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      基于多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式研究

      2010-09-10 06:05:14楊繼賢張秀云田莉雅
      中國(guó)煤炭 2010年8期
      關(guān)鍵詞:高硫煤兗礦煤氣化

      楊繼賢 張 冰 張秀云 田莉雅

      (1.兗礦集團(tuán)環(huán)保節(jié)能處,山東省鄒城市,273500;2.兗礦集團(tuán)鐵路運(yùn)輸處,山東省鄒城市,273500)

      基于多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式研究

      楊繼賢1張 冰1張秀云2田莉雅1

      (1.兗礦集團(tuán)環(huán)保節(jié)能處,山東省鄒城市,273500;2.兗礦集團(tuán)鐵路運(yùn)輸處,山東省鄒城市,273500)

      提出了基于多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式思想。以?xún)嫉V集團(tuán)為例,剖析了其基于煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。提出了發(fā)展煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的幾點(diǎn)建議。

      煤化工 循環(huán)經(jīng)濟(jì) 發(fā)展模式 多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)

      我國(guó)資源特點(diǎn)決定了以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)不會(huì)改變,但我國(guó)目前煤炭行業(yè)存在的最大問(wèn)題是環(huán)境污染嚴(yán)重、煤炭利用率不高。因此要發(fā)展煤炭工業(yè)、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、提高煤炭利用效率就必須引入循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式,尋求新的以煤為基礎(chǔ)的能源化工結(jié)構(gòu)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看,要把發(fā)展以煤氣化為基礎(chǔ)的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)作為發(fā)展煤炭循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式的戰(zhàn)略選擇,力爭(zhēng)走出一條具有中國(guó)特色的清潔、高效的資源開(kāi)發(fā)與利用道路。

      兗礦集團(tuán)參與承擔(dān)的 “煤氣化發(fā)電與甲醇聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)與示范”863課題,在煤炭聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)核心單元技術(shù)的研發(fā)和系統(tǒng)集成上取得突破性和創(chuàng)新性結(jié)果,帶動(dòng)了我國(guó)新型能源系統(tǒng)和煤炭綜合利用系統(tǒng)的形成和應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上兗礦集團(tuán)提出了 “煤、電、化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)有機(jī)合成”的煤炭企業(yè)發(fā)展新思路和新模式。該系統(tǒng)是以自主創(chuàng)新的高新技術(shù)注入來(lái)改造傳統(tǒng)煤炭企業(yè),徹底改變煤炭資源的利用方式,從而改變煤炭企業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和重點(diǎn)經(jīng)營(yíng)領(lǐng)域,大幅度提高煤炭資源的利用效率,大幅度削減污染物的排放,并為高硫煤等劣質(zhì)煤資源高效潔凈利用提供條件。

      1 基于多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式

      循環(huán)經(jīng)濟(jì)也稱(chēng)資源循環(huán)經(jīng)濟(jì),是將所生產(chǎn)的資源通過(guò)回收、再生等方式獲得使用價(jià)值,實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。通過(guò)資源消耗的減量化、再利用和資源再生化,形成 “資源消費(fèi)——產(chǎn)品——再生資源”的閉環(huán)型物質(zhì)流動(dòng)模式。對(duì)于煤炭企業(yè),可以從煤炭產(chǎn)品延伸到煤化工、電力等下游產(chǎn)業(yè),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈條的延長(zhǎng)以及廢舊產(chǎn)品的回收處理和再生;同時(shí)拓寬技術(shù)體系,將生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢棄物進(jìn)行回收利用和無(wú)害處理,構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,實(shí)現(xiàn)煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。中國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)理念在操作層面上還在起步階段。因而,如何運(yùn)用循環(huán)經(jīng)濟(jì)理論指導(dǎo)我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展應(yīng)逐漸引起國(guó)內(nèi)學(xué)者的重視。特別是近年來(lái),在各地要求上馬煤化工項(xiàng)目熱情越來(lái)越高的情況下,作為煤炭的下游產(chǎn)品,煤-煤化工產(chǎn)業(yè)鏈的延伸有很多種形式,選擇哪條產(chǎn)業(yè)鏈,選擇哪種產(chǎn)品,既是科學(xué)決策的問(wèn)題,也是循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的問(wèn)題。

      多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是在美國(guó) “展望 21世紀(jì)能源系統(tǒng)”和殼牌公司提出的合成氣園的概念的基礎(chǔ)上提出的。目前對(duì)多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)公認(rèn)的概念是:多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是指利用從單一的煤氣化裝置中產(chǎn)生的合成氣(CO+H2),進(jìn)行跨行業(yè)、跨部門(mén)的聯(lián)合生產(chǎn),得到多種具有高附加值的化工產(chǎn)品 (如甲醇、醋酸、醋酸乙烯等)、液體和氣體燃料 (如F-T合成燃料、城市煤氣、人工天然氣等)、其他工業(yè)氣體(如CO2,H2,CO等),以及充分利用各工藝過(guò)程中產(chǎn)生的熱能進(jìn)行發(fā)電的能源系統(tǒng)。

      本文闡述的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),準(zhǔn)確地說(shuō)是基于煤氣化的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),是以煤炭氣化為起點(diǎn),“以資源化、減量化、再利用”為原則,通過(guò)對(duì)煤炭氣化、發(fā)電 (IGCC),合成甲醇、醋酸等多種煤化工技術(shù)的優(yōu)化集成,使得煤炭資源得到潔凈高效綜合利用,以得到多種化工產(chǎn)品并利用工藝過(guò)程的熱能進(jìn)行發(fā)電的多產(chǎn)品關(guān)聯(lián)耦合的新型煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)是延伸煤炭相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈中煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要發(fā)展模式,它不僅可以實(shí)現(xiàn)煤炭資源的梯級(jí)利用,而且能夠達(dá)到煤炭資源價(jià)值提升、利用效率和經(jīng)濟(jì)效益最大化,同時(shí)還能做到煤炭利用過(guò)程對(duì)環(huán)境最友好。

      立足于我國(guó)以煤為主的能源結(jié)構(gòu),以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是解決我國(guó)未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的方向之一。煤氣化多聯(lián)產(chǎn)結(jié)構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜的體系,它以生態(tài)模式為基礎(chǔ),具有共生耦合、廢物資源化、經(jīng)濟(jì)環(huán)境能源效益相協(xié)調(diào)等特點(diǎn),其構(gòu)架原則和本質(zhì)思想與循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式結(jié)構(gòu)一致。因此,基于煤氣化多聯(lián)產(chǎn)的生態(tài)工業(yè)體系將成為未來(lái)煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要實(shí)現(xiàn)方式。

      2 基于多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的系統(tǒng)分析

      2.1 兗礦集團(tuán)煤化工發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)情況

      多年來(lái),兗礦集團(tuán)本著建成 “世界一流的潔凈煤基地”的戰(zhàn)略目標(biāo),致力于延長(zhǎng)煤炭產(chǎn)業(yè)鏈、進(jìn)行煤炭產(chǎn)品深加工方面的研究和探索。先后建成焦化、尿素、甲醇、醋酸項(xiàng)目。以大項(xiàng)目建設(shè)為載體,構(gòu)建煤化工生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈。一是以煤炭氣化、焦化、液化和潔凈利用為主線,構(gòu)建 “一個(gè)基地,三個(gè)園區(qū)”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)型煤化工業(yè)園區(qū)。建設(shè)以煤炭氣化及多聯(lián)產(chǎn)為主線的魯南化工園區(qū)、以煤炭焦化及下游產(chǎn)品加工為主線的兗州化工園區(qū)、以坑口高硫煤潔凈利用為主線的鄒城化工園區(qū)。二是加快現(xiàn)有煤化工產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造,大力推進(jìn)對(duì)魯化、嶧化的原料結(jié)構(gòu)和動(dòng)力結(jié)構(gòu)調(diào)整,積極開(kāi)展水資源的節(jié)約利用工作,推廣生產(chǎn)污水零排放技術(shù)和循環(huán)冷卻廢水準(zhǔn)零排放技術(shù),實(shí)施廢渣綜合利用,變廢為寶。三是優(yōu)化配置 “高硫煤”資源。四是20萬(wàn)t醋酸配套建設(shè)了整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項(xiàng)目(IGCC)。五是200萬(wàn)t焦炭項(xiàng)目配套建設(shè)了20萬(wàn)t高爐煤氣制甲醇裝置,既防止了環(huán)境污染,又節(jié)約了能源。

      2.2 煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的結(jié)構(gòu)

      以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是指以煤的氣化技術(shù)為核心,將煤轉(zhuǎn)化為潔凈合成氣,合成氣用于生產(chǎn)甲醇等化工產(chǎn)品,未反應(yīng)氣可與合成氣一同用于IGCC發(fā)電裝置生產(chǎn)電力;合成氣分離出的CO可以與甲醇生產(chǎn)醋酸產(chǎn)品;合成氣還可以生產(chǎn)柴油等動(dòng)力燃料。兗礦集團(tuán)煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)如圖1所示。

      2.3 煤氣化多聯(lián)產(chǎn)動(dòng)脈產(chǎn)業(yè)鏈與靜脈產(chǎn)業(yè)鏈分析

      業(yè)內(nèi)行家認(rèn)為:“煤氣化是煤化工的最關(guān)鍵技術(shù)和必不可少的手段”,“多聯(lián)產(chǎn)是煤化工的發(fā)展方向”。煤氣化多聯(lián)產(chǎn)是由高硫煤到合成氣,再到醋酸、聚丙烯、醋酸乙烯、柴油、石腦油等多種下游產(chǎn)品的過(guò)程。這已經(jīng)構(gòu)成了循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈,按照動(dòng)脈靜脈理論,這屬于循環(huán)經(jīng)濟(jì)動(dòng)脈產(chǎn)業(yè)。

      煤氣化多聯(lián)產(chǎn)靜脈產(chǎn)業(yè)是伴隨著動(dòng)脈產(chǎn)業(yè)而存在的,空分階段生產(chǎn)氧氣的同時(shí),生產(chǎn)的副產(chǎn)品有氬氣、液氧、液氮。煤氣化產(chǎn)生的爐渣用于制造水泥。通過(guò)先進(jìn)的工藝脫除煤的硫分,并利用克勞斯?fàn)t使之轉(zhuǎn)化為國(guó)內(nèi)緊缺的化工原料硫磺,變害為寶。合成氣、硫回收尾氣以及其他系統(tǒng)產(chǎn)生的尾氣用于IGCC發(fā)電。煤氣化多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目工藝自身不但沒(méi)有三廢排放,而且還變廢為寶,生產(chǎn)多種副產(chǎn)品。

      圖1 兗礦集團(tuán)煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)示意圖

      3 基于多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的特點(diǎn)

      3.1 煤氣化多聯(lián)產(chǎn)符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)原則

      以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是資源、能源和環(huán)境一體化的系統(tǒng),是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展能源的重要組成部分。為了實(shí)現(xiàn)兗礦集團(tuán)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性發(fā)展,必須加大資源綜合利用力度,重視節(jié)能、環(huán)保,以科學(xué)的發(fā)展觀,實(shí)施 “循環(huán)經(jīng)濟(jì)”。特別是在高能耗、高污染的焦炭、發(fā)電、化工等行業(yè),更應(yīng)以科學(xué)的發(fā)展觀,實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭資源的環(huán)保、綜合利用。結(jié)合兗礦集團(tuán)發(fā)展規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)實(shí)際,應(yīng)實(shí)行多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),煤氣化技術(shù)為大規(guī)模、多聯(lián)產(chǎn)創(chuàng)造了條件。

      兗礦集團(tuán)所采用的大型多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)就是要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈上的發(fā)電、化工有機(jī)地結(jié)合,將發(fā)電產(chǎn)生的余熱、廢水,化工產(chǎn)生的尾氣等資源統(tǒng)一回收,作為原材料再利用。采用多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng),不僅減少繳納排污費(fèi),而且可以增加新的利潤(rùn)源,還得到了廉價(jià)原材料,經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益十分顯著。隨著環(huán)境保護(hù)要求的不斷嚴(yán)格,多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的比重會(huì)不斷增大,多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是將來(lái)實(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展方向之一。

      3.2 煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有抗風(fēng)險(xiǎn)能力

      煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)不是單一循環(huán),而是可調(diào)節(jié)靈活,抗風(fēng)險(xiǎn)能力強(qiáng)的復(fù)雜循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式。多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)內(nèi)各工藝技術(shù)并非簡(jiǎn)單疊加,也并非完全是簡(jiǎn)單的產(chǎn)品鏈關(guān)系。煤氣化生產(chǎn)的合成氣將供應(yīng)給不同的生產(chǎn)系統(tǒng),由于各部分的用氣比例可以根據(jù)需要靈活地進(jìn)行調(diào)整,因而可以達(dá)到各方面的協(xié)調(diào)生產(chǎn),除此之外,還可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)路線的耦合,使技術(shù)路線能取長(zhǎng)補(bǔ)短。在多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中,以合成氣為原料可以生產(chǎn)包括化工產(chǎn)品、電力產(chǎn)品、動(dòng)力燃料、氣體燃料和人工天然氣在內(nèi)的多種產(chǎn)品,還可以生產(chǎn)H 2、CO、O2、N2、A r等各類(lèi)工業(yè)氣體,由于其產(chǎn)品涉及的行業(yè)較多,領(lǐng)域較廣,因此該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)能力。

      3.3 實(shí)現(xiàn)高硫煤潔凈利用,延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限

      兗礦集團(tuán)本部煤炭可采儲(chǔ)量?jī)H為21.8億t,其中硫含量大于3%的高硫煤可采儲(chǔ)量7.87億t。周邊地方煤礦可采儲(chǔ)量為3.589億t,其中硫含量大于3%的高硫煤為2.553億 t。按照國(guó)務(wù)院國(guó)函[1998]5號(hào)文件規(guī)定,如果所采出高硫煤不采用潔凈技術(shù)使用,礦區(qū)生產(chǎn)礦井必須逐步實(shí)行限產(chǎn)或關(guān)閉,其服務(wù)年限將減少20年以上。在這個(gè)背景下,兗礦集團(tuán)開(kāi)發(fā)建設(shè)了利用高硫煤氣化多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目,項(xiàng)目實(shí)施后,兗礦集團(tuán)采出的高硫煤能夠得到充分利用,減少資源浪費(fèi)。大大延長(zhǎng)兗礦集團(tuán)所屬礦區(qū)的服務(wù)年限,增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,成為高硫煤利用的循環(huán)經(jīng)濟(jì)典范。

      4 發(fā)展基于多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的煤化工循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的建議

      4.1 以核心技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新應(yīng)用推動(dòng)多聯(lián)產(chǎn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展

      兗礦集團(tuán)投入大量資金深入研究與開(kāi)發(fā)煤化工產(chǎn)業(yè),聚集了一批國(guó)內(nèi)外知名的煤化工專(zhuān)家、技術(shù)人才和員工,同時(shí)與多家化工科研機(jī)構(gòu)、高等院校建立了長(zhǎng)期合作關(guān)系。在水煤漿加壓氣化等方面擁有一批包括 “對(duì)置式多噴嘴水煤漿氣化技術(shù)”、“甲醇低壓合成醋酸技術(shù)”、“粉煤加壓氣化技術(shù)”、“低溫F-T合成煤間接液化技術(shù)”、“煤間接液化催化劑及工藝關(guān)鍵技術(shù)”等自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù),建有國(guó)家級(jí)水煤漿氣化及煤化工國(guó)家工程中心,成為國(guó)際上唯一同時(shí)擁有水煤漿氣化和粉煤氣化技術(shù)的企業(yè)?!笆濉睍r(shí)期完成3項(xiàng)國(guó)家 “863”計(jì)劃課題,“十一五”又有6項(xiàng)技術(shù)列入國(guó)家 “863”計(jì)劃。

      煤氣化多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)應(yīng)以成熟單元技術(shù)為基礎(chǔ),以提高能源和資源利用效率、優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)企業(yè)經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力、減少污染物排放為目標(biāo)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。

      4.2 投資主體應(yīng)具有較強(qiáng)融資能力

      煤氣化多聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)是資金密集型產(chǎn)業(yè),需要大量的資金投入。兗礦集團(tuán)煤炭主體產(chǎn)業(yè)運(yùn)行良好,經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展,已成為國(guó)內(nèi)前列的大型煤炭生產(chǎn)企業(yè),資金相對(duì)雄厚,由兗礦集團(tuán)發(fā)起組建的兗州煤業(yè)股份有限公司于1998年在紐約、香港、上海成功上市,具有良好的國(guó)際形象,是很好的融資平臺(tái),兗礦集團(tuán)煤化工項(xiàng)目的實(shí)施具有可靠的資金保障。

      4.3 建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)型多聯(lián)產(chǎn)生態(tài)工業(yè)

      煤氣化多聯(lián)產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)是通過(guò)采用先進(jìn)技術(shù)、不同工藝的集成聯(lián)產(chǎn)發(fā)展大型煤化工,形成產(chǎn)業(yè)鏈的有效延伸和綜合利用,提高資源、能源的利用效率,減少污染物排放,規(guī)?;兄卫砦廴?達(dá)到環(huán)境友好,建立循環(huán)經(jīng)濟(jì)型煤氣化多聯(lián)產(chǎn)生態(tài)工業(yè)。與建材、材料、發(fā)電、廢熱利用 (包括種植、養(yǎng)殖等)等不同產(chǎn)業(yè)的工藝技術(shù)集成聯(lián)產(chǎn),形成資源和能源的循環(huán)利用系統(tǒng),使整體系統(tǒng)具有靈活、高效的調(diào)整能力和運(yùn)行功能,同時(shí)不對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成破壞和污染。

      [1]吳季松.新循環(huán)經(jīng)濟(jì)學(xué)—中國(guó)的經(jīng)濟(jì)學(xué) [M].北京:清華大學(xué)出版社,2005

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      [5]方德巍,汪曉霞.新一代煤轉(zhuǎn)化及煤化工的發(fā)展和展望 [J].煤化工,2002(6)

      Study on coal chemical industry circular economy developmentmode based on poly-generation system

      Yang Jixian1,Zhang Bing1,Zhang XiuYun2,Tian Liya1
      (1.Environmental and Energy Saving Center,Yankuang Group,Zoucheng 273500,China;2.the Departm ent of Railway Transportation,Yankuang G roup,Zoucheng 273500,China)

      It is proposed the idea that circular economy development mode of coal chemical industry based on poly-generation system in this paper.By taking Yankuang Group as an examp le,the structure and characteristics of coal chemical industry circu lar economy development mode based on coal gasification poly-generation system are analyzed.The developm ent of coal gasification poly-generation system proposals are put forward.

      coal chemicalindustry,circular economy developmentmode,poly-generation system

      TQ3

      A

      楊繼賢(1976-),男,畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)環(huán)境工程專(zhuān)業(yè),獲學(xué)士學(xué)位,工程師。出版專(zhuān)業(yè)書(shū)籍2部,發(fā)表論文10余篇,獲得省部級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)3項(xiàng),現(xiàn)在兗礦集團(tuán)環(huán)保節(jié)能處工作。

      (責(zé)任編輯 張毅玲)

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