CN202072660U - 一种热能循环利用的焦化炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热能循环利用的焦化炉，包括炉体、废气循环***、荒煤气处理***；所述炉体从上到下依次包括加煤段、煤快速加热段、荒煤气导出段、煤干馏结焦段、焦炭调质段、干法熄焦段和排焦段；所述废气循环***包括废气导出装置、废气换热器、换向器等；所述荒煤气处理***包括荒煤气导出装置。实用新型能连续煤干馏焦化，炉内利用燃烧过的废气干法熄焦，能将预干燥的煤在入炉过程中迅速加热至300℃，煤在炉体内干馏焦化，在炉底部用自身燃烧产生的废气经与空气换热降温后进行干法熄焦，连续生产焦炭；生产过程污染小；延长了煤炭产业链，降低了炼焦成本，拓宽了炼焦煤种，提高了产品的品质；很大程度地扩大了利润空间；维修成本低廉。

Description

一种热能循环利用的焦化炉

技术领域

本实用新型涉及一种焦化炉，尤其是涉及炼焦入炉煤预干燥，入炉过程快速加热，连续煤干馏焦化，在炉内利用燃烧过的废气干法熄焦的焦化炉。

背景技术

1、炼焦原理

炼焦生产，其基本原料是炼焦煤，它是将炼焦煤在密闭的焦化炉内隔绝空气高温加热，放出水分和吸附气体，随后分解产生煤气和焦油等，剩下以碳为主体的焦炭。这种煤热解过程通常称为煤的干馏。

煤的干馏分为低温干馏、中温干馏和高温干馏三种。它们的主要区别在于干馏的最终温度不同，低温干馏为500℃-600℃，中温干馏为700℃-800℃，高温干馏为900℃-1000℃。目前的炼焦化炉绝大多数属于高温炼焦化炉，主要生产冶金焦炭、炼焦煤气和炼焦化学产品。这种高温炼焦过程，就是高温干馏。

2、炼焦煤的热解过程

炼焦煤在隔绝空气高温加热过程中生成焦炭，它具有下列特性：当被加热到400℃左右，就开始形成熔融的胶质体，并不断地自身裂解产生出油气，这类油气经过冷凝、冷却及回收工艺，得到各种化工产品和净化的焦化炉煤气。

当温度不断升高，油气不断放出，胶质体进一步分解，部分气体析出，而胶质体逐渐固化成半焦，同时产生出一些小气泡，成为固定的疏孔。

温度再升高，半焦继续收缩，放出一些油气，最后生成焦炭。

3、传统焦化炉

传统焦化炉炉体主要是用硅砖砌筑而成的，分成一至四个相连接的部分：炉顶、炭化室(两侧是燃烧室)、斜道、蓄热室。炉顶区设有炭化室装煤孔、燃烧室火道看火孔以及荒煤气导入集气***的上升管孔等。炭化室是窄长的方型室，用以容纳煤料。煤料可由装煤孔或机侧(捣固炼焦)装入。燃烧室在炭化室两侧，煤气在其内燃烧，燃烧产生的热量，经炭化室-燃烧室共用墙传入炭化室，将煤料加热至高温炼成焦炭。斜道是蓄热室、燃烧室火道间的气流通道。蓄热室在炭化室及燃烧室下部，内填充有带孔的格子砖。当下降气流时，燃烧产生的高温废气流将格子砖加热，交换成上升气流时，使通过蓄热室的贫煤气或空气预热后进入燃烧室。一座焦化炉由数十孔炭化室组成。

现代焦化炉虽有多种炉型，但无非是因火道结构、加热煤气种类及其入炉方式、蓄热室结构及装煤方式的不同而进行有效排列组合，为了保证焦炭、煤气的质量及产量，不仅需要合适的煤配比而且要有良好的外部条件。现代焦化炉炉体最上部是炉顶，炉顶之下为相间配置的燃烧室和炭化室，炉体下部有蓄热室和连接蓄热与燃烧室的斜道区，每个蓄热室下部的小烟道通过交换开闭器(废气道)与烟道相连，烟道设在焦化炉基础内式基础两侧，烟道末端通向烟囱，故也称焦化炉由三室两区组成，即炭化室、燃烧室、斜道区、炉顶区和基础部分。

4、传统焦化炉的具有如下缺陷：1)不能连续生产焦炭，且生产的焦炭是不规则的；2)对环境的污染较大，不符合可持续发展的规划；3)热能不能循环综合利用；4)不能实现炉内利用废气干法熄焦；5)焦化产品回收工艺复杂；6)维修成本高昂。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种热能重复循环利用，连续煤干馏焦化，炉内利用燃烧过的废气干法熄焦的焦化炉；该焦化炉能将预干燥的煤在入炉过程中迅速加热至300℃，煤在炉体内干馏焦化，在炉底部用自身燃烧产生的废气经与空气换热降温后进行干法熄焦，连续生产焦炭；生产过程污染小，节能环保；延长了煤炭产业链，降低了炼焦成本拓宽了炼焦煤种，提高了产品的品质；增加了化产回收量，很大程度地扩大了利润空间；维修成本低廉。

为解决上述技术问题，本实用新型一种热能循环利用的焦化炉，

包括炉体、废气循环***、荒煤气处理***；

所述炉体从上到下依次包括加煤段、煤快速加热段、荒煤气导出段、煤干馏结焦段、焦炭调质段、干法熄焦段和排焦段；

所述废气循环***包括废气导出装置、废气换热器、换向器、设置在煤干馏结焦段炉壁上的换向装置、设置在焦炭调质段炉壁上的换向装置和设置在干法熄焦段上部炉壁上的换向装置；所述废气导出装置一端通过管道与煤快速加热段底部连接相通，另一端通过管道与废气换热器连接相通，所述废气换热器通过管道与换向器连接相通，所述换向器通过管道与干法熄焦段下部连接相通；所述设置在煤干馏结焦段炉壁上的换向装置和设置在焦炭调质段炉壁上的换向装置连接废气管道、燃气管道和空气管道；

所述荒煤气处理***包括荒煤气导出装置。优选地，所述的荒煤气导出装置出口依次连接气液分离装置、空冷装置、活性炭吸收装置；导出的荒煤气经气液分离装置进行气液分离，同时荒煤气温度降低；经过气液分离后的煤气进入空冷装置被降至环境温度；低温煤气经过风机进入活性炭吸收装置，经过活性炭吸收的煤气，变为净煤气；循环流动的活性炭被送往再生装置加热再生，再生后的活性炭被再次利用，而再生装置产生的气体进入馏分装置；在馏分装置内，不同的化产品被分离出来，最终的不凝气体被排出；排出的不凝气体主要是硫化氢，进入硫回收***被转换为硫磺；净煤气可分离出氢气和甲烷，生产出洁净的新焦化能源，最终的尾气用作本焦炉的加热燃气。

进一步地，所述加煤段从上到下依次包括加煤斗、螺旋给煤机、粉煤仓和加煤管，所述加煤管下方连接一预干燥仓，该预干燥仓下方为煤快速加热段的快速加热通道，该快速加热通道外设有加热区；所述废气导出装置通过管道与快速加热通道底部连接相通。

进一步地，所述煤干馏结焦段从外到内依次包括煤干馏结焦段炉壁、环形外火道、环形炭化室和中心火道；环形炭化室的上端与荒煤气导出段连接相通；所述环形外火道连接有空气管道和燃气管道；所述中心火道连接有空气管道和燃气管道，且其上端通过管道与荒煤气导出装置连接相通，也通过通孔与快速加热通道的加热区连接相通。

进一步地，所述中心火道的空气管道和燃气管道自中心火道底部进入。

进一步地，所述中心火道的空气管道设有左右两根，左侧空气管道直接自中心火道底部进入并延伸至中心火道中部，在中心火道内的空气管道上分级设有出口；右侧空气管道与换向装置相连接，通向换向装置的空气管道与换向器相连接。

进一步地，所述外火道的空气管道自煤干馏结焦段侧壁进入，外火道的燃气管道自设置在煤干馏结焦段炉壁上的换向装置和设置在焦炭调质段炉壁上的换向装置内进入。

进一步地，所述干法熄焦段下部设有废气进口、环形风管、风帽和熄焦区；所述废气进口与环形风管相连接，所述环形风管上设有风帽，所述环形风管和风帽设置在熄焦区内。

一种使用上述热能循环利用的焦化炉的炼焦方法，包括如下步骤：

1)选取下列重量百分比的原料煤

主焦煤30～40％；肥煤或瘦煤15～25％；长焰煤40～50％；

2)上述原料煤经粉碎后进入预干燥仓，加热，原料煤中的水分部分挥发，原料煤粉变为预干煤；该预干煤进入煤快速加热段中的快速加热通道，该预干煤被迅速加温至270～330℃，使水分完全挥发；

3)水分完全挥发后的原料煤粉通过荒煤气导出段，与上升的荒煤气充分接触；吸收荒煤气中的粘结物质得到改质，得改质煤；部分荒煤气通过荒煤气导出装置导出炉体；

4)改质煤继续下行至煤干馏结焦段，在1250～1350℃的温度下隔绝空气快速干馏，形成焦炭；

5)焦炭下行至焦炭调质段，在调质区内进行调质；

6)经过调质的焦炭下行进入干法熄焦段的熄焦区，与80～120℃的不燃气体进行热交换，温度降至200℃以下；

7)降温后的焦炭经排焦段排出焦化炉。

进一步地，粉碎后的原料煤至粒度3mm以下。

进一步地，所述预干燥仓内的原料煤粉是通过炉体内产生的600至650℃废气进行加热。

进一步地，所述煤快速加热段中的快速加热通道内温度为670～730℃。

进一步地，所述快速加热通道的加热通过加热区内通入来自煤干馏结焦段内的中心火道内的燃烧废气。

进一步地，自荒煤气导出段的荒煤气导出装置导出的荒煤气经气液分离装置进行气液分离，同时荒煤气温度降低；经过气液分离后的煤气进入空冷装置被降至环境温度；低温煤气经过风机进入活性炭吸收装置，经过活性炭吸收的煤气，变为净煤气；循环流动的活性炭被送往再生装置加热再生，再生后的活性炭被再次利用，而再生装置产生的气体进入馏分装置；在馏分装置内，不同的化产品被分离出来，最终的不凝气体被排出；排出的不凝气体主要是硫化氢，进入硫回收***被转换为硫磺；净煤气可分离出氢气和甲烷，生产出洁净的新焦化能源，所述最终的尾气用作本焦炉的加热燃气。

进一步地，煤干馏结焦段通过外火道和中心火道进行加热；连接外火道的燃气管道使用荒煤气导出段导出的荒煤气经处理后得到的净煤气，该净煤气与空气燃烧产生热量，所述空气为分段补充；所述中心火道采用熄焦产生的高温气体和补入的空气对自身燃气助燃产生热量。

进一步地，所述连接外火道和中心火道的空气管道中的空气是来自经废气换热器换热后的热空气。

进一步地，炼焦过程中的废气循环方法如下：

①上述炼焦方法的步骤6)中的80～120℃的不燃气体自干法熄焦段下部的废气进口、环形风管和风帽进入熄焦区，不燃气体和经过调质的焦炭在熄焦区内进行热交换；

②热交换升温后不燃气体进入煤干馏结焦段的中心火道内，同时向中心火道内补入空气和燃气进行燃烧，产生1300～1400℃的高温对炭化室内的煤干馏焦化；

③高温加热后的废气的一部分通过连通管道进入快速加热通道外的加热区对快速加热通道内的煤加热使水份全部挥发；

高温加热后的废气的另一部分进入荒煤气导出段内，直接上行进入快速加热通道内对煤直接加热；

④在加热通道外的加热区对快速加热通道加热后的废气自废气导出装置导出，经废气导出装置后进入废气换热器，换热后的废气通过废气管道进入换向器，换向后的废气通过废气管道与干法熄焦段下部的废气进口相连接，自此进入下一轮的循环过程。

本实用新型具有如下有益效果：本实用新型连续煤干馏焦化，炉内利用燃烧过的废气干法熄焦的焦化炉；该焦化炉能将预干燥的煤在入炉过程中迅速加热至300℃，煤在炉体内干馏焦化，在炉底部用自身燃烧产生的废气经与空气换热降温后进行干法熄焦，连续生产焦炭；生产过程污染小，节能环保；延长了煤炭产业链，降低了炼焦成本拓宽了炼焦煤种，提高了产品的品质；增加了化产回收量，很大程度地扩大了利润空间；维修成本低廉。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明

图1为本实用新型焦化炉结构示意图。

具体实施方式

实施例1

参见图1所示，本实用新型一种热能循环利用的焦化炉，

包括炉体100、废气循环***200、荒煤气处理***300；

所述炉体100从上到下依次包括加煤段101、煤快速加热段111、荒煤气导出段121、煤干馏结焦段131、焦炭调质段141、干法熄焦段151和排焦段161；

所述加煤段101从上到下依次包括加煤斗102、螺旋给煤机103、粉煤仓104和加煤管105，所述加煤管105下方连接预干燥仓106，该预干燥仓106下方为煤快速加热段111的快速加热通道112，所述快速加热通道112底部通过管道连接相通废气导出装置201；所述快速加热通道112周围设有加热区113；所述预干燥仓106内的气体经管道1061和1062排出，经布袋除尘装置(图中未示出)后排向大气；

所述煤干馏结焦段131从外到内依次包括煤干馏结焦段炉壁132、环形外火道133、环形炭化室134和中心火道135；环形炭化室134的上端与荒煤气导出段121连接相通；所述环形外火道133连接有空气管道1331和燃气管道1332；所述中心火道135连接有空气管道1351和燃气管道1352，且其上端通过通孔1353与快速加热通道112的加热区113连接相通；

所述中心火道135的空气管道1351和燃气管道1352自中心火道135底部进入；本实施例中左侧的空气管道1351和燃气管道1352直接自中心火道135底部直接进入中心火道135，右侧的空气管道1351和燃气管道1352先通过换向装置156后自中心火道135底部进入中心火道135；

所述外火道133的空气管道1331在本实施例中共有4个入口，上方两个，下方两个，属于分段补充空气，自煤干馏结焦段131侧壁进入，外火道133的燃气管道1332自设置在煤干馏结焦段131炉壁上的换向装置136和设置在焦炭调质段141炉壁上的换向装置146内进入；

所述干法熄焦段151下部设有废气进口152、环形风管153、风帽154和熄焦区155；所述废气进口152与环形风管153相连接，所述环形风管153上设有风帽154，所述环形风管153和风帽154设置在熄焦区155内；

所述废气循环***200包括废气导出装置201、废气换热器202、换向器203、设置在煤干馏结焦段131炉壁上的换向装置136、设置在焦炭调质段141炉壁上的换向装置146和设置在干法熄焦段151上部炉壁上的换向装置156；所述废气导出装置201一端通过管道与煤快速加热段111底部连接相通，另一端通过管道与废气换热器202连接相通，所述废气换热器202通过管道与换向器203连接相通，所述换向器203通过管道210与干法熄焦段151下部连接相通；所述设置在煤干馏结焦段131炉壁上的换向装置136和设置在焦炭调质段141炉壁上的换向装置146连接有废气管道137、燃气管道138和空气管道139；

所述荒煤气处理***300包括荒煤气导出装置301；所述的荒煤气导出装置301出口依次连接气液分离装置(302)、空冷装置(图中未示出！)和活性炭吸收装置(图中未示出！)；导出的荒煤气经气液分离装置进行气液分离，同时荒煤气温度降低；经过气液分离后的煤气进入空冷装置被降至环境温度；低温煤气经过风机进入活性炭吸收装置，经过活性炭吸收的煤气，变为净煤气；循环流动的活性炭被送往再生装置(图中未示出！)加热再生，再生后的活性炭被再次利用，而再生装置产生的气体进入馏分装置(图中未示出！)；在馏分装置内，不同的化产品被分离出来，最终的不凝气体被排出；排出的不凝气体主要是硫化氢，进入硫回收***被转换为硫磺；净煤气可分离出氢气和甲烷，生产出洁净的新焦化能源，最终的尾气用作本焦炉的加热燃气。

一种使用上述热能循环利用的焦化炉的炼焦方法，包括如下步骤：

1)选取下列重量百分比的原料煤

主焦煤30～40％；肥煤或瘦煤15～25％；长焰煤40～50％；

2)上述原料煤经螺旋给煤机粉碎后进入预干燥仓106，加热，原料煤中的水分部分挥发，原料煤粉变为预干煤；该预干煤进入煤快速加热段111中的快速加热通道112，该预干煤被迅速加温至270～330℃，使水分完全挥发；

3)水分完全挥发后的原料煤粉通过荒煤气导出段121，与上升的荒煤气充分接触；吸收荒煤气中的粘结物质得到改质，得改质煤；部分荒煤气通过荒煤气导出装置301导出炉体100；

4)改质煤继续下行至煤干馏结焦段131，在1250～1350℃的温度下隔绝空气快速干馏，形成焦炭；

5)焦炭下行至焦炭调质段141，在调质区内进行调质；

6)经过调质的焦炭下行进入干法熄焦段151的熄焦区155，与80～120℃的不燃气体进行热交换，温度降至200℃以下；

7)降温后的焦炭经排焦段161排出焦化炉。

粉碎后的原料煤至粒度3mm以下；

所述预干燥仓106内的原料煤粉是通过炉体100内产生的600至650℃废气进行加热；

所述煤快速加热段111中的快速加热通道112内温度为670～730℃；

所述快速加热通道112的加热通过两种方式，其一是通道112外的加热区113内通入来自煤干馏结焦段131内的中心火道135内的燃烧废气，其二是通道内来自煤干馏结焦段131内的炭化室134的荒煤气；

煤干馏结焦段131通过外火道133和中心火道135进行加热；连接外火道133的燃气管道1332使用荒煤气导出段导出的荒煤气经处理后得到的净煤气，该净煤气与空气燃烧产生热量，所述空气为分段补充；所述中心火道135采用熄焦产生的高温气体和补入的空气对自身燃气助燃产生热量；

所述连接外火道133和中心火道135的空气管道1331、1351中的空气是来自经废气换热202换热后的热空气。

炼焦过程中的废气循环方法如下：

①上述炼焦方法的步骤6)中的80～120℃的不燃气体自干法熄焦段151下部的废气进口152、环形风管153和风帽154进入熄焦区155，不燃气体和经过调质的焦炭在熄焦区155内进行热交换；

②热交换升温后不燃气体进入煤干馏结焦段131的中心火道135内，同时向中心火道135内补入空气和燃气进行燃烧，产生1300～1400℃的高温对环形炭化室134内的煤干馏焦化；

③高温加热后的废气的一部分通过连通管道进入快速加热通道112外的加热区113对快速加热通道112内的煤加热使水份全部挥发；

高温加热后的废气的另一部分进入荒煤气导出段121内，直接上行进入快速加热通道112内对煤直接加热；

④在快速加热通道112外的加热区113对快速加热通道112加热后的废气自废气导出装置201导出，经废气导出装置201后进入废气换热器202，换热后的废气通过废气管道进入换向器203，换向后的废气通过废气管道与干法熄焦段151下部的废气进口152相连接，自此进入下一轮的循环过程。

附图1中的空气管道、燃气管道和废气管道分别走向如下：

空气风机将空气首先输入到空气管道204，该空气管道204上通换向器203，空气自换向器203换向后部分空气通向换热器202，换热后的热空气通过管道1331进入外火道133，也通过管道1351进入中心火道135；自换向器203换向的空气还有部分通向空气管道205和空气管道206；空气管道205通向换向装置146的上端空气入孔，也通向换向装置156上端的空气管道1561，空气管道经换向后进入炉体自中心火道135下端进入；空气管道206通向换向装置136进入外火道133。

煤气风机将煤气首先输入到煤气管道207，该煤气管道207分支，一根通过管道1352进入中心火道；另一根通向换向器203；换向器203换向后经一根管道2071通向换向装置136，然后进入外火道133，换向器203换向后经另一根管道2072通向换向装置146和换向装置156，通向换向装置146的煤气进入外火道133，通向换向装置156的燃气进入中心火道。

废气管道的气体进入熄焦区155，然后进入中心火道135，和通入中心火道135的空气和燃气一起加热干馏煤，废气经孔1353进入快速加热通道112外的加热区113，然后进入废气导出装置201，经换热器202换热后进入换向器203；在外火道133中燃烧后的废气，上部的废气通过换向装置136后进入管道208，经过换热器202后进入换向器203；下部废气通过换向装置146后进入管道209，经过换热器202后进入换向器203；

进入换向器203的废气管道通向废气管道210，该废气管道经过风机(图中未示出)进入法熄焦段151下部的废气进口152；

至此，整个废气进行循环使用。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本实用新型的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (8)

1.一种热能循环利用的焦化炉，其特征在于：

包括炉体(100)、废气循环***(200)、荒煤气处理***(300)；

所述炉体(100)从上到下依次包括加煤段(101)、煤快速加热段(111)、荒煤气导出段(121)、煤干馏结焦段(131)、焦炭调质段(141)、干法熄焦段(151)和排焦段(161)；

所述废气循环***(200)包括废气导出装置(201)、废气换热器(202)、换向器(203)、设置在煤干馏结焦段(131)炉壁上的换向装置(136)、设置在焦炭调质段(141)炉壁上的换向装置(146)和设置在干法熄焦段(151)上部炉壁上的换向装置(156)；所述废气导出装置(201)一端通过管道与煤快速加热段(111)底部连接相通，另一端通过管道与废气换热器(202)连接相通，所述废气换热器(202)通过管道与换向器(203)连接相通，所述换向器(203)通过管道与干法熄焦段(151)下部连接相通；所述设置在煤干馏结焦段(131)炉壁上的换向装置(136)和设置在焦炭调质段(141)炉壁上的换向装置(146)连接废气管道(137)、燃气管道(138)和空气管道(139)；

所述荒煤气处理***(300)包括荒煤气导出装置(301)。

2.根据权利要求1所述的焦化炉，其特征在于：所述加煤段(101)从上到下依次包括加煤斗(102)、螺旋给煤机(103)、粉煤仓(104)和加煤管(105)，所述加煤管(105)下方连接一预干燥仓(106)，该预干燥仓(106)下方为煤快速加热段(111)的快速加热通道(112)，该快速加热通道(112)外设有加热区(113)；所述废气导出装置(201)通过管道与快速加热通道(112)底部连接相通。

3.根据权利要求1或2所述的焦化炉，其特征在于：所述煤干馏结焦段(131)从外到内依次包括煤干馏结焦段炉壁(132)、环形外火道(133)、环形炭化室(134)和中心火道(135)；环形炭化室(134)的上端与荒煤气导出段(121)连接相通；所述环形外火道(133)连接有空气管道(1331)和燃气管道(1332)；所述中心火道(135)连接有空气管道(1351)和燃气管道(1352)，其上端通过通孔1353与快速加热通道112的加热区113连接相通。

4.根据权利要求3所述的焦化炉，其特征在于：所述中心火道(135)的空气管道(1351)和燃气管道(1352)自中心火道(135)底部进入。

5.根据权利要求4所述的炼焦的方法，其特征在于：所述中心火道(135)的空气管道(1351)设有左右两根，左侧空气管道(1351)直接自中心火道(135)底部进入并延伸至中心火道(135)中部，在中心火道(135)内的空气管道上分级设有出口；右侧空气管道(1351)与换向装置(156)相连接，通向换向装置(156)的空气管道(1351)与换向器(203)相连接。

6.根据权利要求5所述的焦化炉，其特征在于：所述外火道(133)的空气管道(1331)自煤干馏结焦段(131)侧壁进入，外火道(133)的燃气管道(1332)自设置在煤干馏结焦段(131)炉壁上的换向装置(136)和设置在焦炭调质段(141)炉壁上的换向装置(146)内进入。

7.根据权利要求6所述的焦化炉，其特征在于：所述干法熄焦段(151)下部设有废气进口(152)、环形风管(153)、风帽(154)和熄焦区(155)；所述废气进口(152)与环形风管(153)相连接，所述环形风管(1531)上设有风帽(154)，所述环形风管(153)和风帽(154)设置在熄焦区(155)内。

8.根据权利要求7所述的焦化炉，其特征在于：所述的荒煤气导出装置(301)出口依次连接气液分离装置(302)、空冷装置、活性炭吸收装置。

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