à tour: A^ Un polymère de l'éthylène qui présente les caractéristiques suivantes:
Masse moléculaire moyenne 2725
Taux de branchement (nombre de CH3 pour 100 atomes de carbone) 9
A2) Un copolymère de l'éthylène et de l'acétate de vinyle qui présente les caractéristiques suivantes:
Masse moléculaire moyenne 1750 Pour-cent d'acétate de vinyle 28
Comme exemple de composé B, nous citerons un produit de condensation de l'anhydride maléique et du N-oléyIe-l-3-diaminopro-pane, préparé dans les conditions expérimentales décrites ci-dessus.
Les gazoles traités ont les caractéristiques suivantes:
Tableau I
Origine des distillats
Distillation ASTM
%V distillé à 350-C
Mv à 15 °C (kg/1)
P, ( C)
PF( Q
Coupe Aramco
198
404
87
0,8417
Coupe Safaniya
200
378
86
0,8500
Coupe Kirkuk
193
392
87
0,8423
5
650 521
Tableau II
Effet de la composition d'additifs sur la température limite de filtrabilité et de mise en évidence de la synergie sur chacune de ces coupes
Origine des distillats
Température limite de filtrabilité ( C)
Non dopé
A,
a2
B
Mélange A, + B*
Mélange A, + B*
Coupe Aramco
+ 7;C
+6
0
+6
-6
-12
Coupe Safaniya
+4; C
0
-5
+4
-8
-13
Coupe Kirkuk
+rc
-1
-4
0
-7
-10
* Mélange comprenant 240 ppm de A et 60 ppm de B.
Exemple 4:
Cet exemple a pour but de déterminer les meilleurs rapports des deux constituants de l'additif. Ces constituants sont décrits dans les exemples de 1 à 3.
Le gazole traité est une coupe élargie obtenue par distillation d'un pétrole brut d'origine Aramco. Elle a les caractéristiques suivantes:
Intervalle de distillation:
Point initial (PI) 187 C Point final (PF) 441 C mesuré selon la norme ASTM D 1160.
A titre comparatif, l'intervalle de distillation selon la courbe de distillation ASTM classique est: PI = 193e C; PF=409eC.
La concentration globale de l'additif est 300 ppm.
Les résultats obtenus sont donnés dans le tableau suivant:
Tableau III
Essai N°
Composé A, (ppm)
Composé B (ppm)
TLF* CC)
1
0
0
+ 7
2
300
0
+ 3
3
240
60
-4
4
180
120
-4
5
150
150
-5
6
120
180
-3
7
0
300
+ 7
* TLF = température limite de filtrabilité.
L'étude du tableau ci-dessus montre que l'action de l'additif est obtenue dans une large gamme de rapports des constituants. On utilise de préférence les constituants dans un rapport 75:25.
Exemple 5:
Cet exemple a pour but d'illustrer l'influence de la concentration de l'additif de l'invention sur la température limite de filtrabilité du gazole traité.
Le gazole traité est une coupe élargie obtenue par distillation d'un pétrole brut d'origine Safaniya.
Cette coupe a un point initial de 180 C et un point final de 392 C (ASTM classique).
L'additif utilisé ici est un mélange du composé A2 et du composé B dans le rapport A : B = 75:25 en poids.
Tableau IV
Concentration en additif (ppm*)
0
175
350
700
TLF ( C)
0
-8
-12
-15
*ppm = grammes par mètre cube.
Exemple 6:
A titre comparatif, on a traité trois gazoles I, II et III dont les intervalles de distillation selon la norme ASTM D 1160 sont respectivement 162-462, 184-424 et 229,5-359° C par trois additifs 1, 2 et 3 à la concentration de 350 ppm. 1 et 2 correspondent à des additifs classiques commerciaux, 3 correspond à l'additif de l'invention.
Les résultats obtenus ont été les suivants:
Tableau V: TLF (°C)
Gazole I
Gazole II
Gazole III
Sans additif
+ 3
+ 4
-1
Additif 1
- 1
+ 2
-1
Additif 2
+ 2
+ 3
-1
Additif 3
-11
-12
-6
Exemple 7:
Cet exemple a pour but d'illustrer l'action de l'additif sur différentes coupes élargies ou étroites de gazoles dont on a fait varier les 35 points initiaux et finaux (courbe de distillation ASTM classique).
Tableau VI
Gazoles
TLF ("C)
Intervalles de distillation ( C)
Masses volumiques à 15C
Non dopés
300 ppm d'additif
179-384 173-390 178-390 178-396 227-360
0,8370 0,8380 0,8407 0,8420 0,8403
0 -1 + 2 +2 -2
- 9 -13
- 3
- 6
- 7
50 Exemple 8:
Cet exemple a pour but d'illustrer l'action inhibitrice de l'additif sur la sédimentation des n-paraffines cristallisant dans une coupe gazole maintenue au repos à basse température.
Trois éprouvettes de 100 cm3 sont remplies d'une coupe gazole ss dont l'intervalle de distillation selon la norme ASTM classique est: PI = 193-C; PF=409 C.
Cette courbe est par ailleurs caractérisée par un point de trouble (température d'apparition commençante des cristaux de n-paraffi-nes) de 4-11 C, par une température limite de filtrabilité de + 7e C et 60 par un point d'écoulement de — 18 C. Dans la première éprouvette, on n'introduit pas d'additif. Dans la seconde éprouvette, on introduit 300 ppm d'un additif classique du commerce.
Dans la troisième éprouvette, on introduit 300 ppm d'une composition de l'additif selon l'invention.
65 Les trois éprouvettes sont bouchées hermétiquement puis laissées au repos en chambre froide à —10 C pendant une semaine.
Au bout d'une semaine, le degré de sédimentatin des paraffines ayant précipité est noté dans le tableau suivant:
650521 6
On constate que l'action d'un additif classique accélère la sédimentation des paraffines du gazole étudié par rapport au même gazole non dopé, alors que l'additif de l'invention la retarde sensiblement tout en ayant amélioré ses caractéristiques de filtrabilité (exemple 4).
Eprouvette N" 1 (sans additif)
Eprouvette N" 2 (-(-additif classique du commerce)
Eprouvette N° 3 (+additif de l'invention)
50%
95%
15%
R
Claims (14)
1. Procédé de préparation d'un produit destiné à être l'un des constituants d'un additif pour composition de gazole, caractérisé en ce qu'on effectue la condensation d'au moins un anhydride cyclique répondant à la formule générale:
0 Re o u12 0
dans laquelle les radicaux de R, à RI2 représentent chacun un atome d'hydrogène ou un radical hydrocarboné monovalent de 1 à 5 atomes de carbone, avec au moins une N-alkylpolyamine de structure générale:
R'
I
R-[NH-(C),-]„NH2
I
R"
dans laquelle 0 < n < 3,
R représente une chaîne alkyle saturée ou insaturée possédant un nombre d'atomes de carbone compris entre 10 et 22, R' et R" peuvent être identiques ou différents et sont choisis parmi l'atome d'hydrogène et les radicaux hydrocarbonés monovalents de 1 à 3 atomes de carbone.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit anhydride cyclique est choisi parmi les anhydrides succiniques et alkyles succiniques, les anhydrides maléiques et alkyles maiéiques, les anhydrides himiques et alkyles himiques, les anhydrides phtali-ques et alkyles phtaliques.
2
REVENDICATIONS
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite polyamine linéaire est choisie parmi:
le N-oléyl-l,3-diaminopropane,
le N-stêaryl-1,3-diaminopropane.
le N-oléylméthyl-1 -diamino-1,3-propane, le N-oléylmêthyl-2-diamino-l ,3-propane,
le N-oléyléthyl-1 -diamino-1,3-propane,
le N-olêyléthyl-2-diamino-l ,3-propane,
le N-stéarylméthyI- i -diamino-1,3-propane, le N-stéarylméthyl-2-diamino-l ,3-propane,
le N-stéaryléthyl-1 -diamino-1,3-propane, le N-stéaryléthyl-2-diamino-l ,3-propane, la N-oléyldipropylènetriamine,
la N-stéaryldipropylènetriamine,
et leurs mélanges.
4. Composition de gazole, caractérisée en ce qu'elle comprend une proportion majeure d'une coupe de distillais moyens et une proportion suffisante pour en améliorer les propriétés de filtrabilité à froid d'un additif constitué par le mélange d'un constituant A et d'un constituant B, le constituant A consistant en un polymère choisi parmi soit des polymères de l'éthylène ou des polymères halo-génés de l'éthylène, soit des copolymères de L'éthylène et de différents monomères, soit des copolymères hydrogénés du butadiène et de l'isoprène; le constituant B consistant en un produit obtenu selon le procédé de la revendication 1.
5. Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que les polymères halogénés de l'éthylène sont les polyéthylènes chlorés et que les copolymères de l'éthylène et de différents monomères sont des copolymères de l'éthylène et de l'acétate de vinyle ou de I'acry-late d'éthylhexyle.
6. Composition selon la revendication 4, caractérisée en ce que le rapport entre les quantités pondérales des constituants A et B est de 1:100 à 100:1 et leurs concentrations globales de 20 à 2000 g/m3 de la coupe de distillats moyens, avec la condition que la concentration individuelle de chacun de ces constituants A et B ne soit pas inférieure à 5 g m3.
7. Composition selon la revendication 6, caractérisée en ce que le rapport entre les quantités pondérales des constituants A et B est de 1:20 à 20:1.
8. Composition selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que la concentration globale des constituants A et B est de 50 à 500 g/m3 de ladite coupe de distillât moyen.
9. Composition selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisée en ce que la masse moléculaire moyenne du constituant A est comprise entre 500 et 15000.
10. Composition selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisée en ce que le constituant A répond à la formule moyenne générale suivante:
CH, - [(CH2)a - CH - (CH,)b]p - CH=CH,
I
X
dans laquelle a est un nombre compris entre 1 et 11,
b est un nombre compris entre 1 et 11, tels que a+b= 12,
p est un nombre compris entre 3 et 30,
X est un groupe
-Cl, —CH„ -O-C-CH3OU -C-0-CH,-CH-C4H9 I! II I
o o c,h5
selon la nature du polymère choisi.
11. Composition selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisée en ce que ladite coupe de gazole est une coupe allongée et présente un point final de distillation ASTM supérieur à 370°C.
12. Composition selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisée en ce que ladite coupe gazole est une coupe étroite et présente un point initial de distillation ASTM compris entre 200 et 230° C.
13. Composition selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite coupe de gazole a un point final de distillation compris entre 390 et 450e C.
14. Composition selon la revendication 12, caractérisée en ce que ladite coupe de gazole a un point initial de distillation ASTM au moins égal à 200° C.
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