DE3004003B1 - Verfahren zur Gewinnung von Rohoel aus OElsanden - Google Patents
Verfahren zur Gewinnung von Rohoel aus OElsandenInfo
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Description
Die Abnahme der Weltvorräte an Erdöl und der steigende Bedarf an Energie für die Versorgung der
zunehmenden Weltbevölkerung erfordern die Erweiterung dieser Rohstoffbasis durch Verbesserung der
Gewinnungstechnologie. Bekanntlich gehören zu den Kohlenwasserstoff-Quellen neben dem Erdöl, das aus
untertätigen Lagerstätten gewonnen wird, noch die Rohöle, die in ölsanden in über- oder untertägiger
Lagerung, beispielsweise in Canada und Venezuela, enthalten sind und gewonnen werden.
Derartige ölsande enthalten als Hauptbestandteile Sand und Tone im Gemenge mit hochviskosen Rohölen
und Bitumen. Aus den von Übertage erreichbaren Lagerstätten werden nach Abnehmen des Abraumes die
ölsande abgebaggert und in großen Separationstanks mit Heißwasser behandelt. Dabei tritt ein Aufschäumen
des Rohöls ein, während die in dem Gemisch enthaltenen Feststoffe sich im Wege der Schweretrennung
am Boden des Tanks sammeln. Das aus den Separationstanks abgezogene Rohöl wird durch Destillation
in leichte und schwere Fraktionen getrennt. Die leichte Fraktion muß meist durch Hydrieren mit
Wasserstoff angereichert werden, um aus dieser Rohölfraktion ein dem Erdöl ähnliches Produkt zu
erhalten.
Bei dieser Arbeitsweise gelingt die Abtrennung des Rohöls und insbesondere dessen bituminösen Bestandteile
von den Tonen nicht vollständig, so daß der von dem aufgeschäumten Rohöl abgetrennte Feststoffanteil
ein sandhaltiger Ton-Öl-Bitumen-Schlick ist, der bisher in Becken abgelagert wird. Zur Verbesserung der
Trennwirkung bei der Behandlung von Ölsanden mit Heißwasser einer Temperatur von 80° C können dem
Wasser Alkalien zugesetzt werden. Dadurch werden die hydrophoben Reaktionen zwischen den Bestandteilen
des Bitumens und dem Ton reduziert. Die Alkalien bilden vielmehr mit den in dem Bitumen enthaltenen
Säuren oberflächenaktive Salze, die die Trennung des Bitumens von den Feststoffen des ölsands erleichtern.
Allerdings scheint dieselbe Art von Verbindungen zur Bildung von reaktionsaktiven Tonschlämmen beizutragen.
Es sind daher bei der Heißwasserbehandlung von Teersanden auch organische Lösungsmittel, wie beispielsweise
Benzin oder Kerosin, mit eingesetzt worden, um die Viskosität des Bitumens damit zu vermindern.
Schließlich ist empfohlen worden, oberflächenaktive Substanzen, wie Seifen oder nichtionogene Netzmittel
zusammen mit Alkalien oder allein dem Heißwasser zuzusetzen.
Für die Erschließung von im Tagebau nicht
zugänglichen ölsandlagerstätten ist es aus »Oil Sands«
(1977), Seiten 584 bis 592, weiter bekannt, Dampf in die Lagerstätte so lange einzupressen, bis das hochviskose
Rohöl geringer Mobilität durch Erwärmung in ein
Rohöl von niedrigerer Viskosität und guter Fließfähigkeit übergeführt worden ist. Hierzu wird in die
betreffende Lagerstätte über Injektionsbohrungen Heißwasser mit Temperaturen von 150 bis 2600C oder
Wasserdampf mit Temperaturen bis 315° C eingepreßt.
Die Rohölgewinnung durch Erwärmen der Ölsand-Lagerstätte kann im Wege der sogenannten cyclischen
Dampfstimulation dergestalt erfolgen, daß über eine Bohrung für einen bestimmten Zeitraum von beispielsweise
einem Monat Dampf in die ölsandlagerstätte eingepreßt wird. Anschließend wird aus der gleichen
Bohrung so lange gefördert, bis die ÖIsand-Lagerstätte in Umgebung der Bohrung sich soweit abgekühlt hat,
daß das Rohöl nicht mehr fließt. Diese Verfahrensweise kann im Wechsel so lange wiederholt werden, bis aus
der ÖIsand-Lagerstätte kein Rohöl mehr gewonnen werden kann.
Nach einem anderen bekannten Verfahren kann die Förderung des durch eingepreßten Dampf erwärmten
Rohöls aus den untertägigen Ölsand-Lagerstätten auch durch Förderbohrungen erfolgen, die zusätzlich zu der
Injektionsbohrung in diese ÖIsand-Lagerstätte niedergebracht worden sind. Hierbei hat es sich bewährt,
zunächst untertägige Kluftverbindungen zwischen der Injektionsbohrung und der bzw. den Förderbohrungen
durch einen vorangehenden hydraulischen Frac oder durch Einleiten von Dampf unter so hohem Druck, daß
dieser das Entstehen von Klüften bewirkt. Im letzteren Fall können zusammen mit dem Dampf auch Natronlauge
und grenzflächenaktive Substanzen in die ÖIsand-Lagerstätte eingepreßt werden, um das Rohöl in dem
Dampfkondensat zu emulgieren und damit fließfähiger zu machen. Die Entölung der Lagerstätten ist nach
diesem Verfahren aber immer noch unbefriedigend.
In einer Veröffentlichung des Canadian Institute of Mining and Metallurgy (CIM) in »CIM Special Vol.« 17
(1977), Seiten 705 bis 710, wird über eine wissenschaftliche Untersuchung der Bitumen-Extraktion aus sogenannten
Teersanden mit Hilfe von mikrobiologischen oberflächenaktiven Mitteln berichtet. Als Ergebnis
dieser Untersuchungen wird festgestellt, daß die oberflächenaktiven Substanzen, die von einem Mikroorganismus
der Art des Corynebacteriums erzeugt worden sind, im Hinblick auf die Abtrennung des
Bitumens von Sand und Ton, auf die Flotation des abgetrennten Bitumens sowie auf die Reinheit des als
Rückstand verbleibenden Sands, sehr wirkungsvoll sind. Als Maß für die Wirkung ist dabei die Konzentration
des Bitumens in dem Rückstand enthaltenen Klümpchen aus Bitumen und Sand angesehen worden. Je höher die
Konzentration des Bitumens in diesen Klümpchen ist, um so mehr Sand ist in reiner Form daraus
ausgewaschen worden. Wenn bei Heißwasserbehandlung ohne Netzmittelzusatz die Bitumenkonzentration
12 Gew.-% beträgt, so steigt sie bei Zusatz von 0,01 Gew.-% einer Kulturbrühe des Corynebakteriums in
ϊ Kerosin auf 30,7 Gew.-%, während andere synthetische
oberflächenaktive Mittel in einer Konzentration von 0,02 Gew.-% nur eine Steigerung der Bitumenkonzentration
von 28,3 Gew.-% bewirken. Von der in der Kulturbrühe des Corynebakteriums enthaltenen ober-
ic flächenaktiven Substanz ist lediglich bekannt, daß es ein
Lipid ist. Die verunreinigte oberflächenaktive Substanz vermindert in einer Konzentration von 150 mg/1 die
Oberflächenspannung des Wassers von 72,05 dyn/cm auf nur 51,4 dyn/cm.
Die DE-OS 28 05 823 schlägt ein Verfahren zur Gewinnung von Erdöl durch Fluten von Erdöl-Lagerstätten
mit Dispersionen von nichtionogenen, grenzflächenaktiven Stoffen in Wasser vor. Nach diesem
Verfahren werden in der ersten Stufe Glykolipide bestimmter Strukturen mit Kohlenwasserstoff-verwertenden
Mikroorganismen unter aeroben Bedingungen erzeugt. Diese werden in der zweiten Stufe einen
Temperatur-, pH- oder osmotischen Schock von der Zellmasse abgetrennt und die wäßrige Phase mit den
darin dispergierten Glykolipiden direkt als Flutmittel verwendet oder dem Flutwasser zugesetzt oder durch
Extraktion von der Zellmasse abgetrennt und dem Flutwasser zugesetzt.
Von diesem Stand der Technik geht die Erfindung aus
JO und stellt sich die Aufgabe, diese Rohstoffbasis zu
erweitern und Glykolipide auch für die Gewinnung von »Rohöl« aus Ölsanden einzusetzen, wobei diese
»Rohöle« nicht mit dem rohen Erdöl aus Erdöllagerstätten identisch, sondern im Vergleich mit Erdölen viskoser
und ärmer an Wasserstoff sind.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Gewinnung von Rohöl aus ölsanden mittels Heißwasser
und Glykolipiden als nichtionogenen, grenzflächenaktiven Stoffen und Abtrennung des Rohöls aus den
erhaltenen Rohöl-Wasser-Feststoff-Gemischen. Danach wird Trehaloselipid in Form einer Dispersion in
Wasser oder einer Lösung in organischen und mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln dem Wasser einer
Temperatur von unter 9O0C zugemischt und dieses
Gemisch mit dem ölsand vermischt, worauf aus dieser Mischung das Rohöl-Wasser-Gemisch abgetrennt wird.
Die für die Durchführung des Verfahrens der
Erfindung einzusetzenden Trehaloselipide können nach dem Verfahren erzeugt werden, das in der DE-OS
28 05 823 beschrieben ist.
Für das Verfahren der Erfindung haben sich Trehaloselipide der allgemeinen Formel
HO
worin R ein Rest der allgemeinen Formel
O OH
— CH2-O —C —CH-CH-(CH2),,-CH3
CH2
(CH2),,,
CH3
CH3
mit /;; = 8 bis 10 und η = 18 bis 21 oder ein Rest der allgemeinen Formel
O OH
Il I
-CH2-O-C-CH — CH-(CH2),-CH = CH-(CH2),-CH3
CH2
(CH2),
CH3
CH3
mit .v = 8 bis 10 und ν = 7 bis 12
(Ia)
bewährt. Diese Trehaloselipide vermindern in einer Konzentration von 100 mg/1 die Oberflächenspannung
des Wassers auf 28 dyn/cm. Die Grenzflächenspannung eines solchen Trehaloselipid-Wasser-Gemisches gegen
Rohöl liegt zwischen 0,1 und 3,7 dyn/cm.
Bei Anwendung des Verfahrens der Erfindung zur Gewinnung von Rohöl aus ölsandlagerstätten, die nicht
im Tagebau erschlossen werden können, wird das Gemisch aus Trehaloselipid und Wasser (vorzugsweise
Heißwasser) über wenigstens eine Einpreßbohrung in die ölsande enthaltende untertätige Lagerstätte eingepreßt
und durch mindestens eine zur gleichen Lagerstätte führende Produktionsbohrung das Rohöl-Wasser-Gemisch
gefördert.
Hierbei kann es günstig sein, vorher in an sich bekannter Weise durch hydraulische Einwirkung eine
Kluftverbindung zwischen den Einpreßbohrungen und den Produktionsbohrungen herzustellen und gegebenenfalls
die Lagerstätte vorzuheizen.
Soll das Verfahren der Erfindung zur Gewinnung von Rohöl aus ölsanden übertägigen Abbaus eingesetzt
werden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das Gemisch aus ölsand, Trehaloselipid und Wasser, vorzugsweise
Heißwasser, zu einem dünnflüssigen Brei intensiv zu verrühren, aus dem beim anschließenden langsamen
Rühren oder Stehenlassen ein Rohöl-Wasser-Gemisch aufschäumt, das abgetrennt wird. Die sich hierbei
absetzenden und von der flüssigen Phase weitgehend abgetrennten Feststoffe, die aus Sand, Ton- und
Bitumenölklümpchen bestehen oder die daraus isolierten Bitumenölklümpchen werden dann vorteilhaft
nochmals mit einem Gemisch aus Trehaloselipid und Wasser versetzt und einige Zeit auf einer Temperatur
bis 900C gehalten, und danach wird das aufschwimmende
Rohöl-Wasser-Gemisch abgetrennt. In vielen Fällen hat es sich als günstig erwiesen, daß das nochmals mit
Trehaloselipid und Wasser angeteigte Feststoffgemisch mit einer weiteren Menge an Trehaloselipid-Wasser-Gemisch
verdünnt wird, bevor aus der entstandenen Mischung das Rohöl-Wasser-Gemisch abgetrennt wird.
Die Bitumenölklümpchen können aus den Feststoffrückständen vorteilhaft im Weg der Schweretrennung
oder Flotationstrennung aufgrund unterschiedlicher Dichte von Sand und Ton getrennt werden.
Nach Abtrennung des aufschwimmenden Rohöl-Wasser-Gemisches und des Feststoffanteils aus dem
dünnflüssigen Brei, der durch Verrühren des Gemisches aus Trehaloselipid und Wasser, vorzugsweise Heißwasser,
und dem ölsand bzw. dem bereits einmal extrahierten Rückstand entsteht, verbleibt eine wäßrige
Phase, die vorteilhaft, gegebenenfalls nach vorherigem Aufheizen, erneut zum Vermischen mit Trehaloselipid-Dispersion
bzw. -Lösung oder zur Behandlung einer weiteren Menge ölsand eingesetzt werden kann.
Für eine raschere Trennung des Rohöl-Wasser-Gemisches
in seine Komponenten kann es vorteilhaft sein, diesem Gemisch ölspalter zuzusetzen, die als solche und
hinsichtlich ihrer Wirkung bekannt sind.
Schließlich kann das Aufschäumen des Rohöls aus der Mischung des ölsandes mit dem Gemisch aus
Trehaloselipid und Wasser flotativ durch Einführen von Luft vorteilhaft beschleunigt werden.
Anstelle des aus der Mischung des ölsandes mit dem Gemisch aus Trehaloselipid und Wasser abgetrennten
Feststoffgemisches oder zusammen mit diesem kann für das gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform
des Verfahrens der Erfindung ein Schlamm aus Sand, Ton und Bitumenölklümpchen eingesetzt werden,
der bei der bekannten Heißwasserextraktion von bergmännisch gewonnenen ölsanden als bisher unverwertbarer
Rückstand anfällt und in Becken abgelagert werden muß.
Das erfindungsgemäß einzusetzende Trehaloselipid wird vorteilhaft in einer Menge von 0,1 bis 1,0 g/l in dem
Wasser dispergiert. Es kann auch eine entsprechende Menge an Kulturfiltrat aus der Erzeugung des
Trehaloselipids eingesetzt werden. Das Trehaloselipid kann auch in einem organischen Lösungsmittel, das
vorteilhaft mit Wasser mischbar ist, gelöst dem Wasser zugemischt werden. Für die Dispergierung des Trehalo-
selipids in dem Wasser muß das Gemisch aus diesen Komponenten intensiv durchmischt werden, was beispielsweise
durch Ultraschallbehandlung bewirkt werden kann. Dieses Trehaloselipid enthaltende Wasser
wird dann im Gewichtsverhältnis von 3 :2 mit Ölsand vermischt und vorteilhaft auf eine Temperatur von
unter 900C, vorzugsweise 65 bis 75° C, aufgeheizt.
Nachdem diese Mischung etwa 2 Stunden auf der durch Aufheizung eingestellten Temperatur gehalten worden
ist, wird die aufgeschwommene ölphase, die auch noch Wasser enthält, von der verbleibenden Restmischung
abgezogen und der weiteren Aufarbeitung zugeführt. Die in der verbleibenden wäßrigen Phase im Wege der
Schweretrennung unten abgesetzten Feststoffe werden ebenfalls von der wäßrigen Phase, so weitgehend wie is
technisch möglich, abgetrennt. Die wäßrige Phase wird dann entweder zur Bereitung des Trehaloselipid-Wasser-Gemisches
oder zur erfindungsgemäßen Behandlung einer weiteren ölsandmenge eingesetzt. Dem von
der wäßrigen Phase weitgehend befreiten Feststoffgemisch wird durch die vorstehend beschriebenen
Maßnahmen noch weiteres Rohöl entzogen. Das dabei als Rückstand verbleibende Sand-Ton-Bitumen-Gemisch
ist von Rohöl praktisch frei.
Nach dem Verfahren der Erfindung ist es möglich, eine praktisch vollständige Abtrennung des Rohöls aus
ölsanden zu erreichen, und zwar durch die Verwendung eines Tensids einschließlich des Bitumenanteils von
spezieller Struktur in nur geringer Konzentration, wobei die tensidhaltige wäßrige Phase mehrfach
recyclisiert werden kann.
Beispiel 1
(Vergleich)
(Vergleich)
10 Gew.-Teile eines tonhaltigen Ölsandes mit einem Jj Gehalt von 9,1 Gew.-% an bituminösem Rohöl werden
mit 15 Gew.-Teilen Wasser in einem Gefäß entsprechender Größe intensiv verrührt und dann unter
langsamem Rühren für die Dauer von 2 Stunden auf einer Temperatur von 75° C gehalten. Nach einer kurzen
Ruhezeit schwimmen auf der wäßrigen Phase 0,034 Gew.-Teile Rohöl auf, die abgezogen werden. Die
überwiegende Menge des Rohöls verbleibt in dem am Boden absitzenden tonhaltigen Ölsand.
Beispiel 2
(Vergleich)
(Vergleich)
10 Gew.-Teile eines tonhaltigen Ölsandes mit einem Gehalt von 9,1 Gew.-°/o an bituminösem Rohöl werden
mit 15 Gew.-Teilen einer wäßrigen Lösung oder Emulsion der in nachstehender Tabelle genannten
Tenside intensiv vermischt. Zur Lösung oder Emulgierung dieser Tenside in Wasser werden beide Komponenten
vermischt und diese Mischungen bei einer Temperatur von 2O0C für die Dauer von 5 min mit
Ultraschall behandelt.
Die intensive Mischung des Ölsandes mit der wäßrigen Tensidlösung bzw. Emulsion wird unter
langsamem Rühren 2 Stunden auf einer Temperatur von 75°C gehalten. Nach kurzzeitigem Ruhen schwimmen
auf der wäßrigen Phase die angegebenen Rohölmengen auf und werden abgezogen. Es verbleiben in jedem Fall
noch erhebliche Mengen Rohöl in dem zu Boden sinkenden tonhaltigen Sand.
40
4 j
| Versuch Tensid | Konzen | Freigesetztes |
| Nr. | tration des | Rohöl |
| Tensids in | ||
| H2O | ||
| mg/1 | Gew.-Teile |
Tensid 1
Tensid 2
Tensid 3
Tensid 3
Tensid 4
Tensid 4
Tensid 2
Tensid 3
Tensid 3
Tensid 4
Tensid 4
500
500
500
500
500
5000
500
500
5000
0,043
0,031
0,062
0,090
0,052
0,082
0,031
0,062
0,090
0,052
0,082
Tensid 1 = Ölsäureäthoxylat
Tensid 2 = Polyoxyäthylen
Tensid 2 = Polyoxyäthylen
Tensid 3 = Saccharose-Fettsäureester mit 50% Mono- und 50% Di- und Triester
Tensid 4 = Saccharose-Fettsäureester mit 70% Mono- und 30% Di- und Trieester.
10 Gew.-Teile des tonhaltigen Ölsandes gemäß Beispiel 1 werden mit 15 Gew.-Teilen einer wäßrigen
Dispersion von Trehaloselipid, die durch Ultraschallbehandlung nach den Angaben des Beispiels 2 erhalten
wird, intensiv vermischt und dieses Gemisch unter langsamem Rühren zwei Stunden auf einer Temperatur
von 75°C gehalten. Nach einer kurzen Ruhezeit schwimmt aus dem Gemisch die in der Tabelle
angegebene Rohölmenge auf, die von der wäßrigen Phase abgezogen wird.
| Versuch Nr. | Konzentration des | Freigesetztes |
| Trehaloselipids in H2O | Rohöl in | |
| mg/1 | Gew.-Teilen | |
| 31 | 266,7 | 0,207 |
| 32 | 500 | 0,276 |
| 33 | 620 | 0,386 |
Von dem in Verusch Nr. 33 (Beispiel 3) nach dem Abziehen des aufgeschwommenen Rohöls hinterbleibende
Mischungsrest werden die abgesetzten Feststoffanteile abgetrennt und die verbleibende wäßrige Phase
mit 10 Gew.-Teilen Ölsand intensiv vermischt. Unter langsamem Rühren wird das Gemisch 2 Stunden auf
einer Temperatur von 75° C gehalten. Nach kurzer Ruhezeit schwimmen aus der Mischung 0,32 Gew.-Teile
Rohöl auf, die abgezogen werden.
Aus dem nach Abziehen des Rohöls in Beispiel 4 verbleibenden Mischungsrest werden die sich mit den
Feststoffen absetzenden Bitumenölklümpchen isoliert und mit 5 Gew.-Teilen einer wäßrigen Dispersion von
600 mg/1 Trehaloselipid intensiv vermischt. Die Mischung wird dann unter langsamem Rühren 2 Stunden
auf einer Temperatur von 89°C gehalten. Nach kurzer Ruhezeit schwimmen 0,135 Gew.-Tei'e Rohöl auf der
wäßrigen Phase auf und werden abgezogen.
130 121/278
Claims (9)
1. Verfahren zur Gewinnung von Rohöl aus ölsanden mittels Wasser und Glykolipiden als
nichtionogenen, grenzflächenaktiven Stoffen und Abtrennung des Rohöls aus den erhaltenen Rohöl-Wasser-Feststoff-Gemischen,
dadurch gekennzeichnet, daß Trehaloselipide in Form einer Dispersion oder Lösung in organischen und ι ο
mit Wasser mischbaren Lösungsmitteln dem Wasser bei einer Temperatur unter 90° C zugemischt und
dieses Gemisch mit dem ölsand vermischt wird, worauf aus dieser Mischung das Rohöl-Wasser-Gemisch
abgetrennt wird. ι >
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Trehaloselipid und
Wasser über wenigstens eine Einpreßbohrung in eine ölsande enthaltende untertägige Lagerstätte
eingepreßt und durch mindestens eine zur gleichen Lagerstätte führende Produktionsbohrung das Rohöl-Wasser-Gemisch
gefördert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch aus Trehaloselipid und
Wasser mit ölsand übertägiger Gewinnung zu einem dünnflüssigen Brei intensiv verrührt wird, aus
dem beim anschließenden langsamen Rühren oder Stehenlassen ein Rohöl-Wasser-Gemisch aufschäumt,
das abgetrennt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn- m
zeichnet, daß die von der flüssigen Phase weitgehend abgesetzten und abgetrennten Feststoffe, die aus
Sand, Ton und Bitumenölklümpchen bestehen oder die daraus isolierten Bitumenölklümpchen nochmals
mit einem Gemisch aus Trehaloselipid und Wasser versetzt und einige Zeit auf einer Temperatur bis
90° C gehalten werden und danach das Rohöl-Wasser-Gemisch
abgetrennt wird.
5. Verfahren nach Ansprüchen 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das nochmals mit Trehaloselipid
und Wasser versetzte Feststoffgemisch mit einer weiteren Menge an Trehaloselipid-Wasser-Gemisch
verdünnt wird, bevor aus der entstandenen Mischung das Rohöl-Wasser-Gemisch abgetrennt wird.
6. Verfahren nach Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Feststoffanteil
abgetrennte wäßrigen Phase als Wasser erneut zum Vermischen mit Trehaloselipid-Dispersion bzw.
-Lösung bzw. zur Behandlung einer weiteren Menge ölsand eingesetzt wird.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rohöl-Wasser-Gemisch
ölspalter zugesetzt werden.
8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zudosierung der Dispersion
oder Lösung des Trehaloselipids in das Wasser ein- oder mehrstufig, direkt oder im Nebenschluß erfolgt.
9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufschäumen und die
Abtrennung des Rohöles aus dem Rohöl-Wasser-Gemisch flotativ durch Einführen von Luft beschleunigt
werden.
Priority Applications (5)
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