DE19961691B4 - Verfahren zur Reinigung von Rauchgas - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur einstufigen Reinigung des in kleineren Verbrennungsanlagen entstehenden Rauchgases, wobei das Rauchgas durch ein Filterbett durchgesaugt wird, das durch eine Schüttung eines aus gleichzeitig Adsorptions- und Neutralisationsmittel enthaltenden Mischkörnern bestehenden Granulats gebildet wird und das quer zur Durchströmrichtung bewegt und auf einem endlosen Weg zirkuliert wird, wobei ein korngrößenunabhängiger Teil des vom Filterbett kommenden Granulats als Abfall ausgeschleust und durch unverbrauchtes Granulat ersetzt wird.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung des in kleineren Verbrennungsanlagen entstehenden Rauchgases.
- Bei Großanlagen sind Verfahren zur Rauchgasreinigung gebräuchlich, die gute Ergebnisse erbringen. Diese bekannten Verfahren können jedoch aus Rentabilitätsgründen nicht einfach auf kleinere Anlagen, das heißt auf Verbrennungsanlagen mit einem Rauchgasvolumen bis zu etwa 20000 m3/h übertragen werden.
- Aus der
DE 197 11 840 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Entfernen von in niedriger Konzentration vorliegenden Schadstoffen, wie chlorierten, Kohlenwasserstoffen und Schwermetallen, aus Abgasen bekannt, bei dem das Abgas durch ein von oben nach unten wanderndes Wanderbett aus grobkörnigem Trägermaterial hindurchgeleitet wird und das im Wanderbett befindliche Trägermaterial mit einem kohlenstoffhaltigen Sorptionsmittelstaub beschichtet wird, indem laufend pulverförmiges Sorptionsmittel entweder dem Abgas vor dem Eintritt in das Wanderbett oder direkt dem Wanderbett beigemischt wird. Die Beschichtungsqualität wird jedoch weder kontrolliert noch geregelt. Das Wanderbett bildende Material enthält vielmehr neben beschichtetem Trägermaterial auch nur teilweise oder nicht beschichtetes Trägermaterial sowie nicht verbrauchtes pulverförmiges Beschichtungsmaterial. Diese Materialmischung wird am unteren Ende des Wanderbetts kontinuierlich oder diskontinuierlich abgezogen und einer Siebvorrichtung zugeführt. Der Übergang wird in das Wanderbett zurückgeführt. Der Siebdurchgang wird als Abfall abgezogen. Die abgezogene Menge wird durch neues Trägermaterial ergänzt. Die Siebung dient dabei der Entfernung von Staub und Kornbruch. - Bei diesem Verfahren besteht die Gefahr, dass ein Teil des eingebrachten Staubs nicht am Trägermaterial angelagert wird, sondern als Staub im Wanderbett verbleibt und vom zu reinigenden Gas ausgetragen wird, was eine nachgeordnete Staubabscheidung erforderlich macht. Sowohl dies als auch eine fehlende Neutralisation wirken sich nachteilig auf das Entfernen von Schadstoffen aus Abgasen aus.
- Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein einstufiges Verfahren zur Rauchgasreinigung zu schaffen, das eine zuverlässige Adsorption, Neutralisation und Entstaubung ermöglicht und auch bei kleineren Verbrennungsanlagen mit einer Rauchgaserzeugung bis zu 20000 m3/h wirtschaftlich arbeitet.
- Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.
- Dabei kommt ein einstufiges Reinigungsverfahren in Vorschlag, bei dem das Rauchgas durch ein Filterbett durchgesaugt wird, das durch eine Schüttung eines aus gleichzeitig Adsorptions- und Neutralisationsmittel enthaltenden Mischkörnern bestehenden Granulats gebildet wird und das quer zur Durchströmrichtung bewegt und auf einem endlosen Weg zirkuliert wird, wobei ein korngrößenunabhängiger Teil des vom Filterbett kommenden Granulats als Abfall ausgeschleust und durch unverbrauchtes Granulat ersetzt wird.
- Diese Maßnahmen ergeben eine einstufige und damit sehr einfache Rauchgasreinigung. Dennoch werden drei wichtige Gruppen von Verunreinigungen zuverlässig beseitigt. Die das Filterbett bildende Granulatschüttung bewirkt eine Filterung und damit Entstaubung des durchgesaugten Rauchgases. Durch das Neutralisationsmittel, bei dem es sich zweckmäßig um kalkhaltiges Material, wie Kalkhydrat handeln kann, werden die sauren Bestandteile des Rauchgases neutralisiert. Die dabei entstehenden Salze sind fest und wasserunlöslich und können daher leicht entsorgt werden. Durch das Adsorptionsmittel, bei dem es sich zweckmäßig um ein kohlenstoffhaltiges Material, wie Aktivkohle oder Aktivkoks oder Herdofenkoks handeln kann, werden im Rauchgas enthaltene Schwermetalle und organische Bestandteile adsorbiert. Durch die Zirkulation des Granulats mit teilweiser Granulaterneuerung ergibt sich in vorteilhafter Weise eine kontinuierliche Betriebsweise, so dass Betriebsunterbrechungen der zugeordneten Verbrennungsanlage vermieden werden, was sich vorteilhaft auf die Wirtschaftlichkeit auswirkt sowie die Anzahl der An- und Abfahrvorgänge verringert.
- Sofern gleichzeitig auch eine Entstickung des Abgases gewünscht wird, kann diese einfach dadurch erreicht werden, dass dem Rauchgas bereits bei der Nachverbrennung in der Verbrennungsanlage Ammoniak und/oder ammoniakhaltige Verbindungen beigegeben werden. Auf diese Weise wird eine katalytische Entstickung entbehrlich, was sich vorteilhaft auf den erforderlichen gerätetechnischen Aufwand auswirkt.
- Zweckmäßig kann das vom Filterbett kommende Granulat gesiebt werden. Hierdurch werden Staub und Kornbruch ausgeschieden. Es ist daher sichergestellt, dass der Strömungswiderstand des Filterbetts in vorgegebenen Grenzen bleibt und das Rauchgas zuverlässig entstaubt wird und keinen Staub mitreißen kann.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar. Diese enthält eine schematische Darstellung einer kleineren Verbrennungsanlage mit erfindungsgemäßer Abgasreinigungsvorrichtung.
- Anwendungsgebiet der Erfindung sind kleinere Verbrennungsanlagen mit einem Rauchgasanfall bis zu 20000 m3/h, wie sie beispielsweise für dezentrale Kleinkraftwerke Verwendung finden können. Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungsweise derartiger Anlagen sind an sich bekannt und bedürfen daher im vorliegenden Zusammenhang keiner näheren Erläuterung mehr.
- Die in der Zeichnung dargestellte, als ganzes mit
1 bezeichnete Verbrennungsanlage besitzt einen mit einem Eingabetrichter2 und einer Belüftungseinrichtung3 versehenen Brennraum4 . Oberhalb des Brennraums4 befindet sich eine Nachverbrennungszone5 , in welcher die bei der Verbrennung freigesetzten Gase verbrannt werden. In diesem Bereich wird erfahrungsgemäß eine Temperatur von ca. 800°C–900°C erreicht. An die Nachverbrennungszone5 schließen sich zwei Wärmetauschzonen6 an, in denen dem sie durchströmenden Rauchgas Wärme entzogen wird. Der Ausgang der in Strömungsrichtung vorderen Wärmetauschzone6 ist über eine Rauchgasleitung7 mit einem Kamin8 verbunden. - Zur Erzielung einer Entstickung der Rauchgase wird die Nachbrennungszone
5 mit Ammoniak (NH3) oder ammoniakhaltigen Verbindungen, z. B. Harnstoff, beaufschlagt. Hierzu sind in der Nachbrennzone5 mit Sprühdüsen versehene Lanzen9 angeordnet, die über eine Versorgungsleitung10 mit dem geeigneten Mittel beaufschlagbar sind. Zur weiteren Reinigung der Rauchgase ist im Bereich der Rauchgasleitung7 eine Reinigungsvorrichtung angeordnet, die eine Entstaubung des Rauchgases sowie eine Neutralisation der sauren Bestandteile des Rauchgases und eine Adsorption von Schwermetallen und organischen Stoffen ermöglicht. - Die genannte Reinigungsvorrichtung enthält einen einem in der Rauchgasleitung
7 angeordneten Ventilator11 vorgeordneten, mit stehender Achse angeordneten Ringstromreaktor12 . Dieser besitzt ein Zentralrohr13 , das an seinem unteren Ende in eine Spitze14 ausläuft und am oberen Ende über einen Krümmer15 an den zur Saugseite des Ventilators11 führenden Abschnitt der Rauchgasleitung7 angeschlossen ist. Unterhalb des Krümmers15 ist das Zentralrohr13 so perforiert, dass es für die Rauchgase durchlässig ist. Das Zentralrohr13 wird von einem hiervon distanzierten Mantelrohr16 umfasst, das zusammen mit dem Zentralrohr13 einen Ringraum17 begrenzt. Um das Mantelrohr16 ist eine von diesem durchgriffene Verteilerkammer18 herumgelegt, in die der von der Verbrennungsanlage1 kommende Abschnitt der Rauchgasleitung7 einmündet. Innerhalb der Verteilerkammer18 ist das Mantelrohr16 so perforiert, dass es für die Rauchgase durchlässig ist. Aufgrund der Perforationen des Zentralrohrs13 und des Mantelrohrs16 kann das in die Verteilerkammer18 eingespeiste Rauchgas unter Durchquerung des Ringraums17 von der Verteilerkammer18 zum Zentralrohr13 abströmen, wobei der Ventilator11 für das erforderliche Druckgefälle sorgt. - Das Mantelrohr
16 ist unterhalb der Verteilerkammer18 mit einem Auslauftrichter19 versehen, in den die untere Spitze14 des Zentralrohrs13 hineinragt, so dass sich der Ringraum17 auch in den Trichterbereich fortsetzt. An das untere Ende des Auslauftrichters19 ist ein Auslassstutzen20 angesetzt, der einen unteren Ausgang des Ringraums17 bildet. Diesem ist eine Dossiereinrichtung zugeordnet, die hier durch ein mittels eines Motors21 antreibbares Zellrad22 gebildet wird. Der Ringraum17 ist oben zur Bildung eines Eingangs offen. - Im Ringraum
17 befindet sich eine Granulat-Schüttung deren Körner Adsorptions- und Neutralisationsmittel enthalten. Als Adsorptionsmittel findet kohlenstoffhaltiges Material, wie Aktivkohle oder Aktivkoks Verwendung. Es liegt also ein sogenanntes C-Adsorbens vor. Als Neutralisationsmittel findet zweckmäßig kalkhaltiges Material, beispielsweise Kalkhydrat, Verwendung. Es wäre aber auch denkbar, ein natriumhaltiges Neutralisationsmittel, beispielsweise Natriumhydroxid zu verwenden. Das Granulat kann dem Adsorptionsmittel und dem Neutralisationsmittel jeweils zugeordnete Körner aufweisen. Zweckmäßig sind die Adsorptions- und Neutralisationsmittel jedoch in jeweils demselben Korn fixiert. Der Anteil des Adsorptionsmittels beträgt dabei abhängig vom verwendeten Brennmaterial 10–40%. Der Rest besteht aus Neutralisationsmittel. Die Korngröße der Granlulatkörner entspricht einem Korndurchmesser von 2–6 mm, vorzugsweise 3,2 mm. - Die im Ringraum
17 enthaltene Granulatschüttung bildet ein vom Rauchgas durchströmtes Filterbett, das eine Entstaubung des Rauchgases, Neutralisation der sauren Bestandteile des Rauchgases und Adsorption von adsorbierbaren Stoffen, wie Schwermetallen und organischen Substanzen bewirkt, so dass das über das Zentralrohr13 abströmende Rauchgas einen vergleichsweise großen Reinheitsgrad aufweist. - Die im Ringraum
17 enthaltene Granulatschüttung wird kontinuierlich zirkuliert und teilweise erneuert. Hierzu ist der durch den Auslassstutzen20 gebildete, untere Ausgang des Ringraums17 mit seinem oberen Eingang23 verbunden. Zur Bildung des Eingangs23 ist das Mantelrohr16 am oberen Ende offen, so dass die Schüttung über einen vergleichsweise großen Querschnitt eingeworfen werden kann, wie durch einen Pfeil angedeutet ist. Zur Rückführung des über den Auslassstutzen20 ausgeworfenen Granulats zum oberen Ringraum-Eingang23 ist eine als Ganzes mit24 bezeichnete Granulatrückführeinrichtung vorgesehen. Diese enthält mehrere, aneinander anschließende Organe, im dargestellten Beispiel in Form einer den Auslassstutzen20 untergreifenden Siebeinrichtung25 , einer hieran anschließenden Ausschleusseinrichtung26 und eines hieran anschließenden, zum Eingang23 zurückführenden Elevators27 . - Das von dem dem Auslassstutzen
20 zugeordneten Zellrad22 aus dem Ringraum17 entnommene Granulat wird auf die Siebeinrichtung25 abgeworfen, wie durch einen Pfeil angedeutet ist. Die Siebeinrichtung25 ist zweckmäßig als Schwingsieb ausgebildet, das siebt und transportiert. Die Maschenweite des Sieborgans ist dabei so bemessen, dass Staub und Kornbruch abgesiebt werden. Dieser Abfall wird über einen ersten Abfallausgang27 der Granulatrückführeinrichtung24 abgeführt und zweckmäßig in einem Auffangbehälter28 gesammelt. - Der aus gutem Granulat bestehende Übergang der Siebeinrichtung
25 gelangt zur Ausschleusseinrichtung26 . Diese dient zur Ausschleussung einer vorgegebenen Teilmenge des ankommenden Granulats. Diese ausgeschleusste Teilmenge wird über einen zweiten Abfallausgang29 der Granulatrückführeinrichtung24 abgeführt und zweckmäßig ebenfalls in den Auffangbehälter28 eingebracht. Dem der Ausschleusseinrichtung26 zugeordneten Abfallausgang29 ist zur Bewerkstelligung der gewünschten Mengenteilung eine Dosiereinrichtung, hier in Form eines mittels eines Motors30 antreibbaren Zellrads31 zugeordnet. Die nicht ausgeschleusste Teilmenge des Granulats wird über den Granulatausgang32 der Ausschleusseinrichtung26 dem Elevator27 zugeführt. - Die als Abfall hier über die Abfallausgänge
27 und29 abgehende Teilmenge des zirkulierenden Granulats wird durch frisches Granulat ersetzt. Hierzu ist ein frisches Granulat enthaltender, beispielsweise als Bunker ausgebildeter Granulatspeicher33 vorgesehen, dessen Ausgang durch eine hier als mittels eines Motors34 antreibbares Zellrad35 ausgebildete Dossiereinrichtung beherrscht wird, durch die eine zum Elevator27 führende Einspeisleitung36 mit frischem Granulat beaufschlagbar ist. Die Einspeisleitung36 bildet praktisch einen Frischmaterialeingang der Granulatrückführeinrichtung24 . Sofern keine Siebeinrichtung vorhanden ist, was in einfachen Fällen denkbar ist, entspricht die über die Einspeisleitung36 eingespeiste Menge der mittels der Ausschleusseinrichtung26 ausgeschleussten und über den Abfallausgang29 abgeführten Menge. Im dargestellten Beispiel mit der Ausschleusseinrichtung26 vorgeordneter Siebeinrichtung25 entspricht die über die Einspeisleitung36 zugeführte Menge dem über die beiden Abfallausgänge27 und29 abgeführten Abgang. - Der durch den Granulatausgang
32 der Ausschleusseinrichtung26 und die Einspeisleitung36 beaufschlagbare Elevator27 ist zweckmäßig als Becherwerk ausgebildet, das eine untere Aufgabestrecke, einen daran anschließenden, ansteigenden Ast und einen oberen, eine oberhalb der Öffnung23 des Ringraums17 positionierte Abwurfkante aufweisenden Ast aufweist. Der Elevator27 kann mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben werden. Die Zirkulationsgeschwindigkeit der im Ringraum17 enthaltenen Schüttung ergibt sich aus der Geschwindigkeit des dem Auslassstutzen20 zugeordneten Zellrads22 . Diese Geschwindigkeit wird so geregelt, dass ein vorgegebener Reinheitsgrad des Rauchgases eingehalten wird. - Hierzu ist eine Regelungseinrichtung
37 vorgesehen, der im dargestellten Beispiel ein über eine Signalleitung40 mit einem zugeordneten Eingang der Regelungseinrichtung verbundener Sensor38 zugeordnet ist. Der Sensor38 steht stellvertretend für eine Sensoranordnung mit mehreren Sensoren, die die gewünschten Messwerte erfassen, z. B. den Gas-Volumendurchsatz, und die Messwerte der Parameter nach17 Bundesemissionsschutzverordnung. Durch die Regelungseinrichtung37 ist, wie durch die Signalleitung42 angedeutet ist. der dem Zellrad22 zugeordnete Antriebsmotor21 entsprechend ansteuerbar. Hier liegt dementsprechend ein geschlossener Regelkreis vor. Zur Vermeidung langer Totzeiten kann eine Grundeinstellung der Geschwindigkeit des Zellrads22 in Abhängigkeit vom Gasvolumendurchsatz voreingestellt werden. Hiervon ausgehend erfolgt eine Nachregelung in Abhängigkeit von der festgestellten Schadstoffbelastung, d. h. hier der im Reingas noch vorhandenen Schadstoffbelastung. Diese soll vorgegebene Grenzwerte nicht überschreiten. - Die Dosiereinrichtung der Ausschleusseinrichtung
26 kann mittels der Regeleinrichtung37 einfach so angesteuert werden, dass immer die gewünschte Teilmenge ausgeschleusst wird. Die entsprechende Signalleitung ist mit43 bezeichnet. Bei gleichem Durchmesser der Zellräder22 und31 kann das Zellrad31 einfach mit einer dem gewünschten Prozentsatz entsprechenden, geringeren Geschwindigkeit angetrieben werden. - Die der Einspeisleitung
36 zugeordnete Dosiereinrichtung wird von der Steuereinrichtung über die Signalleitung44 so angesteuert, dass die eingespeiste Menge dem vorher abgesiebten bzw. ausgeschleussten Abgang entspricht. Bei gleichem Durchmesser der Zellräder31 und35 kann die Geschwindigkeit des Zellrads35 der Geschwindigkeit des Zellrads33 zzgl. eines dem abgesiebten Abgang zugeordneten, geschätzten Zuschlags entsprechen. Im dargestellten Beispiel wird der abgesiebte und ausgeschleusste Abgang gravimetrisch erfasst und zur Steuerung der Geschwindigkeit des der Einspeisleitung36 zugeordneten Zellrads35 verwendet. Hierzu ist im dargestellten Beispiel eine dem Auffangbehälter28 zugeordnete Waage39 vorgesehen, deren Signalausgang über eine Signalleitung41 mit einem zugeordneten Eingang der Regeleinrichtung37 verbunden ist, die abhängig von der gemessenen Gewichtszunahme den Motor34 des Zellrads35 ansteuert. - Die im Ringraum
17 enthaltene Granulatschüttung ergibt einen dem Rauchgas entgegenwirkenden Strömungswiderstand, der mit Hilfe des vom Ventilator11 erzeugten Saugzugs überwunden wird. Zur Erzielung möglichst konstanter Betriebsverhältnisse wird die Förderleistung des Ventilators11 in Abhängigkeit vom Differenzdruck des Rauchgases beim Eintritt in den Ringraum17 und beim Verlassen des Ringraums17 geregelt. Hierzu ist eine Regelungseinrichtung45 vorgesehen, die Ist Wert-Eingänge für im unteren Bereich des Ringraums17 und im oberen Bereich des Zentralrohrs13 angeordnete Drucksensoren46 ,47 aufweist, und über die der Ventilator11 bzw. der diesem zugeordnete Antriebsmotor in der gewünschten Weise ansteuerbar ist, wie durch die Signalleitung48 angedeutet ist. - Um beim Anfahren bzw. Abschalten der Reinigungseinrichtung Kondensatbildung und damit Verschleiß zu vermeiden, sind der untere Trichter
19 des Mantelrohrs16 und der Krümmer15 des Zentralrohrs13 zumindest mit einer Wärmeisolierung versehen. Im dargestellten Beispiel sind der Trichter19 und der Krümmer15 mit einer Heizeinrichtung49 ,50 versehen, die in Abhängigkeit von der am Trichter19 bzw. Krümmer jeweils gemessenen Temperatur ein- ausgeschaltet wird, wie durch die hierzu vorgesehenen Steuereinrichtungen51 ,52 angedeutet ist. Diese sind so eingestellt, dass geheizt wird, bevor der Taupunkt unterschritten wird. - Das Rauchgas erfährt, wie oben schon erwähnt wurde, im Bereich des durch die im Ringraum
17 vorhandene Granulatschüttung gebildeten Filterbetts eine dreifache Reinigung inform einer Entstaubung, Neutralisation der sauren Bestandteile und Adsorption der adsorbierbaren Stoffe, wie Schwermetalle und organischen Stoffe. Die Strömungsrichtung der durch das Filterbett durchgesaugten Rauchgase ist dabei schräg nach oben gerichtet, wie durch die Pfeile53 angedeutet ist. Im oberen Bereich liegt infolge der größeren Länge, welche die Rauchgase innerhalb der Granulatschüttung zurückgelegt haben, die größte Reinheit vor. Andererseits befindet sich gerade im oberen Bereich des von oben befüllbaren Ringraums17 auch das am wenigstens verbrauchte und daher am meisten adsorptions- und neutralisationsfreudige Material. Hierdurch wird sichergestellt, dass auch im oberen Bereich, wo das Rauchgas bereits vergleichsweise rein ankommt, dem Rauchgas noch Reste von Verunreinigungen entzogen werden, so dass insgesamt ein besonders hoher Reinheitsgrad erreicht wird.
Claims (9)
- Verfahren zur einstufigen Reinigung des in kleineren Verbrennungsanlagen entstehenden Rauchgases, wobei das Rauchgas durch ein Filterbett durchgesaugt wird, das durch eine Schüttung eines aus gleichzeitig Adsorptions- und Neutralisationsmittel enthaltenden Mischkörnern bestehenden Granulats gebildet wird und das quer zur Durchströmrichtung bewegt und auf einem endlosen Weg zirkuliert wird, wobei ein korngrößenunabhängiger Teil des vom Filterbett kommenden Granulats als Abfall ausgeschleust und durch unverbrauchtes Granulat ersetzt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das vom Filterbett kommende Granulat gesiebt wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspeisung von frischem Granulat gravimetrisch gesteuert wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkulationsgeschwindigkeit des Granulats in Abhängigkeit vom Rauchgasdurchsatz und der Schadstoffbelastung des Rauchgases erfolgen.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Adsorptionsmittel ein C-Adsorbens ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Neutralisationsmittel kalkhaltiges Material ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Adsorptionsmittels an der das Filterbett bildenden Schüttung 10–40% beträgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Granulat Verwendung findet, dessen Korndurchmesser 2–6 mm, vorzugsweise 3,2 mm, beträgt.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rauchgas bei der Nachverbrennung in der Verbrennungsanlage ein Entstickungsmittel, vorzugsweise Ammoniak und/oder eine ammoniakhaltige Verbindung, beigegeben wird.
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