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生物質(zhì)快速熱解技術(shù)研究進(jìn)展與趨勢(shì)

2014-04-02 15:43李賽
科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年11期
關(guān)鍵詞:研究趨勢(shì)

李賽

摘 要:文章綜述了國(guó)內(nèi)外快速熱解技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,并提出了未來快速熱解研究方面的主要方向和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:生物質(zhì)能源;快速熱解;研究趨勢(shì)

1 引言

生物質(zhì)能源是未來可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)的重要組成部分,是未來化石燃料的替代品之一,其高效轉(zhuǎn)換和潔凈利用日益受到全世界的關(guān)注。

目前,國(guó)外已經(jīng)研究開發(fā)了快速熱解技術(shù),即生物質(zhì)瞬間熱解制取液體燃料油,是一種很有開發(fā)前景的生物質(zhì)應(yīng)用技術(shù)。作為一項(xiàng)資源高效利用的新技術(shù),生物質(zhì)快速熱解技術(shù)逐漸受到重視,已成為國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)課題。

2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)于生物質(zhì)的快速熱解做了大量工作,特別是歐、美等發(fā)達(dá)國(guó)家,從20世紀(jì)70年代首次進(jìn)行生物質(zhì)快速熱解實(shí)驗(yàn)以來,已經(jīng)形成較完備的技術(shù)設(shè)備和工業(yè)化系統(tǒng)。

為了方便熱解液化方面的學(xué)術(shù)交流和技術(shù)合作,歐洲在1995年和2001年分別成立了PyNE組織(Pyrolysis Network for Europe) 和GasNet (European Biomass Gasification Network)組織,前者擁有18個(gè)成員國(guó),后者現(xiàn)擁有20個(gè)成員國(guó)以及8家工業(yè)單位成員。這兩大組織在快速熱解技術(shù)的開發(fā)以及生物油的利用方面做了大量富有成效的工作。

國(guó)際能源署(IEA)組織了加拿大、芬蘭、意大利、瑞典、英國(guó)及美國(guó)的10余個(gè)研究小組進(jìn)行了10余年的研究工作,重點(diǎn)對(duì)這一過程發(fā)展的潛力、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性以及參與國(guó)之間的技術(shù)交流進(jìn)行了協(xié)調(diào),并在所發(fā)表的報(bào)告中得出了十分樂觀的結(jié)論[1]。

荷蘭Twente于1989年由Van Swaaij和W Prins等人提出并開始研制旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)工藝(Twente rotating cone process),到1995年取得初步成功[2,3]。

加拿大Ensyn工程師協(xié)會(huì)研制的循環(huán)流化床工藝在芬蘭安裝了20kg/h的小規(guī)模裝置,在意大利的Bastardo建成了650kg/h規(guī)模的示范裝置[4,5]。

加拿大Waterloo(滑鐵盧)大學(xué)在20世紀(jì)80年代開始開發(fā)流化床熱解技術(shù),目前加拿大達(dá)茂公司的設(shè)備日處理能力達(dá)200t [3,5]。

Christian Roy博士和他的研究小組1981年起在Laval大學(xué)進(jìn)行真空移動(dòng)床的工藝研究,2000年被Pyrovac國(guó)際公司在加拿大的Jonquiere建立規(guī)模為3.5t/h的示范工廠[6,7]。

美國(guó)Georgia(佐治亞)工學(xué)院1980年開發(fā)了引流床反應(yīng)器,但直到1989年左右才成功運(yùn)行,可得到58%的液體產(chǎn)物。

3 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)在生物質(zhì)快速熱解技術(shù)方面的研究工作起步較晚,并不成熟。但相關(guān)研究機(jī)構(gòu)正在從事方面研究工作,也開發(fā)了多種反應(yīng)器。

浙江大學(xué)于20世紀(jì)90年代中期,在國(guó)內(nèi)率先開展了相關(guān)的原理性試驗(yàn)研究,使用GC-MS聯(lián)用技術(shù)定量分析了生物油的主要組分。山東工程學(xué)院開發(fā)了等離子體快速加熱生物質(zhì)液化技術(shù),1999年6月首次在國(guó)內(nèi)制出了生物油并進(jìn)行了成分分析。中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所(GIEC)也自主研制了生物質(zhì)循環(huán)流化床液化小型裝置,可取得63%的液體產(chǎn)率。

表2列舉了近年來我國(guó)國(guó)內(nèi)研究的幾種主要反應(yīng)器。

可見,流化床反應(yīng)器運(yùn)行簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、容易放大,已經(jīng)得到越來越多的重視。

4 發(fā)展趨勢(shì)

目前尚待解決的問題有以下幾點(diǎn):

機(jī)理研究需要進(jìn)一步深入。目前被用于快速熱解的生物質(zhì)原料已有幾十種,尋求合適的原料對(duì)于提高產(chǎn)物的品質(zhì)至關(guān)重要。

液體的收集和工業(yè)放大方面仍需改進(jìn)工藝。

降低成本,增加生物質(zhì)能的競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)勞動(dòng)力和原料的價(jià)格低廉、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基建投資是最大的費(fèi)用,要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備的制造上有所創(chuàng)新以降低整個(gè)生產(chǎn)的投資。

在快速熱解產(chǎn)物的分析和精制方面,仍需大量的探索,重點(diǎn)研發(fā)生物油的精制工藝,提高生物油的品位,使其能夠真正成為石油的替代品。

可見,開發(fā)和改進(jìn)快速熱解技術(shù)的主要方向應(yīng)該是提高生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率,提升生物油品質(zhì),優(yōu)化反應(yīng)系統(tǒng)的整體效率及開發(fā)適于其特殊性質(zhì)的新的應(yīng)用領(lǐng)域。

5 結(jié)束語

生物質(zhì)能源是備受世界關(guān)注的可再生能源,已成為21世紀(jì)研究的重要課題,其高效轉(zhuǎn)換和潔凈利用越來越受到世界各國(guó)關(guān)注。通過生物質(zhì)快速熱解技術(shù)制取生物油,是一種很有開發(fā)前景的生物質(zhì)應(yīng)用技術(shù),已日益成為國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)課題。該工藝雖然目前還未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用,但研究證明切實(shí)可行,具有廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1]姚福生,易維明等.生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)[J].中國(guó)工程科學(xué),2001,3(4):63-67

[2]郭艷,王 ,魏飛等.生物質(zhì)快速裂解液化技術(shù)的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2001,20(8):13-17.

[3]吳創(chuàng)之,陰秀麗.歐洲生物質(zhì)能利用的研究現(xiàn)狀與特點(diǎn)[J].新能源,1999,21(3):30-35.

[4]Meier D, Faix O. State of the art or applied pyrolysis of lignocellulosic materials: a review [J]. Bioresource Technology, 1999,68:71-77.

[5]Graham R G, Freel B A. Rapid thermal processing (RTP): biomass fast pyrolysis overview [A].In: Hogan E,Robert J, Grassi G, et al. Biomass processing[M].Newbury, UK: CPL Press,1992.52-63.

[6]徐保江,李美玲,曾忠.旋轉(zhuǎn)錐式閃速熱解生物質(zhì)試驗(yàn)研究[J].環(huán)境過程工程,1999,17(5):71-74.

[7]Roy C, Lemieux R, de Caumia B, et al. Processing of wood chips in a semi-continuous multiple hearth vacuum pyrolysis reactor[A].In: Soltes E J, Milne T A. ACS symposium series 376 (Pyrolysis oils from biomass: producing, analyzing and upgrading) [C]. Washington D C: American Chemical Society,1988.16-30.endprint

摘 要:文章綜述了國(guó)內(nèi)外快速熱解技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,并提出了未來快速熱解研究方面的主要方向和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:生物質(zhì)能源;快速熱解;研究趨勢(shì)

1 引言

生物質(zhì)能源是未來可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)的重要組成部分,是未來化石燃料的替代品之一,其高效轉(zhuǎn)換和潔凈利用日益受到全世界的關(guān)注。

目前,國(guó)外已經(jīng)研究開發(fā)了快速熱解技術(shù),即生物質(zhì)瞬間熱解制取液體燃料油,是一種很有開發(fā)前景的生物質(zhì)應(yīng)用技術(shù)。作為一項(xiàng)資源高效利用的新技術(shù),生物質(zhì)快速熱解技術(shù)逐漸受到重視,已成為國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)課題。

2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)于生物質(zhì)的快速熱解做了大量工作,特別是歐、美等發(fā)達(dá)國(guó)家,從20世紀(jì)70年代首次進(jìn)行生物質(zhì)快速熱解實(shí)驗(yàn)以來,已經(jīng)形成較完備的技術(shù)設(shè)備和工業(yè)化系統(tǒng)。

為了方便熱解液化方面的學(xué)術(shù)交流和技術(shù)合作,歐洲在1995年和2001年分別成立了PyNE組織(Pyrolysis Network for Europe) 和GasNet (European Biomass Gasification Network)組織,前者擁有18個(gè)成員國(guó),后者現(xiàn)擁有20個(gè)成員國(guó)以及8家工業(yè)單位成員。這兩大組織在快速熱解技術(shù)的開發(fā)以及生物油的利用方面做了大量富有成效的工作。

國(guó)際能源署(IEA)組織了加拿大、芬蘭、意大利、瑞典、英國(guó)及美國(guó)的10余個(gè)研究小組進(jìn)行了10余年的研究工作,重點(diǎn)對(duì)這一過程發(fā)展的潛力、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性以及參與國(guó)之間的技術(shù)交流進(jìn)行了協(xié)調(diào),并在所發(fā)表的報(bào)告中得出了十分樂觀的結(jié)論[1]。

荷蘭Twente于1989年由Van Swaaij和W Prins等人提出并開始研制旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)工藝(Twente rotating cone process),到1995年取得初步成功[2,3]。

加拿大Ensyn工程師協(xié)會(huì)研制的循環(huán)流化床工藝在芬蘭安裝了20kg/h的小規(guī)模裝置,在意大利的Bastardo建成了650kg/h規(guī)模的示范裝置[4,5]。

加拿大Waterloo(滑鐵盧)大學(xué)在20世紀(jì)80年代開始開發(fā)流化床熱解技術(shù),目前加拿大達(dá)茂公司的設(shè)備日處理能力達(dá)200t [3,5]。

Christian Roy博士和他的研究小組1981年起在Laval大學(xué)進(jìn)行真空移動(dòng)床的工藝研究,2000年被Pyrovac國(guó)際公司在加拿大的Jonquiere建立規(guī)模為3.5t/h的示范工廠[6,7]。

美國(guó)Georgia(佐治亞)工學(xué)院1980年開發(fā)了引流床反應(yīng)器,但直到1989年左右才成功運(yùn)行,可得到58%的液體產(chǎn)物。

3 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)在生物質(zhì)快速熱解技術(shù)方面的研究工作起步較晚,并不成熟。但相關(guān)研究機(jī)構(gòu)正在從事方面研究工作,也開發(fā)了多種反應(yīng)器。

浙江大學(xué)于20世紀(jì)90年代中期,在國(guó)內(nèi)率先開展了相關(guān)的原理性試驗(yàn)研究,使用GC-MS聯(lián)用技術(shù)定量分析了生物油的主要組分。山東工程學(xué)院開發(fā)了等離子體快速加熱生物質(zhì)液化技術(shù),1999年6月首次在國(guó)內(nèi)制出了生物油并進(jìn)行了成分分析。中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所(GIEC)也自主研制了生物質(zhì)循環(huán)流化床液化小型裝置,可取得63%的液體產(chǎn)率。

表2列舉了近年來我國(guó)國(guó)內(nèi)研究的幾種主要反應(yīng)器。

可見,流化床反應(yīng)器運(yùn)行簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、容易放大,已經(jīng)得到越來越多的重視。

4 發(fā)展趨勢(shì)

目前尚待解決的問題有以下幾點(diǎn):

機(jī)理研究需要進(jìn)一步深入。目前被用于快速熱解的生物質(zhì)原料已有幾十種,尋求合適的原料對(duì)于提高產(chǎn)物的品質(zhì)至關(guān)重要。

液體的收集和工業(yè)放大方面仍需改進(jìn)工藝。

降低成本,增加生物質(zhì)能的競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)勞動(dòng)力和原料的價(jià)格低廉、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基建投資是最大的費(fèi)用,要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備的制造上有所創(chuàng)新以降低整個(gè)生產(chǎn)的投資。

在快速熱解產(chǎn)物的分析和精制方面,仍需大量的探索,重點(diǎn)研發(fā)生物油的精制工藝,提高生物油的品位,使其能夠真正成為石油的替代品。

可見,開發(fā)和改進(jìn)快速熱解技術(shù)的主要方向應(yīng)該是提高生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率,提升生物油品質(zhì),優(yōu)化反應(yīng)系統(tǒng)的整體效率及開發(fā)適于其特殊性質(zhì)的新的應(yīng)用領(lǐng)域。

5 結(jié)束語

生物質(zhì)能源是備受世界關(guān)注的可再生能源,已成為21世紀(jì)研究的重要課題,其高效轉(zhuǎn)換和潔凈利用越來越受到世界各國(guó)關(guān)注。通過生物質(zhì)快速熱解技術(shù)制取生物油,是一種很有開發(fā)前景的生物質(zhì)應(yīng)用技術(shù),已日益成為國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)課題。該工藝雖然目前還未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用,但研究證明切實(shí)可行,具有廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1]姚福生,易維明等.生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)[J].中國(guó)工程科學(xué),2001,3(4):63-67

[2]郭艷,王 ,魏飛等.生物質(zhì)快速裂解液化技術(shù)的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2001,20(8):13-17.

[3]吳創(chuàng)之,陰秀麗.歐洲生物質(zhì)能利用的研究現(xiàn)狀與特點(diǎn)[J].新能源,1999,21(3):30-35.

[4]Meier D, Faix O. State of the art or applied pyrolysis of lignocellulosic materials: a review [J]. Bioresource Technology, 1999,68:71-77.

[5]Graham R G, Freel B A. Rapid thermal processing (RTP): biomass fast pyrolysis overview [A].In: Hogan E,Robert J, Grassi G, et al. Biomass processing[M].Newbury, UK: CPL Press,1992.52-63.

[6]徐保江,李美玲,曾忠.旋轉(zhuǎn)錐式閃速熱解生物質(zhì)試驗(yàn)研究[J].環(huán)境過程工程,1999,17(5):71-74.

[7]Roy C, Lemieux R, de Caumia B, et al. Processing of wood chips in a semi-continuous multiple hearth vacuum pyrolysis reactor[A].In: Soltes E J, Milne T A. ACS symposium series 376 (Pyrolysis oils from biomass: producing, analyzing and upgrading) [C]. Washington D C: American Chemical Society,1988.16-30.endprint

摘 要:文章綜述了國(guó)內(nèi)外快速熱解技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,并提出了未來快速熱解研究方面的主要方向和發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞:生物質(zhì)能源;快速熱解;研究趨勢(shì)

1 引言

生物質(zhì)能源是未來可持續(xù)發(fā)展能源系統(tǒng)的重要組成部分,是未來化石燃料的替代品之一,其高效轉(zhuǎn)換和潔凈利用日益受到全世界的關(guān)注。

目前,國(guó)外已經(jīng)研究開發(fā)了快速熱解技術(shù),即生物質(zhì)瞬間熱解制取液體燃料油,是一種很有開發(fā)前景的生物質(zhì)應(yīng)用技術(shù)。作為一項(xiàng)資源高效利用的新技術(shù),生物質(zhì)快速熱解技術(shù)逐漸受到重視,已成為國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)課題。

2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)外對(duì)于生物質(zhì)的快速熱解做了大量工作,特別是歐、美等發(fā)達(dá)國(guó)家,從20世紀(jì)70年代首次進(jìn)行生物質(zhì)快速熱解實(shí)驗(yàn)以來,已經(jīng)形成較完備的技術(shù)設(shè)備和工業(yè)化系統(tǒng)。

為了方便熱解液化方面的學(xué)術(shù)交流和技術(shù)合作,歐洲在1995年和2001年分別成立了PyNE組織(Pyrolysis Network for Europe) 和GasNet (European Biomass Gasification Network)組織,前者擁有18個(gè)成員國(guó),后者現(xiàn)擁有20個(gè)成員國(guó)以及8家工業(yè)單位成員。這兩大組織在快速熱解技術(shù)的開發(fā)以及生物油的利用方面做了大量富有成效的工作。

國(guó)際能源署(IEA)組織了加拿大、芬蘭、意大利、瑞典、英國(guó)及美國(guó)的10余個(gè)研究小組進(jìn)行了10余年的研究工作,重點(diǎn)對(duì)這一過程發(fā)展的潛力、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)可行性以及參與國(guó)之間的技術(shù)交流進(jìn)行了協(xié)調(diào),并在所發(fā)表的報(bào)告中得出了十分樂觀的結(jié)論[1]。

荷蘭Twente于1989年由Van Swaaij和W Prins等人提出并開始研制旋轉(zhuǎn)錐式反應(yīng)工藝(Twente rotating cone process),到1995年取得初步成功[2,3]。

加拿大Ensyn工程師協(xié)會(huì)研制的循環(huán)流化床工藝在芬蘭安裝了20kg/h的小規(guī)模裝置,在意大利的Bastardo建成了650kg/h規(guī)模的示范裝置[4,5]。

加拿大Waterloo(滑鐵盧)大學(xué)在20世紀(jì)80年代開始開發(fā)流化床熱解技術(shù),目前加拿大達(dá)茂公司的設(shè)備日處理能力達(dá)200t [3,5]。

Christian Roy博士和他的研究小組1981年起在Laval大學(xué)進(jìn)行真空移動(dòng)床的工藝研究,2000年被Pyrovac國(guó)際公司在加拿大的Jonquiere建立規(guī)模為3.5t/h的示范工廠[6,7]。

美國(guó)Georgia(佐治亞)工學(xué)院1980年開發(fā)了引流床反應(yīng)器,但直到1989年左右才成功運(yùn)行,可得到58%的液體產(chǎn)物。

3 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)在生物質(zhì)快速熱解技術(shù)方面的研究工作起步較晚,并不成熟。但相關(guān)研究機(jī)構(gòu)正在從事方面研究工作,也開發(fā)了多種反應(yīng)器。

浙江大學(xué)于20世紀(jì)90年代中期,在國(guó)內(nèi)率先開展了相關(guān)的原理性試驗(yàn)研究,使用GC-MS聯(lián)用技術(shù)定量分析了生物油的主要組分。山東工程學(xué)院開發(fā)了等離子體快速加熱生物質(zhì)液化技術(shù),1999年6月首次在國(guó)內(nèi)制出了生物油并進(jìn)行了成分分析。中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所(GIEC)也自主研制了生物質(zhì)循環(huán)流化床液化小型裝置,可取得63%的液體產(chǎn)率。

表2列舉了近年來我國(guó)國(guó)內(nèi)研究的幾種主要反應(yīng)器。

可見,流化床反應(yīng)器運(yùn)行簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、容易放大,已經(jīng)得到越來越多的重視。

4 發(fā)展趨勢(shì)

目前尚待解決的問題有以下幾點(diǎn):

機(jī)理研究需要進(jìn)一步深入。目前被用于快速熱解的生物質(zhì)原料已有幾十種,尋求合適的原料對(duì)于提高產(chǎn)物的品質(zhì)至關(guān)重要。

液體的收集和工業(yè)放大方面仍需改進(jìn)工藝。

降低成本,增加生物質(zhì)能的競(jìng)爭(zhēng)力。我國(guó)勞動(dòng)力和原料的價(jià)格低廉、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)基建投資是最大的費(fèi)用,要在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備的制造上有所創(chuàng)新以降低整個(gè)生產(chǎn)的投資。

在快速熱解產(chǎn)物的分析和精制方面,仍需大量的探索,重點(diǎn)研發(fā)生物油的精制工藝,提高生物油的品位,使其能夠真正成為石油的替代品。

可見,開發(fā)和改進(jìn)快速熱解技術(shù)的主要方向應(yīng)該是提高生物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率,提升生物油品質(zhì),優(yōu)化反應(yīng)系統(tǒng)的整體效率及開發(fā)適于其特殊性質(zhì)的新的應(yīng)用領(lǐng)域。

5 結(jié)束語

生物質(zhì)能源是備受世界關(guān)注的可再生能源,已成為21世紀(jì)研究的重要課題,其高效轉(zhuǎn)換和潔凈利用越來越受到世界各國(guó)關(guān)注。通過生物質(zhì)快速熱解技術(shù)制取生物油,是一種很有開發(fā)前景的生物質(zhì)應(yīng)用技術(shù),已日益成為國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)課題。該工藝雖然目前還未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用,但研究證明切實(shí)可行,具有廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1]姚福生,易維明等.生物質(zhì)快速熱解液化技術(shù)[J].中國(guó)工程科學(xué),2001,3(4):63-67

[2]郭艷,王 ,魏飛等.生物質(zhì)快速裂解液化技術(shù)的研究進(jìn)展[J].化工進(jìn)展,2001,20(8):13-17.

[3]吳創(chuàng)之,陰秀麗.歐洲生物質(zhì)能利用的研究現(xiàn)狀與特點(diǎn)[J].新能源,1999,21(3):30-35.

[4]Meier D, Faix O. State of the art or applied pyrolysis of lignocellulosic materials: a review [J]. Bioresource Technology, 1999,68:71-77.

[5]Graham R G, Freel B A. Rapid thermal processing (RTP): biomass fast pyrolysis overview [A].In: Hogan E,Robert J, Grassi G, et al. Biomass processing[M].Newbury, UK: CPL Press,1992.52-63.

[6]徐保江,李美玲,曾忠.旋轉(zhuǎn)錐式閃速熱解生物質(zhì)試驗(yàn)研究[J].環(huán)境過程工程,1999,17(5):71-74.

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