JP2002243132A - アンモニア含有ガスの処理方法及び石炭ガス化複合発電プラント - Google Patents

アンモニア含有ガスの処理方法及び石炭ガス化複合発電プラント

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JP2002243132A JP2001045956A JP2001045956A JP2002243132A JP 2002243132 A JP2002243132 A JP 2002243132A JP 2001045956 A JP2001045956 A JP 2001045956A JP 2001045956 A JP2001045956 A JP 2001045956A JP 2002243132 A JP2002243132 A JP 2002243132A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水洗浄装置の排出水より脱気したアンモニア
含有ガスを無害に燃焼処分する。 【解決手段】 石炭を加圧下のガス化炉10で生成ガスに
変換する工程と、生成ガスを脱塵し熱交換器40を経由し
たのち水洗浄装置50で冷却して洗浄する工程と、異常時
等の処分を要する生成ガスを分岐して生成ガス焼却炉12
0で焼却する工程と、生成ガス中のH2Sを脱H2S装置70で
除去したのちH2S燃焼炉80で燃焼する工程と、水洗浄装
置50の排出水より減圧時に脱気したアンモニア含有ガス
は、補助ボイラ、H2S燃焼炉80及び生成ガス焼却炉120よ
りなる複数の分離ガス燃焼手段のうちのいずれか一つの
分離ガス燃焼手段で燃焼処理される工程とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、石炭に代表される
微粉固体炭素質原料をガス化するプラントに係り、特に
アンモニア含有ガスの処理方法及び石炭ガス化複合発電
プラントに関する。
【0002】
【従来の技術】従来より石炭等の固体炭素質原料をガス
化するガス化炉には、固定層、流動層及び気流層等の各
方式が提案されている。これらの方式の中で気流層は原
料を、微粉にして酸素及び空気等の酸化剤とともに原料
灰の融点以上の温度(約1300℃〜1600℃)に高めた炉内
に供給してガス化させるため、他の方式に比較してガス
化効率が高く、かつ適用炭種が広く、また環境適合性に
優れている等の特徴を有しており、合成ガス、複合発電
及び燃料電池等の燃料及び原料製造に適しているため、
国内外で開発が進められている。石炭中には硫黄(S)
が含まれており、この硫黄分はガス化によって硫化水素
(H2S)と硫化カルボニル(COS)とに変換され、その濃
度は原料中のS含有量に支配されるが一般には数100ppm
〜数1000ppmである。また、石炭中には窒素(N)が含まれ
ており、この窒素の一部はガス化によってアンモニア(N
H3)あるいはシアン化水素(HCN)に変換され、その濃度
は原料中のN含有量で支配されるが一般には数10ppmであ
る。
【0003】従来の石炭ガス化複合発電プラントの一例
を図10に示す。微粉炭1に代表される炭素質原料は酸素2
等の酸化剤とともにガス化炉10に入り、CO及びH2に富む
生成ガスに変換され、ライン12を経て熱回収ボイラ20を
通り脱塵装置30に至る。また、生成ガスは、ライン31を
経て水洗浄装置50で冷却されて洗浄され、次に脱H2S装
置70内で生成ガス中のH2Sを除去され、さらに水洗浄装
置50の上流に設置された熱交換器40で加熱された後に、
ガスタービン130を経て廃熱回収ボイラ(HRSG)140に至
る。脱H2S装置70で分離した高濃度H2Sガスは、ライン72
を経てH2S燃焼炉80に至り、ここで空気82とともに燃焼
され、H2S燃焼炉80で発生した高濃度SO2ガスは、ライン
81を経て脱SO2装置(脱硫装置)90に至り、ここで石灰
石スラリによって最終的には石膏(CaSO4)となってラ
イン92より系外に排出される。なお、ガス化炉10、熱回
収ボイラ20及び排熱回収ボイラ140等で発生した蒸気
は、図示しない蒸気タービンに送給され、ガスタービン
130とともに図示しない発電設備に接続されて複合発電
し、排気101は、ライン141を経て煙突100より排出され
る。
【0004】なおガス化炉10以降の機器、例えばガスタ
ービン130の失火等の異常時、あるいはガス化初期にお
いて生成ガスの発熱量が低い時には、ガスタービン130
に通気する以前に生成したガスを焼却処分する必要があ
る。また、湿式H2S吸収装置(脱H2S装置)70の吸収液は
酸素によって酸化して劣化する。したがって、ガスター
ビン130の異常時又は起動時等の酸素を含むガスを焼却
処分するため、例えば水洗浄装置(冷却装置)50の排出
するライン51より生成ガスを弁53を経て生成ガス焼却炉
120に送給するライン52が設置されている。なお、図10
では水洗浄装置50出口のライン51を生成ガス焼却炉120
に接続しているが、生成ガス焼却炉120に接続するライ
ンとして、熱回収ボイラ20を経てガス温度が比較的低く
なったライン21又は脱塵装置30出口のライン31でもよ
い。生成ガス焼却炉120では燃料122と空気123とにより
異常時には即座に生成ガスを処分できるように常に燃焼
させている。
【0005】また、生成ガス中のH2S等の硫黄化合物を
除去する方法として、乾式法と湿式法とがある。乾式法
はFe、Ni等の金属酸化物にH2Sを反応させた後、酸素含
有ガスでH2Sを酸化させるとともに金属酸化物として再
生する方法であるが、吸収剤が粉化する欠点があり実用
化に至っていない。一方、湿式法は、石油化学プロセス
で開発したもので、アルカノールアミン吸収液等を用い
てH2Sを吸収させた後、この吸収液を別の塔に導き減圧
して加熱しH2Sを脱離させる方法であり、乾式法に比較
して信頼性が高い。この湿式脱硫法では100℃でH2Sを吸
収し除去するもので、数100℃の高温ガスを直接流入さ
せると、吸収液が熱により分解して劣化が起きるため、
冷却装置をその前に設置し、高温ガスを冷却するように
なっている。
【0006】石炭の中には硫黄(S)の他に微量ではあ
るが、塩素(Cl)、フッ素(F)等のハロゲンや亜鉛(Z
n)、銅(Cu)等の金属も含まれており、石炭のガス化
とともにガスになり、冷却装置でこれらのガスが濃縮さ
れるため、一部のガスは系外に抜き出し水処理される。
前記のように、石炭中には窒素(N)も含まれており、
この窒素の一部はガス化によってアンモニア(NH3)あ
るいはシアン化水素(HCN)に変換され、その濃度は原
料中のN含有量で支配されるが一般には合計で数10ppmで
ある。このNH3及びHCNも冷却装置で溶解し吸収されて濃
縮され、加圧状態より常圧に減圧して抜き出されるた
め、溶解したNH3及びHCNが排出水から脱気する。湿式の
ガス精製を行わないガス化プラントにおける生成ガス中
には前記のようにNH3及びHCNが含有し、燃焼させると所
謂Fuel NOxとなり、環境保全上好ましくない。
【0007】例えば、特開昭61-266491号公報にはN含有
量の多い石炭を酸素(02)量の多いバーナに供給して高
温雰囲気下でガス化させる方法が開示されているが、こ
れはガス化に使用する原料を制限することになり好まし
い方法ではない。また他に高圧の石炭ガス生成ラインに
触媒もしくは02を注入してこれらのガスをN2に還元する
技術も開示されているが、高価な触媒が必要であり、ま
た触媒はS化合物によって性能が劣化するため、現実的
ではない。さらに特開平1-75586号公報に記載された方
法では、生成ガスを一部抜き取り湿式吸収装置に導いて
NH3を分離し、生成ガスを燃焼させて発生したNOxの還元
剤として使用する方法が開示されているが、本事例に記
載された湿式吸収装置に用いる吸収液としてメタノール
及びグリコールエーテルが記載されており、これらの吸
収液はNH3の他にH2Sも吸収することが記載されており、
NH3だけを脱気させることは容易ではない。
【0008】また、前記の事例は全て脱硫方法として乾
式の方法を用いるガス化プラントを対象としており、本
発明の湿式でH2Sを除去するガス化プラントを対象とし
てはいない。結局、従来の開示された事例の中では、生
成ガス中のH2Sを湿式H2S吸収装置で吸収除去するガス化
プラントにおいて生成ガスに含まれるNH3及びHCN含有ガ
スの処理に関して、何ら対策がなされていなかった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来のアンモニア含有
ガスの処理方法にあっては、水洗浄装置より抜き出され
る排出水から脱気するNH3及びHCN含有ガス(アンモニア
含有ガス)の処理が考慮されていない問題点があった。
【0010】本発明の課題は、脱気したNH3及びHCN含有
ガスを無害に燃焼処分することのできるアンモニア含有
ガスの処理方法及び該方法に用いる石炭ガス化複合発電
プラントを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】前記の課題を達成するた
め、本発明に係るアンモニア含有ガスの処理方法は、石
炭を加圧下のガス化炉で生成ガスに変換し、生成ガスを
脱塵し熱交換器を経由したのち水洗浄装置で冷却して洗
浄し、処分を要する生成ガスを分岐して生成ガス焼却炉
で焼却し、生成ガス中のH2Sを脱H2S装置で除去したのち
H2S燃焼炉で燃焼し、水洗浄装置の排出水より減圧時に
脱気したアンモニア含有ガスは、補助ボイラ、H2S燃焼
炉及び生成ガス焼却炉よりなる複数の分離ガス燃焼手段
のうちのいずれか一つの分離ガス燃焼手段で燃焼処理さ
れる構成とする。
【0012】そしてアンモニア含有ガスは、補助ボイラ
と、生成ガス焼却炉及びH2S燃焼炉を兼ねた一つの燃焼
炉とのいずれか一つの分離ガス燃焼手段で燃焼処理され
る構成、又は一つの分離ガス燃焼手段で燃料を燃焼させ
て発生した火炎の下流にアンモニア含有ガスを注入して
燃焼処理される構成、さらに一つの分離ガス燃焼手段で
燃料を空気比1以下で燃焼させて発生した火炎の下流に
アンモニア含有ガスを注入し、かつ該アンモニア含有ガ
スの注入による燃焼の下流に空気を注入して燃焼処理さ
れる構成でもよい。
【0013】そして石炭ガス化複合発電プラントにおい
ては、石炭を加圧下でガス化して生成ガスに変換するガ
ス化炉と、生成ガスを脱塵し熱交換器を経由したのち冷
却し洗浄する水洗浄装置と、処分を要する生成ガスを分
岐して焼却する生成ガス焼却炉と、生成ガス中のH2Sを
脱H2S装置で除去したのち燃焼するH2S燃焼炉と、水洗浄
装置の排出水より減圧時に脱気したアンモニア含有ガス
を燃焼処理する補助ボイラ又はH2S燃焼炉及び前記生成
ガス焼却炉を兼ねた燃焼炉のうちのいずれか一つの分離
ガス燃焼手段と、H2S燃焼炉又は一つの燃焼炉へ接続す
る脱硫装置と、脱H2S装置で精製されかつ熱交換器で加
熱された生成ガスが送給されるガスタービンと、ガスタ
ービン及び蒸気タービンを含む発電設備とを備えてなる
構成とする。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態を図1を参
照しながら説明する。図1に示すように、石炭を加圧下
のガス化炉10で生成ガスに変換する工程と、生成ガスを
脱塵し熱交換器40を経由したのち水洗浄装置50で冷却し
て洗浄する工程と、異常時等の処分を要する生成ガスを
分岐して生成ガス焼却炉120で焼却する工程と、生成ガ
ス中のH2Sを脱H2S装置70で除去したのちH2S燃焼炉80で
燃焼する工程と、水洗浄装置50の排出水より減圧時に脱
気したアンモニア含有ガスは、補助ボイラ、H2S燃焼炉8
0及び生成ガス焼却炉120よりなる複数の分離ガス燃焼手
段のうちのいずれか一つの分離ガス燃焼手段で燃焼処理
される工程とを含む構成である。
【0015】本発明の一実施の形態は、図10に示す従来
技術と比較するとブロータンク110で発生したガスを生
成ガス焼却炉120に導いて焼却処分するものであり、プ
ラントの異常時に生成ガスを焼却処分する生成ガス焼却
炉120と、さらに脱H2S装置70で脱離させたH2Sを焼却す
るH2S燃焼炉80とが設置されており、これらの分離ガス
燃焼手段でNH3(アンモニア)及びHCN(シアン化水素)
含有ガス(アンモニア含有ガス)を燃焼処分させるもの
である。
【0016】図2に生成ガス焼却炉120におけるNH3及びH
CN含有ガスの燃焼処分方法を示す。燃焼用の空気ライン
123にNH3及びHCN含有ガスを、ライン112を経て混入させ
て生成ガス焼却炉120で燃焼する場合と、燃料122の燃焼
によって形成された火炎200の下流にNH3及びHCN含有ガ
スを注入して還元炎201を形成させる場合との2種類を示
している。なお、NH3及びHCN含有ガスを空気ライン123
に注入しなくても、例えば空気ライン123に供給する空
気送風機の吸入側に冷却装置(水洗浄装置)50のブロー
タンク110でNH3及びHCN含有ガスを空気とともに吸入さ
せても同様の効果が得られる。このように燃焼用の空気
ライン123にNH3及びHCN含有ガスを混入させて燃焼する
と、NH3及びHCN含有ガスから所謂Fuel NOxが発生す
る。本発明のうちでNH3及びHCN含有ガスを燃焼用の空気
に混入させないで、つまりNH3を含まない燃料52を燃焼
させて発生した火炎200の下流にNH3及びHCN含有ガスを
注入し、還元炎201を形成させる方法では、火炎200で発
生したNOxとNH3及びHCN含有ガスとを反応させることが
できるため、ライン121より排出されるNOx排出量を従来
よりも抑制して燃焼処理できるものである。
【0017】本発明の他の実施の形態を図3に示す。NH3
を含有しない燃料を空気比1以下で燃焼させて火炎300を
形成させ、火炎300の下流にNH3及びHCN含有ガスを注入
し、かつNH3及びHCN含有ガスを注入した燃焼301の下流
に空気をライン124より注入して完全燃焼302するもので
あり、火炎300では空気比が1以上となる図2の火炎200
と比較してNOxの発生量が少なく、さらにNH3及びHCN含
有ガスでNOxを還元することができるので、さらに出口
のライン121におけるNOxの発生を図2より抑制すること
ができる。
【0018】本発明の他の実施の形態を図4に示す。NH3
を含まない燃料52によって形成された火炎200の周り還
元炎201を形成させ、さらにこれらの火炎の下流に空気
をライン124より注入して完全燃焼202させるものであ
る。この他の実施の形態においても、図3と同様にライ
ン121におけるNOxの発生を抑制しつつ、NH3及びHCN含有
ガスを処理できる。
【0019】本発明の実施の形態の作用を説明する。石
炭ガス化プラントではプラント起動用蒸気発生源として
補助ボイラが通常設置されている。また、プラントの異
常時に生成ガスを焼却する生成ガス焼却炉、さらに脱H2
S装置で脱離させたH2Sを焼却するH2S燃焼炉が設置され
ている。本発明はこれらの燃焼炉においてNH3及びHCN含
有ガスを燃焼処分させるものである。すなわちNH3及びH
CN含有ガスを燃焼するとNOxが発生する。ところがこれ
らのガスはNOxと反応してNOxをN2に還元する作用もす
る。本発明では前記各分離ガス燃焼手段の燃焼炉におい
て、形成した火炎の下流にNH3及びHCN含有ガスを注入す
ることによって火炎で発生したNOxと反応させる。その
結果、NOxはNH3及びHCN含有ガスで還元されるため、燃
焼炉で発生するNOxの発生量を抑制して燃焼処理できる
のである。さらに燃焼炉において空気比1以下で燃焼さ
せた後にNH3及びHCN含有ガスを注入し、さらにその下流
で空気を注入して完全燃焼させることにより、燃焼炉で
発生するNOxは空気比が1以下であるため、NOxの発生量
が少なく、さらにNH3及びHCN含有ガスでNOxを還元する
ことができるため、さらにNOxの発生を抑制することが
できる。
【0020】本発明の他の実施の形態として石炭ガス化
複合発電プラントを図5に示す。石炭(微粉炭)1を加圧
下でガス化して生成ガスに変換するガス化炉10と、生成
ガスを脱塵し熱交換器40を経由したのち冷却し洗浄する
水洗浄装置50と、異常時等の処分を要する生成ガスを分
岐して焼却する生成ガス焼却炉120と、生成ガス中のH2S
を脱H2S装置70で除去したのち燃焼するH2S燃焼炉80と、
水洗浄装置50の排出水より減圧時に脱気したアンモニア
含有ガスを燃焼処理する図示しない補助ボイラ又はH2S
燃焼炉80及び生成ガス焼却炉120を兼ねた燃焼炉150(図
9参照)のうちのいずれか一つの分離ガス燃焼手段と、H
2S燃焼炉80又は一つの燃焼炉150へ接続する脱硫装置90
と、脱H2S装置70で精製されかつ熱交換器40で加熱され
た生成ガスが送給されるガスタービン130と、ガスター
ビン130及び図示しない蒸気タービンを含む発電設備と
を備えてなる構成とする。
【0021】図1では、NH3及びHCN含有ガスを生成ガス
焼却炉120に導いて燃焼処分する構成であるが、図5では
NH3及びHCN含有ガスをH2S燃焼炉80で焼却処分するもの
である。この他の実施の形態でもNH3及びHCN含有ガスを
無害で処理することができる。図6、図7及び図8は、図
2、図3及び図4に対応させてH2S燃焼炉の詳細を示すもの
である。いずれもNH3及びHCN含有ガスを燃焼処理するこ
とができる。NH3及びHCN含有ガスはNOxの還元剤として
作用するため、H2S燃焼炉で発生したNOxをNH3及びHCN含
有ガスで還元できるため、H2S燃焼炉より排出するNOxの
生成を抑制することができる。
【0022】図9に本発明の他の実施の形態を示す。図1
では、NH3及びHCN含有ガスを生成ガス焼却炉120に導い
て処分するものであるが、図9はNH3及びHCN含有ガスをH
2S燃焼炉と生成ガス焼却炉とを兼ねた燃焼炉150で焼却
処分するものである。この他の実施の形態では、前記実
施の形態と同様、NH3及びHCN含有ガスを無害で処理する
ことができる。またこの他の実施の形態では、図6、図7
及び図8並びに図2、図3及び図4と同様に燃焼させること
によって、いずれもNH3及びHCN含有ガスを燃焼処理する
ことができる。また、NH3及びHCN含有ガスはNOxの還元
剤としても作用するため、燃焼炉150で発生したNOxをNH
3及びHCN含有ガスで還元できるため、燃焼炉より排出す
るNOxの生成を抑制することができる。
【0023】なお、一般にプラントの起動時に必要な蒸
気を発生させる補助ボイラが設置されている。NH3及びH
CN含有ガスについて、前記各実施の形態に示すように本
補助ボイラに適用しても前記と同様に処理できる。
【0024】
【発明の効果】本発明によれば、石炭のガス化によって
生成したアンモニア含有ガスを、いずれか一つの分離ガ
ス燃焼手段により、無害にあるいは排出するNOxの発生
を抑制して燃焼処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す構成図である。
【図2】図1の生成ガス焼却炉の燃焼状態を説明する断
面図である。
【図3】図1の生成ガス焼却炉の他の燃焼状態を説明す
る断面図である。
【図4】図1の生成ガス焼却炉の他の燃焼状態を説明す
る断面図である。
【図5】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。
【図6】図5のH2S燃焼炉の燃焼状態を説明する断面図で
ある。
【図7】図5のH2S燃焼炉の他の燃焼状態を説明する断面
図である。
【図8】図5のH2S燃焼炉の他の燃焼状態を説明する断面
図である。
【図9】本発明の他の実施の形態を示す構成図である。
【図10】従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
1 微粉炭 2 酸化剤 10 ガス化炉 20 熱回収ボイラ 30 脱塵装置 40 熱交換器 50 水洗浄装置 70 脱H2S装置 80 H2S燃焼炉 90 脱SO2装置 100 煙突 110 ブロータンク 120 生成ガス焼却炉 130 ガスタービン 140 廃熱回収ボイラ 150 燃焼炉
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C10K 1/02 C10K 1/02 1/10 1/10 F02C 3/28 F02C 3/28 F23B 7/00 305 F23B 7/00 305 F23G 5/46 ZAB F23G 5/46 ZABZ (72)発明者 植田 昭雄 広島県呉市宝町3番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 山田 陸雄 広島県呉市宝町3番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 竹田 誠 広島県呉市宝町3番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 山口 英次 広島県呉市宝町6番9号 バブコック日立 株式会社呉事業所内 Fターム(参考) 3K046 AA02 AB01 CA02 CA10 EA03 FA06 3K065 AB02 AC20 BA05 JA05 JA18 3K078 AA05 BA03 BA25 BA27 BA28 CA02 CA12 CA24 4D020 AA09 BA23 BB03 4H060 AA01 BB02 BB25 DD24 FF07 GG01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 石炭を加圧下のガス化炉で生成ガスに変
    換し、生成ガスを脱塵し熱交換器を経由したのち水洗浄
    装置で冷却して洗浄し、処分を要する生成ガスを分岐し
    て生成ガス焼却炉で焼却し、生成ガス中のH2Sを脱H2S装
    置で除去したのちH2S燃焼炉で燃焼し、前記水洗浄装置
    の排出水より減圧時に脱気したアンモニア含有ガスは、
    補助ボイラ、前記H2S燃焼炉及び前記生成ガス焼却炉よ
    りなる複数の分離ガス燃焼手段のうちのいずれか一つの
    分離ガス燃焼手段で燃焼処理されることを特徴とするア
    ンモニア含有ガスの処理方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のアンモニア含有ガスの処
    理方法において、前記アンモニア含有ガスは、補助ボイ
    ラと、生成ガス焼却炉及びH2S燃焼炉を兼ねた一つの燃
    焼炉とのいずれか一つの分離ガス燃焼手段で燃焼処理さ
    れることを特徴とするアンモニア含有ガスの処理方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載のアンモニア含有ガ
    スの処理方法において、前記アンモニア含有ガスは、一
    つの分離ガス燃焼手段で燃料を燃焼させて発生した火炎
    の下流にアンモニア含有ガスを注入して燃焼処理される
    ことを特徴とするアンモニア含有ガスの処理方法。
  4. 【請求項4】 請求項1又は2記載のアンモニア含有ガ
    スの処理方法において、前記アンモニア含有ガスは、一
    つの分離ガス燃焼手段で燃料を空気比1以下で燃焼させ
    て発生した火炎の下流にアンモニア含有ガスを注入し、
    かつ該アンモニア含有ガスの注入による燃焼の下流に空
    気を注入して燃焼処理されることを特徴とするアンモニ
    ア含有ガスの処理方法。
  5. 【請求項5】 石炭を加圧下でガス化して生成ガスに変
    換するガス化炉と、生成ガスを脱塵し熱交換器を経由し
    たのち冷却し洗浄する水洗浄装置と、処分を要する生成
    ガスを分岐して焼却する生成ガス焼却炉と、生成ガス中
    のH2Sを脱H2S装置で除去したのち燃焼するH2S燃焼炉
    と、前記水洗浄装置の排出水より減圧時に脱気したアン
    モニア含有ガスを燃焼処理する補助ボイラ又は前記H2S
    燃焼炉及び前記生成ガス焼却炉を兼ねた燃焼炉のうちの
    いずれか一つの分離ガス燃焼手段と、前記H2S燃焼炉又
    は前記一つの燃焼炉へ接続する脱硫装置と、前記脱H2S
    装置で精製されかつ前記熱交換器で加熱された生成ガス
    が送給されるガスタービンと、該ガスタービン及び蒸気
    タービンを含む発電設備とを備えてなることを特徴とす
    る石炭ガス化複合発電プラント。
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