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thermische abfallbehandlung > Vorlesung 9 "Abgasreinigung" > Flashcards

Vorlesung 9 "Abgasreinigung" Flashcards

1
Q

Aus welchen Feststoffen/Partikeln und Gasen bestehen die Luftschadstoffe?

A

Feststoffe/Partikel:
- Staub
- Schwermetalle
- Teere, Ruß (nicht wichtig für MVA)

Gase (anorganisch)
- CO
- Sauergase: SO2, HCl, HF
- NOx
- Lachgas N2O
- Amióniak NH3
- Schwermetalle
- Ozon und CO2 (Nicht relevant für MVA)

Gase (organisch)
- Methan und FCKW, AOX (nicht relevant für MVA)
- Flüchtige KW
- PCDD/S, PAK, BTX

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Q

Welche Bedeutung haben CA und C_ges im Abgas?

A

Voehandensein im Rohgas weist auf unvollständige Verbrennung hin (gilt auch für organische Kohlenstoffverbindungen C_org.)

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3
Q

Wodurch kann der Gehalt an CO und C_ges beeinflusst werden?

A

Maßgebliche Beeinflussung durch Prozessbedingungen (3-T-Regel)
- Verbrennungstemperatur (Temperature)
- Durchmischung (Turbulence)
- Verweilzeit (Time)

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4
Q

Was sind Ursachen für die CO-Bildung?

A
  • Sauerstoffmangel
  • Kalte Verbrennung durch Sauerstoffüberschuss
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5
Q

Welche sekundären Minderungsmaßnahmen sind für die Abgasreinigung relevant?

A

Abscheidung von Partikeln:
- Massenkraftabschneider:
- Zyklone
- Nassabschneider
- Filternde Abscheider:
- Abreinigungsfilter
- Elektrofilter

Abscheidung von Gasen und Dämpfen
- Kondensationsverfahren
- Adsorption
- Absorption
-Reduktionsverfahren:
- Trockenverfahren

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6
Q

Woraus besteht Staub?

A

Anorganische Partikel
- Metalloxide (z.B. Al2O3, Fe2O3, MnO)
- Carbonate (CaCO3, Na2CO3)
- Kondensierte Schwermetalle
- Chloride und Sulfate

Kohlenstoffhaltige Produkte aus unvollständiger Verbrennung
- partikulärer Kohlenstoffe (Ruß)
- organische Schadstoffe (PAK, Teere)

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7
Q

Wodurch wird der Staubgehalt im Rohgas beeinflusst?

A
  • Aschegehalt und Aschekorngrößenverteilung des Brennstoffes
  • Feuerungssystem
  • Abgasgeschwindigkeit
  • Konstruktion Dampferzeuger (z.B. Vertikal-, Horizontalkessel)
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8
Q

In welchem Bereich liegt die Rohgasbeladung in Siedlungsabfallverbrennungsanlagen?

A

zwischen 1000 und 5000 mg/Kubikmeter (O2-Bezugswert 11%, Tagesmittel)

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9
Q

Worauf beruht das Trennprinzip aller Entstaubungsverfahren?

A

Trennprinzip aller Entstaubungsverfahren beruht auf Erzeugung einer Relativbewegung der Partikel gegenüber des Trägergases

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10
Q

Nenne vier Abscheideprinzipien und den jeweiligen Apparat dazu.

A
  • Zentrifugal- und Schwerkraft -> Zyklon
  • Filtrierung durch poröse Medien -> Gewebefilter
  • Elektrische Kräfte _ “Elektrofilter” bzw. korrekt: elektrostatischer Abscheider
  • Aufnahme ein einer Flüssigkeit -> Wäscher bzw. Nassabscheider
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11
Q

Was ist der Abscheidegrad und kann man diesen noch weiter unterscheiden?

A

-Abscheidegrad: Beschreibung der Effektivität und Wirkung eines Entstaubungssystems
- Unterscheidung zwischen Gesamt- und Fraktionsabscheidegrad

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12
Q

Welcher Abscheidemechanismus wird beim Nassabscheider verwendet?

A

Heterokoagulation
- Bezeichnet das Ein- und Anlagern von Partikeln an oder in Flüssigkeitstropfen
- Abscheidegrad hängt von der Größe der Phasengrenzfläche zwischen Abgas und Flüssigkeit ab -> Dispergierung der Waschflüssigkeit in möglichst feine Tropfen

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13
Q

Welche filternde Abscheider sind für die MVA elevant?

A

Abreinigungsfilter
- Schlauchfilter
- Taschenfilter

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14
Q

Was ist der Unterschied zwischen der Oberflächen- und Tiefenfiltration?

A

Oberflächenfiltration:
- für grobe Partikel (Ablagerung nur an der Oberfläche des Filters)

Tiefenfiltration:
- für feine Partikel (Ablagerung auch im Filter)

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15
Q

Wie funktioniert die Oberflächenfiltration?

A
  • Siebeffekt (Abscheidung von Partikeln, die größer sind als Porendurchmesser)
  • Kuchenfiltration (Aufbau eines Filterkuchens auf der Filteroberfläche durch bereits abgeschiedene Partikel)
  • Sperreffekt (Abscheidung bei Berührung des Fasern durch Van-der-Waals-Kräfte)
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16
Q

Durch welche Einflussgrößen werden Partikel in einem Filter eingefangen?

A
  • Trägheit (d > 1 Mikrometer)
  • Elektrostatik (Aufladung von Partikeln und Fasern)
  • Diffusion (d < 0,2 Mikrometer)
  • Sieb- und Sperreffekte
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17
Q

Welche Eigenschaften haben Gewebe mit hoher Fadendichte?

A
  • guter Abscheidegrad
  • niedrige Filterflächenbelastung (30 bis 60 Kubikmeter pro Quadratmeter und Stunde)
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18
Q

Welche Eigenschaften haben Filze und Nadelfilze?

A
  • hohe Porosität
  • hohe Filterflächenbelastung (100 bis 200 Kubikmeter pro Quadratmeter und Stunde)
  • hoher Abscheidegrad bereits in Anfangsphase
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19
Q

Was ist das Precoating?

A
  • Auftragung einer speziellen Schutzschicht vor Schädigung durch chemisch aggressive Substanzen im Abgas und Filterstaub
  • Vorheizen der Filteranlage mit Heißluft vom Lufterhitzer aus der in Betrieb befindlichen, benachbarten Kessellinie (Temp. ca. 70 °C)
  • Verwendung von Ca(OH)2 als Precoating-Substanz
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20
Q

Welche Arten der Abreinigung der Filter gibt es?

A
  • Rütteln
  • Vibrieren
  • Spülluft
  • Kombination Spülluft mit mechanischer Abreinigung
  • Druckluftstoß
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21
Q

Wie verhält sich der Druckverlust im Filter in Abhängigkeit der Zeit?

A

Druckverlust nimmt zu und stagniert nach einer gewissen Zeit bei einem konstanten Druckverlustniveau. Bei schlechtem Filtermaterial nimmt der Druckverlust im Laufe der Zeit zu.

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22
Q

Wie funktioniert der Ionisationsvorgang (Elektrofilter)?

A

Sprühdraht (Ionisator) emittiert Elektronen. Elektronen treffen auf neutrales Gasmolekül und ionisieren es dadurch. Ionisierte Gasmoleküle treffen auf Schmutzpartikel. Das nun aufgeladene Schmutzpartikel wandert nun über Feldlinien zur Niederschlagselektrode (Kollektor).

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23
Q

Definiere die Begriffe Sorption, Desorption, Adsorption, Absorption, Physisorption, Chemisorption.

A
  • Sorption: (Oberbegriff) Gleichgewichtsprozess zwischen Aufnahme und Abgabe eines Stoffes
  • Adsorption: Anreicherung eines Stoffes an der Grenzfläche zwischen zwei Phasen: Flüssigkeit oder Gas auf Feststoffoberfläche
  • Absorption: Anreicherung eines Stoffes innerhalb einer Phase
  • Physiosorption: Physikalische Sorptionsprozesse ohne Stoffumwandlung
  • Chemisorption: Sorptionsprozesse mit chemischer Reaktion
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24
Q

Warum ist eine Differenzierung zwischen Ad- und Absorptionsprozessen bei Abgasreinigungsverfahren nicht möglich?

A

Bei Abgasreinigungsverfahren laufen Ad- und Absorptionsprozesse sowie chemische Reaktion parallel on einem Apparat ab, sodass eine Differenzierung nicht mehr möglich ist

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25
Q

Definiere die Begriffe Adsorptiv, Adsorbens, Adsorpt, Adsorbat.

A
  • Adsorptiv: zu adsorbierender Stoff
  • Adsorbens: adsorbierender Stoff (Adsorptionsmittel)
  • Adsorpt: Adsorptiv im adsorbierten Zustand
  • Adsorbat: Gesamtsystem aus Adsorbens und Adsorpt
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26
Q

Wovon ist die adsorbierbare Stoffmenge abhängig?

A
  • spezifischer Oberfläche des Adsorptionsmittels
  • Oberflächenstruktur (Körnung, Porenvolumen und Porenverteilung)
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27
Q

Was ist bei der Porengröße des Adsorbens zu beachten?

A
  • Porenradien müssen größer als die mittlere freie Weglänge der zu adsorbierenden Moleküle sein (molekulare Diffusion durch Brownsche Molekularbewegung)
  • bei zu kleinen Poren kommt es zu Kollisionen von Molekülen und Porenwand
  • bei zu großen Poren desobieren die Moleküle und wandern wieder zur Oberfläche
28
Q

Welche Porengrößen gibt es?

A
  • Submikroporen: d < 0,4 nm (0 4 Angström)
  • Mikroporen 0,4 nm < d 2 nm
  • Mesoporen: 2 nm < d < 50 nm
  • Makroporen: d > 50 nm
29
Q

Nenne die Teilvorgänge der Absorption.

A
  • Konvektion der Schadgasmoleküle aus der Gasphase zur Gasgrenzschicht
  • Diffusion der Moleküle durch die Gasgrenzschicht bis zu Phasengrenzschicht
  • Übergang der Moleküle in die Waschflüssigkeitsgrenzschicht
  • Diffusion oder Konvektion der Moleküle aus der Waschflüssigkeitsgrenzschicht
  • Diffusion oder Konvektion der Moleküle aus der Waschflüssigkeitsgrenzschicht in das Innere der Waschflüssigkeit
  • Ggf. chemsiche Reaktion der Waschflüssigkeit
30
Q

Welche Sauergasabscheidungen gibt es?

A

Trockene Abgasrenigung
- Natriumbicarbonat Prozess
- Injektion von trockenem Kalk [in Feuerung/Kessel]

Konditionierte trockener Abgasreinigung
- Sprühsorption mit Kalkmilch
- Zusatz von Trockensorbenzien
- Rekurpative Gaskühlung
- Trockensorption mit sep. Wasserzugabe

Nasse Abgasreinigung
- 1. Saure Stufe pH = 1 8HCl, HF Absorption]
- 2. Neutrale Stuhe pH 5-6 [SO2 Absorption]

31
Q

Was wird beim Trocken-Additiv-Verfahren verwendet?

A

Zugabe calciumbasierter Sorptionsmittel in die Feuerung

32
Q

Was bewirken CO2- und H2O-Ausgasung bei der Na2CO3-Bildung?

A

CO2- und HO-Ausgasung bei der NaCO3-Bildung führt zur Porenbildung und vergrößert die Reaktionsoberfläche

33
Q

Welche Temperatur ist für die Trockensorption mit Natriumhydrogencarbonat erforderlich?

A

> 180 °C

34
Q

Wie ist das Stöchiometricshes Verhältnis von Natriumhydrogencarbonat?

A

1,1 -1,4

35
Q

Was sind die Vorteile der Trockensorption durch Natriumhydrogencarbonat?

A
  • keine Nebenreaktion, z.B. mit CO2
  • keine Konditionierung (Feuchteeinstellung) erforderlich
  • geringe Reststoffmenge (Ausgasung CO2 und H2O)
36
Q

Was sind die Nachteile der Trockensorption durch Natriumhydrogencarbonat?

A
  • Doppelte Adsorbensmenge im Vergleich zu Kalkprodukten (Na ein-, Ca zweiwertig)
  • teurer als Kalkprodukte
37
Q

Wie funktioniert die konditionierte Trockensorption im Ca(OH)2 und welche Stoffe werden ausgeschieden und wo liegt die optimale Feuchte?

A
  • Eindüsung von trockenen, pulverisierten Adsorbentien in den wasserkonditionierten Rauchgasstrom vor dem Gewebefilter
  • Kombitionierte Abscheidung von
    • sauren Bestandteilen: SO2, HCl, HF, …
    • organischen Bestandteilen: PCDD/F, PCB, PAK
    • und Schwermetallen
  • optimale Feuchte: 6%
38
Q

Wie funktioniert die Sprühabsorption (Kalkmilchverdüsung)?

A
  • Reaktionen: entsprechend der konditionierten Trockensorption
39
Q

Was ist das Quasitrockene Verfahren?

A

Sprühabsorption
- die erforderliche Stoffaustauschfläche verringert sich infolge der tropfenförmigen Agglomerate, die bei der Verdampfung der Kalkmilch entstehen
- höhere Stöchimetrien ( > ,3) als bei der konditionierten Trockensorption (< 2)

40
Q

Welche Stufen gibt es bei der Nasswäsche?

A
  1. Wäscherstufe
    - sauer, pH-Wert 1
    - Abscheidung von HCl. HF, HgCl2
  2. Wäscherstufe
    - neutral, Neutralisation mit Kalkmilch
    - Abscheidung SO2
  • Beide Wäscherstufen in einer Kolonne
41
Q

Was macht die 1. Wäscherstufe?

A
  • HCl und HF werden bei Kontakt mit den zerstäubten Waschwassertropfen absorbiert
  • Quecksilber als HgCl2, Hg2Cl2 und HgO ist im Nasswäscher gut absorbierbar, metallisches Quecksilber ist weder absorbierbar noch kondensierbar. Bei Feuertemperaturen > 850 °C und VOrleigen von Cl- im Rauchgas liegt Quecksilber größtenteils als HgCl2 vor
42
Q

Warum braucht man bei der Nasswäsche 2 Stufen?

A

Abscheidung von SO2 in saurem MEdium durch HCl und HF ist unzureichend, daher apparative Trennung in 2 Stufen

43
Q

Was muss vor der zweiten Wäscherstufe passieren?

A

Abtrennung der im Abgas mitgeführten Tropfen durch Tropfenabscheider vor Einleitung in die zweite Stufe

44
Q

Was passiert mit HgCl2, wenn es mit SO2 in Kontakt kommt?

A

HgCl2 kann im Wäscher mit SO2 reduziert und anschließend disproportioniert werden. Das bei der Disproportionierung gebildete metallische Quecksilber würde bei Zerstäubung im Rauchgasstrom verdampfen

45
Q

Welche Gegenmaßnahmen werden getroffen, um metallisches Quecksilber zu vermeiden?

A
  • niedriger pH Wert im ersten Wäscher (damit wird die Absorption von SO2 unterdrückt)
  • ständige Ausschleusung des abgeschiedenen Quecksilbers in die Abwasserreinigung (bei kleinerer Konzentration weniger Diproportionierung)
46
Q

Was passiert in der zweiten Wäscherstufe?

A

SO2 wird vom Umlaufwasser der zweiten Wäscherstufe absorbiert und liegt zunächst in Form von Hydrogensulfit vor, das teilweise zu Sulfit dissoziiert

47
Q

Wovon ist die SO2-Dissoziation im Wasser abhängig?

A

DO2-Dissoziation in Wasser ist abhängig vom pH-Wert

48
Q

Was ist das Produkt aus der Reaktion von Hydrogensulfit und Sauerstoff?

A

Sulfat

49
Q

Welche Neutralisationsmittel werden im zweiten Wäscher verwendet?

A
  • Kalksteinsuspension (CaCO3 (l))
  • Kalkmilch (Ca(OH)2 (l))
  • Natronlauge (NAOH (l))
50
Q

Was passiert in der Quenchstufe?

A
  • Kühlung auf 70 °C
  • Hauptabsorption von HCl und Hg-Salzen
51
Q

Was passiert im der neutralen/alkalischen Wäscher?

A
  • Abscheidung Aerosole und Feinstäube
  • SO2-Absorption
52
Q

Was passiert im Füllkörperwäscher?

A
  • Kühlung auf 60 °C
  • Absorption Rest-HCl und HF
  • KOndensation Schwermetalle zu Aerosolen
  • Option: pH-Wert-Anhebung zur SO2-Vorabschiebung
53
Q

Wie sehen nasse und trockene Verfahrne im Vergleich aus? Beziehe dich auf folgende Punkte:
- Sorbensverbrauch
- Preis der Additive
- Abscheidevermögen
- Abscheidung
- selektive Abscheidung
- Anzahl der Stufen im System
- Staubvorabscheidung
-PCDD/PCDF-Abscheidung

A

Nasse Verfahren
- geringer Sorbensverbrauch (Stöchiometrie ungefähr 1), dadurch geringe Reststoffmenge
- teure Additive
- großes Abscheidevermögen für HCl und SO2
- selektive Abscheidung (Produkte)
- mehrstufiges System
- größere Satub/Aerosol-Emissionen
- PCDD/PCDF-Abscheidung in Verbindung mit Füllkörperwäscher und HOK-Dosierung

Trockene Verfahren
- größerer Sorbensverbrauch (Stöchiometrie Ca(OH)2 1,6 bis > 2), dadurch größere Reststoffmenge
- günstigere ADditive (z.B. Ca8OH)2)
- gutes Abscheidevermögen
- keine selektive Abscheidung
- einstufiges System
- benötigt keine Staubvorabscheidung
- sehr gute Abscheidung für Schwermetalle und PCDD/PCDF an HOK

54
Q

Was sind physikalsiche Adsorptionsmittel und wofür werden sie eingesetzt?

A
  • poröse Feststoffe mit hoher spezifischer Oberfläche
  • Einsatz insbesondere zur Abscheidung von:
    • Organischen Schadstoffen
    • Flüchtigen Schwermetallverbindungen wie Quecksilber
55
Q

Wie können physikalsiche Adorptionsmittel unterschieden werden?

A

Kohlenstoffhaltige Adsoptionsmittel
- Aktivkohle
- Aktivkoks (z.B. Herdofenkoks (HOK) von Rheinbraun

Mineralische Adsoptionsmittel
- Zeolithe
- Bentonite
- Suevit (Trass), Bims

56
Q

Wovon hängt der Einsatz von Physikalischen Adsorptionsmitteln ab?

A

Einsatz je nach:
- Abgasreinigungskonzept (Nass, Quasitrocken oder Trockenverfahren)
- Temperaturniveau
- Emissionsgrenzwerten
- Wirtschaftlichkeit

57
Q

Wie unterscheiden sich Aktivkohle und HOK?

A

HOK: Hoher Anteil von Meso- und Makroporen (2-3 nm)
- verbesserte Abscheidung von Dioxinen und Furanen

Aktivkohle: Hoher Anteil Mikroporen (0,2 - 0,8 nm)
- verbesserte Abscheidung von Quecksilberverbindungen

58
Q

Was sind Zeolithe, Bentonite und Suevit (Trass)?

A

Zeolithe:
- Kristalline Silikatmineralstruktur

Bentonite:
- Mischung verschiedener Tonminerale
- Mikro- und Mesoporen

Suevit (Trass):
- Poröses Gestein (Vulkan oder Meteroiteneinschlag)

59
Q

Wie funktioniert das Flugstrom-Filterschicht-Verfahren?

A
  • Direktes Einblasen des Adsoptionsmittels in den Abgasstrom
  • Abscheidung des beladenen Adsorbats im Nachgeschalteten Gewebefilter
  • FLugstromreaktor unteschiedlicher Bauarten (einfachster Fall: Abgaskanal)
  • Bei trockenen und kontitioniert-trockenen Verfahren zur Sauergasabscheidung meist im gleichen Aggregat
60
Q

Was ist das Wanderbettverfahren?

A
  • Abgase durchströmen körnige Schüttung des Adsoptionsmittels
  • Meist einem Nassverfahren zu Sauergasabscheidung nachgeschaltet
  • Ausschleusung des beladenen Adsorbats durch Wanderbett
  • zusätzliche Abscheidung von Restemissionen an Chlor- und Fluorwasserstoff sowie Schwefel- und Stickoxiden
61
Q

Wovon ist der Brennstoff-NO abhängig?

A

Brennstoff-NO abhängig vom BS-N-Gehalt

62
Q

Was sind Primärmaßnahmen zur Reduktion von Stickoxiden in der Feuerung?

A
  • Redutktion Sauerstoffkonzentration in Hauptverbrennungszone
  • Temperaturkontrolle: Niveau, Verteilung, Spitzen
  • VWZ-Kontrolle
  • Gleichmäßige Verbrennung
63
Q

Was sind Sekundärmaßnahmen zu Reduktion von Stickoxiden in der Feuerung?

A
  • SNCR: Selektive nicht katalytische Reduktion (850 - 1050 °C)
  • SCR: Selektive katalytische Reaktion: (180 - 300 °C) mit Ammoniak oder Harnstoff als Reduktionsmittel
64
Q

Welche Einflussgrößen spielen bei der SNCR eine Rolle?

A
  • Reaktionsmittelbedarf (NH3, Harnstoff) und -menge
  • NOx-Konzentration
  • Konzentrationen weitere Abgasbestandteile (z.B. O2)
  • Temperatur
  • VWZ
  • Vermischung
65
Q

Welche Rolle spielt der Temperatureinfluss bei der SNCR?

A
  • bei höheren Temperaturen Reaktion von NH3 und O2 zu H2O und NO
  • bei zu niedrigen Temperaturen höherer Schlupf
66
Q

Welche Optimierungsmaßnahmen gibt es bei der SNCR?

A

Optimale Bestimmung von:
- Menge und Art des Trägermediums
- Eindüsebenen und -bereiche
- Durchmischung der Reduktionsmittel mit dem Abgas
- Vorliegende Temperaturverhältnisse

67
Q

Welche Schaltungen gibt es bei den SCR-Anlagen?

A
  • High Dust SCR: kaum Anlagen, Pilotcharakter
  • Low Dust SCR: wemige Anlagen realisiert
  • Tail End SCR: Stand der Technik

thermische abfallbehandlung (18 decks)

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