ES2275941T3 - Proceso de purificacion de aromaticos. - Google Patents
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Abstract
Proceso para la reducción del índice de bromo en aromáticos, que comprende las etapas de: (I) alimentar una corriente de alimentación de aromáticos en una columna de destilación; (II) a continuación, someter en primer lugar la corriente de alimentación de aromáticos a un proceso de destilación; (III) a continuación, extraer una corriente de cabeza y/o corriente de producto de la columna; (IV) a continuación, someter al menos una parte de la corriente de cabeza y/o de la corriente de producto a un tratamiento en un sistema de tratamiento de arcilla; y (V) a continuación, volver a inyectar una corriente de salida del sistema de tratamiento de arcilla en la corriente de alimentación de los aromáticos.
Description
Proceso de purificación de aromáticos.
La presente invención se refiere a un proceso
para la reducción del índice de bromo en las plantas de producción
de aromáticos. Específicamente, esta invención se refiere a la
preparación de sistemas de tratamiento de arcilla utilizados con
columnas de destilación para la reducción del índice de bromo en
las plantas de producción de BTX (benceno, tolueno y xileno).
Para su utilización y posterior proceso, los
aromáticos como el benceno, el tolueno y el xileno tienen que ser
lo más puros posible. Uno de los principales problemas en relación
con la calidad de los aromáticos es el índice de bromo de los
productos aromáticos, que se define como el número de miligramos de
bromo que reaccionarán con trazas de olefinas presentes en 100
gramos de una muestra de aromáticos. La determinación del índice de
bromo es una indicación de la cantidad relativa de olefinas y
diolefinas, que son hidrocarburos lineales o cíclicos con dobles
enlaces. Habitualmente, se requiere un índice de bromo máximo de
10, por ejemplo, para benceno producido para una conversión en
etilbenceno. En general, para reducir el índice de bromo, la mezcla
de aromáticos se pasa por arcilla o un lecho catalítico de
alúmina/sílice en la fase líquida a temperatura y presión elevadas,
donde se produce una reacción y las olefinas son alquiladas con una
parte de los compuestos aromáticos, formando aromáticos más pesados
con más de 10 átomos de carbono.
En la técnica anterior es bien conocido que la
arcilla se utiliza para alquilar o polimerizar las olefinas en
hidrocarburos aromáticos, para destilarlos a continuación en
columnas de destilación para eliminar los polímeros del fondo de
las columnas, como se describe, por ejemplo, en los documentos US
2.778.863 y 3.485.884. La mezcla de hidrocarburos aromáticos
descrita puede contener algunos o todos los compuestos siguientes:
benceno, tolueno, xileno, olefinas y diolefinas, que se pueden
producir a partir de craqueo térmico de nafta y gasóleo o mediante
un proceso de ciclación de LPG o cualquier otro proceso. De la
técnica anterior se sabe que la vida útil del sistema de
tratamiento de arcilla se reducirá con el tiempo debido a la
desactivación de la arcilla en función de la cantidad y el tipo de
las olefinas y diolefinas en la alimentación y de la temperatura
de la reacción de la arcilla. El documento US 2.232.761 divulga un
tratamiento de purificación de aromáticos para reducir el índice de
bromo, en el que unos aromáticos sin refinar se someten a
destilación fraccionada y cada fracción se trata en un lecho de
arcilla, y el producto obtenido se recicla en la zona de
tratamiento de arcilla. El documento US 6.315.964 divulga la
producción de alquilbencenos lineales (LAB) y señala que la
presencia de olefinas de cadena más larga en comparación con la de
olefinas de cadena más corta durante las reacciones de alquilación
en arcilla puede llevar a la formación de depósitos carbonosos y
compuestos orgánicos pesados en el lecho de arcilla. La presencia y
acumulación de agua en el lecho catalítico también resulta
deletérea para la actividad catalizadora que puede formar
reacciones internas durante la alquilación o puede estar presente
en la alimentación de entrada.
Una de las desventajas principales de la técnica
anterior es que la arcilla está total o parcialmente expuesta a la
alimentación de los aromáticos con los diversos tipos de longitud
de cadena de las olefinas que pueden desactivar rápidamente el
lecho catalítico, en especial si sus concentraciones son altas.
Asimismo, la presencia de altas concentraciones de otras impurezas,
tales como compuestos de aromáticos pesados, nitrógeno y azufre,
puede llevar a una vida útil mucho más corta para la arcilla.
Como resultado, la arcilla o el lecho catalítico
aguas arriba de las columnas de destilación tienen, como mucho,
una vida útil promedio de unas pocas semanas, dependiendo de las
concentraciones de olefinas e impurezas y, por lo tanto, tienen que
ser reemplazados frecuentemente con arcilla nueva cuando el índice
de bromo en el producto destilado de la corriente de aromáticos
supera el nivel permitido. Esta sustitución frecuente supone una
carga tanto económica como medioambiental para el proceso. Además,
exige recursos adicionales fuera del horario de trabajo, que
podrían resultar más útiles en cualquier otro sitio en la planta
de producción.
Por consiguiente, un objeto de la presente
invención es superar las desventajas de la técnica anterior,
especialmente proporcionar un proceso para la reducción del índice
de bromo que mantenga una mayor vida útil para la arcilla y
mantenga también un índice de bromo bajo en el producto destilado
aromático, tal como el benceno.
El objeto de la presente invención se consigue
mediante un proceso de reducción del índice de bromo en los
aromáticos, que comprende las etapas de:
(I) alimentar una corriente de alimentación de
aromáticos en una columna de destilación;
(II) someter la corriente de alimentación de
aromáticos a un proceso de destilación;
(III) extraer una corriente de cabeza y/o
corriente de producto de la columna;
(IV) someter al menos una parte de la corriente
de cabeza y/o de la corriente de producto a un tratamiento en un
sistema de tratamiento de arcilla; y
(V) reinyectar una corriente de salida del
sistema de tratamiento de arcilla en la corriente de alimentación
de los aromáticos.
Preferiblemente, la corriente de alimentación de
aromáticos se alimenta en la columna de destilación en un plato a
media altura de la columna de destilación.
Es particularmente preferido que la corriente de
cabeza extraída se recoja en un colector y que cualquier agua
libre se recoja en un receptáculo para agua en el colector.
En un modo de realización, una parte de la
corriente de cabeza extraída se devuelve como reflujo a la columna
de destilación.
Se prefiere que otra parte de arrastre de la
corriente de cabeza extraída se retire del colector y se pase sobre
el sistema de tratamiento de arcilla.
Más preferido es que una parte más pequeña de la
corriente de cabeza extraída se pase sobre el sistema de
tratamiento de arcilla como corriente de arrastre.
Según otro modo de realización de la invención,
la corriente de cabeza extraída se enfría y, preferiblemente, se
condensa en un intercambiador de calor antes de ser recogida en el
colector.
Aún se prefiere un proceso en el que la
corriente de arrastre condensada se calienta en un intercambiador
de calor y se presuriza antes de entrar en el sistema de
tratamiento de arcilla.
Preferiblemente, la corriente de alimentación de
aromáticos contiene benceno, tolueno, xileno, aromáticos pesados,
olefinas y diolefinas.
Más preferido es que la corriente de
alimentación de aromáticos se alimente en la columna de destilación
con un índice de bromo de 300 a 1000, preferiblemente de 500 a
700.
De acuerdo con la invención, el destilado de
benceno es una corriente de producto extraída lateralmente de un
plato por encima de la posición de la corriente de alimentación de
aromáticos.
En un modo de realización de la invención, se
suministra calor a la columna de destilación mediante un hervidor
en el fondo de la columna calentando una corriente de fondo que ha
salido de la columna de destilación y que se vuelve a introducir,
al menos parcialmente.
Se prefiere que la corriente de fondo comprenda
tolueno, xileno y olefinas y aromáticos más pesados.
Aún se prefiere que la corriente de alimentación
de aromáticos se alimenta en la columna de destilación a una
temperatura de 50 a 100°C, preferiblemente de 75 a 90°C, y a una
presión de 0,2-1,1 MPa, preferiblemente de 0,2 a
0,6 MPa.
De acuerdo con otro modo de realización, la
corriente de fondo sale de la columna a una temperatura de 120 a
170°C, preferiblemente de 130 a 150°C, y la corriente de producto
sale de la columna a una temperatura de 75 a 100°C, preferiblemente
de 85°C a 95°C.
En otro proceso de la invención, la corriente de
cabeza extraída comprende un 97% de benceno y tiene un índice de
bromo de 250 a 350, preferiblemente de 300 a 320.
Además, se prefiere un proceso en el que la
corriente de arrastre de la corriente de cabeza extraída que va a
ser sometida al sistema de tratamiento de arcilla se retira con un
caudal de 0,01-0,10, preferiblemente de
0,03-0,05, de caudal de reflujo, siendo la
velocidad baja la relación entre el caudal de la corriente de
arrastre y el caudal de la corriente de reflujo.
Aún se prefiere un proceso en el que la
corriente de arrastre que va a ser sometida al sistema de
tratamiento de arcilla se trata en el sistema de tratamiento de
arcilla a una temperatura de 150 a 200°C, preferiblemente de 170 a
180°C, y a una presión de 1,1 a 2,1 MPa, preferiblemente de 1,5 a
1,7 MPa.
Adicionalmente, el proceso de la invención se
puede caracterizar porque la corriente de producto comprende más
del 99,9% en peso de benceno y tiene un índice de bromo de 5 a 15,
preferiblemente de 8 a 10.
Además, se prefiere que se coloque otro sistema
de tratamiento de arcilla aguas arriba de la columna de
destilación.
Se prefiere además que, durante uno de los
trabajos de sustitución al final de la vida útil, se utilice un
sistema de tratamiento de arcilla activo aguas abajo en lugar del
sistema de tratamiento de arcilla desactivado aguas arriba.
Finalmente, se prefiere que la corriente de
producto se procese en la misma medida que la corriente de
cabeza.
Sorprendentemente, se encontró que, mediante el
proceso según la presente invención, el índice de bromo de una
corriente de producto de las columnas de destilación en una planta
de producción de aromáticos se reduce al nivel deseado, en el que
al mismo tiempo la vida útil del sistema de tratamiento de arcilla
utilizado en ese proceso se aumenta drásticamente en comparación
con los procesos de la técnica anterior. Esto se debe al hecho de
que no se pasa la corriente de aromáticos completa a través del
calentador de arcilla, sino que únicamente una parte más pequeña de
la corriente de cabeza extraída de la columna se somete al sistema
de tratamiento de arcilla. Los aromáticos con bajo índice de bromo
ya tratados en el sistema de tratamiento de arcilla se mezclan con
la corriente de alimentación de aromáticos, de modo que el índice
de bromo de la corriente de producto destilado aromático extraída
lateralmente se reducirá, alcanzando el nivel requerido. Asimismo,
como la corriente de cabeza extraída elimina continuamente las
olefinas acumuladas en la corriente de reflujo, esto mantendrá
estable el índice de bromo del producto aromático. Al mismo tiempo,
debido a que el sistema de tratamiento de arcilla se expone a una
corriente limpia con un único producto aromático, tal como benceno,
con olefinas con un punto de ebullición próximo, la arcilla no se
contaminará rápidamente en comparación con la técnica anterior, en
la que se encuentra expuesto a la mezcla de la corriente principal
de aromáticos de la alimentación de la columna. Por ejemplo, en las
columnas de destilación de benceno, el benceno se produce
habitualmente como una corriente extraída lateralmente por encima
del plato de alimentación, mientras el tolueno y las diolefinas y
olefinas con puntos de ebullición más altos se extraen del fondo de
la columna. Las olefinas más ligeras y las olefinas con puntos de
ebullición próximos al del benceno se acumulan en la corriente de
reflujo en la parte superior de la columna y, tradicionalmente, se
eliminan del sistema a través de una pequeña corriente de
arrastre. De acuerdo con la presente invención, se propone tratar
en un sistema de tratamiento de arcilla la corriente de reflujo de
la parte superior de la columna, que contiene principalmente
benceno y olefinas con un punto de ebullición próximo, que se
acumulan en el reflujo dando un elevado índice de bromo. Esto se
consigue pasando la corriente de arrastre de reflujo con un caudal
suficiente al sistema de tratamiento de arcilla, a su temperatura y
presión de diseño. La corriente de salida del sistema de
tratamiento de arcilla contendrá un índice de bromo bajo con
aromáticos pesados alquilados con olefinas, cuya concentración
dependerá del índice de bromo en el arrastre de reflujo. A
continuación, la corriente tratada se inyecta de nuevo en la
corriente de alimentación de aromáticos de la columna de
destilación, de modo que los aromáticos pesados se pueden eliminar
del fondo de la columna.
Otra ventaja del proceso de la presente
invención es el coste del valor añadido de recuperar el arrastre de
reflujo de benceno, que se considera un residuo o un producto
fuera de especificación que se comercializa a un bajo precio de
mercado. Una característica adicional de esta invención es la
elevada pureza del producto obtenido sin tener una columna de
depuración aguas abajo para eliminar el producto polimerizado. Por
ejemplo, colocar un sistema de tratamiento de arcilla aguas abajo
de una columna de destilación, para reducir una corriente de
destilado de benceno con un índice de bromo de 70 a 0 tratando
olefinas con puntos de ebullición próximos, llevará a la formación
de aromáticos alquilados pesados de aproximadamente 700 ppm en peso
de aromáticos con más de 11 átomos de carbono en el producto final
de benceno, lo que requerirá otra columna de depuración para
mantener la calidad del producto. Otra característica del proceso
según la invención es que el flujo de retorno de la corriente de
arrastre de reflujo tratada a la columna de la alimentación no
constituye una sobrecarga de la capacidad de la columna debido a su
pequeño
caudal.
caudal.
A continuación se describe la invención de forma
más completa en la siguiente descripción detallada y en el
siguiente dibujo, en el que:
La figura 1 es una representación esquemática
del proceso según la presente invención; y
la figura 2 es un gráfico que muestra el efecto
del arrastre sobre el índice de bromo del producto de
aromáticos.
A continuación se explica en detalle el proceso
según la presente invención, para un proceso que utiliza una
columna de destilación para obtener benceno como producto deseado.
Como es evidente para alguien experto en la técnica, el proceso
según la presente invención también se puede utilizar para otras
columnas de destilación de aromáticos, tal como para tolueno y
xileno.
De acuerdo con la figura 1, se alimenta una
corriente de alimentación de aromáticos, que comprende benceno,
tolueno, xileno y aromáticos pesados junto con olefinas y
diolefinas acompañantes, a través de la tubería 1 en una columna de
destilación de benceno 2, en un plato a media altura de la columna
de destilación 2. Se suministra calor a la columna 2 mediante un
hervidor 3 en el fondo de la columna, calentando la corriente de
fondo que sale de la columna a través de la tubería 4, que
comprende tolueno, xileno y olefinas y aromáticos pesados, y se
introduce de nuevo al menos una parte de la corriente de fondo en
el fondo de la columna. El destilado de benceno se extrae
lateralmente a través de la tubería 5, en un plato más alto de la
posición de alimentación. Se extrae una corriente de cabeza de la
columna 2 a través de la tubería 6 y se enfría en un intercambiador
de calor 7, y el condensado se recoge en un colector 8. Cualquier
agua libre se recoge en un receptáculo para agua 9 en el colector
8. El flujo de retorno se devuelve a la columna 2 como reflujo a
través de la tubería 10. Una parte de la corriente de cabeza
extraída, una corriente de arrastre, se extrae del colector 8 y se
pasa por un intercambiador de calor 12 a través de la tubería 11,
donde se presuriza y calienta hasta una temperatura adecuada para
un sistema de tratamiento de arcilla 13. La corriente de arrastre
se pasa a través del sistema de tratamiento de arcilla 13 y las
olefinas se alquilan a aromáticos alquilados pesados con más de 10
átomos de carbono. La corriente de salida del sistema de
tratamiento de arcilla 13 se vuelve a alimentar a la columna 2 a
través de la tubería 14 y se vuelve a inyectar en la corriente de
alimentación de los aromáticos. Los aromáticos alquilados pesados
pueden salir del fondo de la columna en la corriente de fondo a
través de la tubería 4, con otros componentes pesados, en tanto que
la corriente de producto de benceno puro tratado sale con la
corriente de destilado a través de la tubería 5 y un índice de
bromo más bajo debido a un efecto de dilución.
Desde luego, el sistema de tratamiento de
arcilla puede comprender también sílice y alúmina. Además, el
proceso de la invención puede comprender otro sistema de
tratamiento de arcilla aguas arriba de la columna de destilación,
cuya disposición resulta particularmente apropiada para un índice
de bromo elevado de la corriente de aromáticos BTX, es decir, un
índice por encima de 600. Durante el proceso de sustitución al
final de la vida útil de esta disposición, se puede utilizar un
sistema de tratamiento de arcilla relativamente activo aguas abajo
en lugar del sistema de tratamiento de arcilla desactivado aguas
arriba. A continuación se coloca una nueva carga de arcilla para el
sistema de tratamiento de arcilla aguas abajo.
Además, de acuerdo con la invención es posible
que la corriente de cabeza y/o la corriente de producto, por
ejemplo benceno, se pueda tratar en el sistema de tratamiento de
arcilla 13.
Ahora se ilustra adicionalmente la invención
mediante resultados experimentales. Se alimenta una corriente de
alimentación de aromáticos BTX que contiene olefinas con un índice
de bromo de 560 a una columna de destilación 2 a 82°C y a una
presión de 0,3 MPa. La corriente de aromáticos pesados sale del
fondo de la columna a una temperatura de 142°C y la corriente de
producto destilado de benceno sale de la columna de destilación 2 a
una temperatura de 92°C. La corriente de cabeza contiene un 97% de
benceno y el resto son hidrocarburos saturados y olefinas con un
índice de bromo de 312 en el reflujo. Se elimina del sistema una
pequeña corriente de arrastre de la corriente de cabeza extraída,
con un caudal de aproximadamente un 0,03-0,05 de
caudal de reflujo. La corriente de arrastre se trata alimentándola
al sistema de tratamiento de arcilla 13 a una temperatura de 175°C
y a una presión de aproximadamente 1,6 MPa. La corriente de salida
del sistema de tratamiento de arcilla 13 se combina con la
corriente de alimentación de los aromáticos y se vuelve a inyectar
en la columna de destilación 2. El índice de bromo del producto de
benceno está en el rango de 8 a 10 con una pureza del 99,94%, en
comparación con un índice de bromo de 30-33 con una
pureza del benceno del 99,91% sin aplicar el proceso de la presente
invención.
La figura 2 muestra el efecto de aumentar el
caudal de la corriente de arrastre en la corriente de reflujo
frente al contenido de olefinas de la corriente de producto en
relación con el de la alimentación a la columna de benceno. Se
puede observar que, para una cantidad constante de olefinas
contenidas en la alimentación a la columna de benceno, el contenido
de olefinas de la corriente de producto decrece a medida que la
proporción de los caudales de arrastre/reflujo aumenta. Se ha
ajustado una curva de regresión a los datos para mostrar la
tendencia global.
Claims (25)
1. Proceso para la reducción del índice de bromo
en aromáticos, que comprende las etapas de:
(I) alimentar una corriente de alimentación de
aromáticos en una columna de destilación;
(II) a continuación, someter en primer lugar la
corriente de alimentación de aromáticos a un proceso de
destilación;
(III) a continuación, extraer una corriente de
cabeza y/o corriente de producto de la columna;
(IV) a continuación, someter al menos una parte
de la corriente de cabeza y/o de la corriente de producto a un
tratamiento en un sistema de tratamiento de arcilla; y
(V) a continuación, volver a inyectar una
corriente de salida del sistema de tratamiento de arcilla en la
corriente de alimentación de los aromáticos.
2. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque la corriente de alimentación de
aromáticos se alimenta a la columna de destilación en un plato a
media altura de la columna de destilación.
3. Proceso de acuerdo con la reivindicación 1 ó
2, caracterizado porque la corriente de cabeza extraída se
recoge en un colector y cualquier agua libre se recoge en un
receptáculo para agua en el colector.
4. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque una parte
de la corriente de cabeza extraída se devuelve a la columna de
destilación como reflujo.
5. Proceso de acuerdo con la reivindicación 4,
caracterizado porque otra parte de arrastre de la corriente
de cabeza extraída se retira del colector y se pasa por el sistema
de tratamiento de arcilla.
6. Proceso de acuerdo con la reivindicación 4 ó
5, caracterizado porque una parte más pequeña de la
corriente de cabeza extraída se pasa por el sistema de tratamiento
de arcilla como corriente de arrastre.
7. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
corriente de cabeza extraída se enfría en un intercambiador de
calor antes de ser recogida en el colector.
8. Proceso de acuerdo con la reivindicación 7,
caracterizado porque la corriente de cabeza extraída se
condensa en el intercambiador de calor.
9. Proceso de acuerdo con la reivindicación 8,
caracterizado porque la corriente de arrastre condensada se
calienta en un intercambiador de calor y se presuriza antes de
entrar en el sistema de tratamiento de arcilla.
10. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
corriente de alimentación de aromáticos se alimenta a la columna de
destilación con un índice de bromo de 300 a 1000.
11. Proceso de acuerdo con la reivindicación 10,
caracterizado porque el índice de bromo es de 500 a 700.
12. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
destilado de benceno es una corriente de producto extraída
lateralmente de un plato más alto que la posición de la corriente
de alimentación de los aromáticos.
13. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se
suministra calor a la columna de destilación mediante un hervidor en
fondo de la columna calentando una corriente de fondo que ha salido
de la columna de destilación y que se vuelve a introducir, al menos
parcialmente.
14. Proceso de acuerdo con la reivindicación 13,
caracterizado porque la corriente de fondo comprende
tolueno, xileno y olefinas y aromáticos más pesados.
15. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
corriente de alimentación de aromáticos se alimenta a la columna de
destilación a una temperatura de 50 a 100°C y a una presión de
0,2-1,1 MPa.
16.- Proceso de acuerdo con la reivindicación
15, caracterizado porque la temperatura es de 75 a 90°C y la
presión es de 0,2-0,6 MPa.
17. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
corriente de fondo sale de la columna a una temperatura de 120 a
170°C y la corriente de producto sale de la columna a una
temperatura de 75 a 100°C.
18. Proceso de acuerdo con la reivindicación 17,
caracterizado porque la corriente de fondo sale de la
columna a una temperatura de 130 a 150°C y la corriente de producto
sale de la columna a una temperatura de 85°C a 95°C.
19. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes 6 a 18, caracterizado porque la
corriente de arrastre de la corriente de cabeza extraída que se va
a someter al sistema de tratamiento de arcilla se elimina con un
caudal de 0,01-0,10 de caudal de reflujo.
20. Proceso de acuerdo con la reivindicación 19,
caracterizado porque la corriente de arrastre se elimina con
un caudal de 0,03-0,05 de caudal de
reflujo.
reflujo.
21. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
corriente de arrastre que se va a someter al sistema de tratamiento
de arcilla se trata en el sistema de tratamiento de arcilla a una
temperatura de 150 a 200°C y a una presión de 1,1 a 2,1 MPa.
22. Proceso de acuerdo con la reivindicación 21,
caracterizado porque la corriente de arrastre se trata a
una temperatura de 170 a 180°C y a una presión de 1,5 a 1,7
MPa.
23. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se coloca
un sistema de tratamiento de arcilla adicional aguas arriba de la
columna de destilación.
24. Proceso de acuerdo con la reivindicación 23,
caracterizado porque, durante un proceso de sustitución al
final de la vida útil, se utiliza un sistema de tratamiento de
arcilla activo aguas abajo en lugar de un sistema de tratamiento de
arcilla desactivado aguas arriba.
25. Proceso de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
corriente de producto se procesa de forma idéntica a la corriente
de cabeza.
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