WO1981003661A1 - Coal hydration method - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a process for the hydrogenation of coal, in which the finely ground coal is mixed with a grinding oil to a pulp, pumped to pressure, first in heat exchange with hydrogenation products from the head of the hot separator and then heated to the light-off temperature of the hydrogenation by supplying external heat and then is subjected to the catalytically accelerated hydrogenation in the presence of hydrogen and in which the hydrogenation product is broken down in at least one hot separator into a vaporous top product and a liquid, heavy distillate oils, non-distillable constituents and solids-containing bottom product.
- the top product of the hot separator which, in addition to the carbon-derived hydrocarbon vapors down to the middle oil range, also contains, among other things, the unused hydrogen and water vapor, is first exchanged with the fresh, cooled to be hydrogenated coal pulp.
- the hot separator would be operated directly in the temperature hydrogenation reactor (about 475 ° C.), since in this lake the largest amount of top product would be the heat exchange with the fresh coal pulp at the highest temperature.
- a disadvantage of such an intermediate cooling is that, due to the cooling, distillate oils leaving the hydrogenation reaction in the vapor state condense and, together with the higher-boiling distillate oils, undistillable hydrogenation residue and the solids such as unused coal, ash, catalyst particles, collect in the hot separator.
- the renewed separation of these distillate oils from the bottom product proves to be relatively complex.
- the hot separator top product available for the yusch with the fresh coal pulp is reduced by the proportion condensed by the cooling, so that a smaller amount of top product of an intermediate temperature is available for heat exchange.
- the heat exchanger for cooling the hydrogenation product is very expensive since the entire hydrogenation product quantity flows through it. Additional risks arise in operation, since coking and thus deposits can also occur in this heat exchanger.
- the invention has for its object to develop a method for hydrogenating coal, which makes it possible in a simple manner to provide the greatest possible amount of the exothermic heat of reaction generated in the hydrogenation reactor for heating the fresh coal pulp.
- this object is achieved in that at least some of the distillate oils separated from the bottom product are returned to the hot separator.
- the distillate oils returned to the hot separator lead to a thinning of the hot separator sump, so that no coking occurs in it even at higher temperatures. It has proven to be expedient to only return distillates whose boiling point is above the bottom temperature in order to prevent evaporation of the distillates and thus the bottom to be concentrated again.
- the invention therefore provides, according to a further feature, that the distillate oils are separated from the bottom product by vacuum distillation, that the resulting vacuum oil vapors are subjected to fractional condensation in at least two stages and that at least some of the heavier distillate oil fraction is cooled without further cooling the hot separator is returned.
- the returned distillate oils are distributed evenly over the inner wall of the hot separator.
- a thin protective or cleaning film is formed on the inside wall of the distillate oil running down the wall, while a so-called sludge dilution zone is generated in the wall area of the sump.
- the film and thinning zone have the effect that caking or coking does not occur on the wall even at higher temperatures.
- the return of the distillate oils and their distribution can be achieved by means of a ring line provided in the upper area of the hot separator and having evenly distributed openings.
- cooling of the hydrogenation product before entering the hot separator can thus be dispensed with, i.e. this can be run on the steam side at the full temperature of the hydrogenation reactor (approx. 475 ° C).
- the additional heat required to heat the coal pulp is reduced to a minimum. The heat balance of the overall process is therefore significantly improved.
- the figure shows a process for the hydrogenation of coal, in which the finely ground coal is fed via a line 1, an iron oxide catalyst via a line 2 and grinding oil via a line 3 to a container 4, where it is stirred intimately into a slurry.
- the slurry is conveyed to the pressure of the hydrogenation of approximately 300 bar and first in a heat exchanger 18 in the heat exchange with hot hydrogenation product to a temperature of approximately 400 ° C. and then in an externally heated one Tube furnace 7 heated to the starting temperature of the hydrogenation of about 430 ° C.
- the required hydrogen is fed to the coal pulp via a line 6.
- the coal is hydrogenated at an average temperature of approximately 475 ° C.
- the hydrogenation product produced passes into a hot separator 9, from which the vapors are drawn off overhead at approximately 475 ° C. and fed to the heat exchanger 18 via a line 10.
- the resulting from the bottom of the hot separator 9 sludge from heavy distillate oils, non-distillable liquid constituents and solids is fed to a vacuum distillation stage 12 via a pressure relief valve 11. Vacuum residue and distillates are withdrawn from the distillation system via lines 13 and 14 for further use.
- part of the heavy amount of distillate oil obtained is pumped to the pressure of the hot separator 9 without further cooling by means of a pump 15 and is fed again into the latter via a line 16 and a ring line 17 arranged in the upper region of the hot separator.
- the feed takes place in such a way that the distillate oil runs down the inner wall of the hot separator.
- a thin protective film is formed on the wall in the upper area of the hot separator and a sludge dilution zone in the area of the sump, which prevents caking or coking on the inner wall.
- the hot separator 9 can thus be operated on the steam side at the same temperature as the reactor 8, that is to say at about 475 ° C., as a result of which a maximum amount of overhead product flows to the heat exchanger 18 via the line 10 at the highest temperature of the process.
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Abstract
In a coal hydration method, wherein the hydrated product is fractionated in a hot separator (9) arranged downstream of the reaction area (8) into a head product (10) in a vapour phase and into a distillation residue (11) containing a liquid heavy oil, non distillable compounds and solid materials, a portion of the heavy oil separated coming from the distillation residue of the separator will be returned (16) into the separator. Thereby, the residue of the separator will be diluted. The tendency to coking will then be reduced; hence, the hot separator will be able to operate at higher temperatures As a result of these higher temperatures, the hot separator will produce more head products, and to this effect a bigger quantity of heat will be available for the heating of fresh coal through heat exchange between the head product and the fresh coal.
Description
Verfahren zum Hydrieren von KohleProcess for hydrogenating coal
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Hydrieren von Kohle, bei dem die feingemahlene Kohle mit einem Anreiböl zu einem Brei verrührt, auf Druck gepumpt, zunächst im Wärmetausch mit Hydrierprodukten vom Kopf des Heißabscheiders und dann durch Zufuhr von Fremdwärme auf die Anspringtemperatur der Hydrierung erhitzt und anschließend in Gegenwart von Wasserstoff der katalytisch beschleunigten Hydrierung unterzogen wird und bei dem das Hydrierprodukt in mindestens einem Heißabscheider in ein dampfförmiges Kopfprodukt und ein flüssiges, schwere Destillatöle, nicht destillierbare Bestandteile und Feststoffe enthaltendes Sumpfprodukt zerlegt wird.The invention relates to a process for the hydrogenation of coal, in which the finely ground coal is mixed with a grinding oil to a pulp, pumped to pressure, first in heat exchange with hydrogenation products from the head of the hot separator and then heated to the light-off temperature of the hydrogenation by supplying external heat and then is subjected to the catalytically accelerated hydrogenation in the presence of hydrogen and in which the hydrogenation product is broken down in at least one hot separator into a vaporous top product and a liquid, heavy distillate oils, non-distillable constituents and solids-containing bottom product.
Bei der Hydrierung von Kohle nach einem Verfahren der eingangs genannten Art wird das Kopfprodukt des Heißabscheiders, das neben den kohlestämmigen Kohlenwasserstoffdämpfen bis hin zum Mittelölbereich unter anderem noch den unverbrauchten Wasserstoff sowie Wasserdampf enthält, vor seiner Aufbereitung in mehreren Destillierstufen zunächst im Wärmetausch mit dem frischen, zu hydrierenden Kohlebrei abgekühlt. Auf dies Weise kann ein erheblicher Teil der bei der Hydrierung anfallenden exothermen Reaktionswärme unmittelbar zum Aufheizen des Kohlebreis herangezogen werden. Je größer diese Wärmemenge ist, um so geringer ist die zusätzliche noch benötigte Fremdwärme, das heißt, um so wirtschaftlicher ist das Hydrierverfahren.
Die größte Wirtschaftlichkeit wäre erreinn der Heißabscheider unmittelbar bei der Temperaturydrierreaktors (etwa 475º C) gefahren würde, da in diesee die größte Menge Kopfprodukt bei der höchsten Temperür den Wärmetausch mit dem frischen Kohlebrei zur Ver stünde.In the hydrogenation of coal using a process of the type mentioned at the outset, the top product of the hot separator, which, in addition to the carbon-derived hydrocarbon vapors down to the middle oil range, also contains, among other things, the unused hydrogen and water vapor, is first exchanged with the fresh, cooled to be hydrogenated coal pulp. In this way, a significant part of the exothermic heat of reaction obtained in the hydrogenation can be used directly to heat the coal pulp. The greater this amount of heat, the smaller the additional external heat still required, that is, the more economical the hydrogenation process is. The greatest economy would be the hot separator would be operated directly in the temperature hydrogenation reactor (about 475 ° C.), since in this lake the largest amount of top product would be the heat exchange with the fresh coal pulp at the highest temperature.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei den Ituren des Hydrierreaktors an der Innenwand des Heißabsrs, insbesondere im Bereich des Sumpfes, unerwünschtekungen und Anbackungen auftreten, die nach kurzer Zeitunktionsweise des Heißabscheiders stark beeinträchtigenganz unterbinden .However, it has been shown that undesirable effects and caking occur on the inner walls of the hot Absrs, especially in the area of the sump of the hydrogenation reactor, which severely impair the hot separator after a short period of operation.
Zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten im scheider ist es bekannt geworden, das den Hydrierreaktor sende Hydrierprodukt vor der Einleitung in den Heißabsr in einem zusätzlichen Wärmetauscher auf eine Temperazukühlen, bei der Verkokungen und somit Ablagerungen nihr auftreten. Vergleiche hierzu "Compendium 76/77; DGMK-ge der 4. Gemeinschaftstagung ÖGEW/DGMK vom 4.-6. Oktoberin Salzburg; Industrieverlag von Herrenhausen KG; Seitenis 383".To avoid these difficulties in the separator, it has become known that the hydrogenation product sending the hydrogenation reactor, before being introduced into the hot section, is cooled to a temperature in an additional heat exchanger, in which coking and thus deposits occur. Compare "Compendium 76/77; DGMK-ge of the 4th joint conference ÖGEW / DGMK from October 4-6 in Salzburg; Industrieverlag von Herrenhausen KG; Seitenis 383".
Als Nachteil einer solchen Zwischenkühlunot sich jedoch, daß aufgrund der Kühlung den Hydrierreaktächst dampfförmig verlassende Destillatöle auskonden und sich zusammen mit den höhersiedenden Destillatöln nichtdestillierbaren Hydrierrückstand und den Festst wie unverbrauchte Kohle, Asche, Katalysatorteilchen, im ies Heißabscheiders sammeln. Die erneute Abtrennung diesveren Destillatöle aus dem Sumpfprodukt erweist sich daniltnismäßig aufwendig. Auch verringert sich die für den jusch mit dem frischen Kohlebrei zur Verfügung stehende an Heißabscheider-Kopfprodukt um den durch die Kühtskondensierten Anteil, so daß für den Wärmetausch mifrischen Kohlebrei eine geringere Menge Kopfprodukt beilgerer Temperatur zur Verfügung steht.
Hinzu kommt, daß der Wärmetauscher für die Kühlung des Hydrierproduktes, da er von der gesamten Hydrierproduktmenge durchströmt wird, sehr aufwendig ist. Zusätzliche Risiken im Betrieb ergeben sich, da auch in diesem Wärmetauscher bereits Verkokungen und somit Ablagerungen auftreten können.A disadvantage of such an intermediate cooling, however, is that, due to the cooling, distillate oils leaving the hydrogenation reaction in the vapor state condense and, together with the higher-boiling distillate oils, undistillable hydrogenation residue and the solids such as unused coal, ash, catalyst particles, collect in the hot separator. The renewed separation of these distillate oils from the bottom product proves to be relatively complex. Also, the hot separator top product available for the yusch with the fresh coal pulp is reduced by the proportion condensed by the cooling, so that a smaller amount of top product of an intermediate temperature is available for heat exchange. In addition, the heat exchanger for cooling the hydrogenation product is very expensive since the entire hydrogenation product quantity flows through it. Additional risks arise in operation, since coking and thus deposits can also occur in this heat exchanger.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Hydrieren von Kohle zu entwickeln, das es auf einfache Weise ermöglicht, eine möglichst große Menge der im Hydrierreaktor erzeugten exothermen Reaktionswärme zum Aufheizen des frischen Kohlebreis zur Verfügung zu stellen.The invention has for its object to develop a method for hydrogenating coal, which makes it possible in a simple manner to provide the greatest possible amount of the exothermic heat of reaction generated in the hydrogenation reactor for heating the fresh coal pulp.
Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zumindest ein Teil der aus dem Sumpfprodukt abgetrennten Destillatöle in den Heißabscheider zurückgeführt wird.In a process of the type mentioned at the outset, this object is achieved in that at least some of the distillate oils separated from the bottom product are returned to the hot separator.
Die in den Heißabscheider zurückgeführten Destillatöle führen zu einer Verdünnung des Heißabscheidersumpfes, so daß in diesem auch bei höheren Temperaturen keine Verkokungen auftreten. Dabei erweist es sich als zweckmäßig, nur Destillate zurückzuführen, deren Siedepunkt oberhalb der Sumpftemperatur liegt, um eine Verdampfung der Destillate und somit erneute Eindikkung des Sumpfes zu verhindern. Die Erfindung sieht deshalb gemäß einem weiteren Merkmal vor, daß die Abtrennung der Destillatöle aus dem Sumpfprodukt durch Vakuumdestillation erfolgt, daß die dabei anfallenden Vakuumöldämpfe einer fraktionierten Kondensation in mindestens zwei Stufen unterzogen werden und daß zumindest ein Teil der schwereren Destillatöl-fraktion ohne weitere Abkühlung in den Heißabscheider zurückgeführt wird.The distillate oils returned to the hot separator lead to a thinning of the hot separator sump, so that no coking occurs in it even at higher temperatures. It has proven to be expedient to only return distillates whose boiling point is above the bottom temperature in order to prevent evaporation of the distillates and thus the bottom to be concentrated again. The invention therefore provides, according to a further feature, that the distillate oils are separated from the bottom product by vacuum distillation, that the resulting vacuum oil vapors are subjected to fractional condensation in at least two stages and that at least some of the heavier distillate oil fraction is cooled without further cooling the hot separator is returned.
Es erweist sich als besonders vorteilhaft, wenn die rückgeführten Destillatöle gleichmäßig auf die Innenwand des Heißabscheiders verteilt werden. Im oberen Teil des Heißabscheiders
entsteht auf dessen Innenwand ein dünner Schutz- bzw. Reinigungsfilm durch das an der Wand nach unten ablaufende Destillat öl, während im Wandbereich des Sumpfes eine sogenannte Abschlamm verdünnungszone erzeugt wird. Film und Verdünnungszone bewirken, wie sich überraschenderweise gezeigt hat, daß an der Wand selbst auch bei höheren Temperaturen keine Anbackungen bzw. Verkokungen auftreten.It proves to be particularly advantageous if the returned distillate oils are distributed evenly over the inner wall of the hot separator. In the upper part of the hot separator a thin protective or cleaning film is formed on the inside wall of the distillate oil running down the wall, while a so-called sludge dilution zone is generated in the wall area of the sump. As has surprisingly been found, the film and thinning zone have the effect that caking or coking does not occur on the wall even at higher temperatures.
Die Rückführung der Destillatöle und deren Verteilung kann mittels einer im oberen Bereich des Heißabscheiders vorgesehenen Ringleitung, die gleichmäßig verteilte Öffnungen aufweist, erreicht werden.The return of the distillate oils and their distribution can be achieved by means of a ring line provided in the upper area of the hot separator and having evenly distributed openings.
Aufgrund des erfindungsgemäßen Verfahrens kann somit auf eine Kühlung des Hydrierproduktes vor Eintritt in den Heißabscheider verzichtet werden, d.h. dieser kann dampfseitig bei der vollen Temperatur des Hydrierreaktors (ca. 475º C) gefahren werden. Damit steht für den Wärmetausch zwischen Kopfprodukt und frischem Kohlebrei zur Aufheizung des Breies eine maximale Menge Kopfprodukt bei der höchstmöglichen Temperatur zur Verfügung. Die zur Aufheizung des Kohlebreis zusätzlich noch benötigte Fremdwärme reduziert sich auf ein Minimum. Die Wärmebilanz des Gesamtverfahrens wird daher erheblich verbessert.Due to the method according to the invention, cooling of the hydrogenation product before entering the hot separator can thus be dispensed with, i.e. this can be run on the steam side at the full temperature of the hydrogenation reactor (approx. 475 ° C). This means that a maximum amount of top product at the highest possible temperature is available for the heat exchange between top product and fresh coal pulp to heat the slurry. The additional heat required to heat the coal pulp is reduced to a minimum. The heat balance of the overall process is therefore significantly improved.
Weitere Erläuterungen zu der Erfindung sind dem in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.Further explanations of the invention can be found in the exemplary embodiment shown schematically in the figure.
Die Figur zeigt ein Verfahren zum Hydrieren von Kohle, bei dem die feingemahlene Kohle über eine Leitung 1 , ein Eisenoxidkatalysator über eine Leitung 2 und Anreiböl über eine Leitung 3 einem Behälter 4 zugeführt und dort innig zu einem Brei verrührt werden. Mittels einer Pumpe 5 wird der Brei auf den Druck der Hydrierung von etwa 300 bar gefördert und zunächst in einem Wärmetauscher 18 im Wärmetausch mit heißem Hydrierprodukt auf eine Temperatur von etwa 400º C und dann in einem fremdbeheizten
Röhrofen 7 auf die Anspringtemperatur der Hydrierung von etwa 430º C erhitzt. Der benötigte Wasserstoff wird dem Kohlebrei über eine Leitung 6 zugeführt.The figure shows a process for the hydrogenation of coal, in which the finely ground coal is fed via a line 1, an iron oxide catalyst via a line 2 and grinding oil via a line 3 to a container 4, where it is stirred intimately into a slurry. By means of a pump 5, the slurry is conveyed to the pressure of the hydrogenation of approximately 300 bar and first in a heat exchanger 18 in the heat exchange with hot hydrogenation product to a temperature of approximately 400 ° C. and then in an externally heated one Tube furnace 7 heated to the starting temperature of the hydrogenation of about 430 ° C. The required hydrogen is fed to the coal pulp via a line 6.
Im Reaktionsraum 8 erfolgt die Hydrierung der Kohle bei einer mittleren Temperatur von etwa 475º C. Das erzeugte Hydrierprodukt gelangt in einen Heißabscheider 9, aus dem bei ca. 475º C überkopf die Dämpfe abgezogen und über eine Leitung 10 dem Wärmetauscher 18 zugeführt werden. Der im Sumpf des Heißabscheiders 9 anfallende Abschlamm aus schweren Destillatölen, nicht destillierbaren flüssigen Bestandteilen und Feststoffen wird über ein Entspannungsventil 11 einer Vakuumdestillationsstufe 12 zugeführt. Vakuumrückstand und Destillate werden über Leitungen 13 und 14 zur weiteren Verwendung aus der Destillationsanlage abgezogen.In the reaction chamber 8, the coal is hydrogenated at an average temperature of approximately 475 ° C. The hydrogenation product produced passes into a hot separator 9, from which the vapors are drawn off overhead at approximately 475 ° C. and fed to the heat exchanger 18 via a line 10. The resulting from the bottom of the hot separator 9 sludge from heavy distillate oils, non-distillable liquid constituents and solids is fed to a vacuum distillation stage 12 via a pressure relief valve 11. Vacuum residue and distillates are withdrawn from the distillation system via lines 13 and 14 for further use.
Erfindungsgemäß wird dabei ein Teil der anfallenden schweren Destillatölmenge ohne weitere Abkühlung mittels einer Pumpe 15 auf den Druck des Heißabscheiders 9 gepumpt und über eine Leitung 16 sowie eine im oberen Bereich des Heißabscheiders angeordnete Ringleitung 17 erneut in diesen eingespeist. Die Einspeisung erfolgt so, daß das Destillatöl entlang der Innenwand des Heißabscheiders herabläuft. Auf diese Weise entsteht auf der Wand im oberen Bereich des Heißabscheiders ein dünner Schutzfilm und im Bereich des Sumpfes eine Abschlammverdünnungszone, wodurch Anbackungen bzw. Verkokungen auf der Innenwand verhindert werden. Der Heißabscheider 9 kann somit dampfseitig bei der gleichen Temperatur wie der Reaktor 8, also bei etwa 475º C gefahren werden, wodurch eine maximale Menge an Kopfprodukt bei der höchsten Temperatur des Verfahrens über die Leitung 10 dem Wärmetauscher 18 zuströmt.
According to the invention, part of the heavy amount of distillate oil obtained is pumped to the pressure of the hot separator 9 without further cooling by means of a pump 15 and is fed again into the latter via a line 16 and a ring line 17 arranged in the upper region of the hot separator. The feed takes place in such a way that the distillate oil runs down the inner wall of the hot separator. In this way, a thin protective film is formed on the wall in the upper area of the hot separator and a sludge dilution zone in the area of the sump, which prevents caking or coking on the inner wall. The hot separator 9 can thus be operated on the steam side at the same temperature as the reactor 8, that is to say at about 475 ° C., as a result of which a maximum amount of overhead product flows to the heat exchanger 18 via the line 10 at the highest temperature of the process.
Claims
1. Verfahren zum Hydrieren von Kohle, bei dem die feingemahlene Kohle mit einem Anreiböl zu einem Brei verrührt, auf Druck gepumpt, zunächst im Wärmetausch mit Hydrierprodukten vom Kopf des Heißabscheiders und dann durch Zufuhr von Fremdwärme auf die Anspringtemperatur der Hydrierung erhitzt und anschließend in Gegenwart von Wasserstoff der katalytisch beschleunigten Hydrierung unterzogen wird und bei dem das Hydrierprodukt in mindestens einem Heißabscheider in ein dampfförmiges Kopfprodukt jαnd ein flüssiges, schwere Destillatöle, nicht destillierbare Bestandteile und Feststoffe enthaltendes Sumpfprodukt zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der aus dem Sumpfprodukt des Heißabscheiders abgetrennten Destillatöle in den Heißabscheider zurückgeführt wird.1. A process for the hydrogenation of coal, in which the finely ground coal is stirred with a grinding oil to a pulp, pumped to pressure, first in the heat exchange with hydrogenation products from the head of the hot separator and then heated to the light-off temperature of the hydrogenation by supplying external heat and then in the presence of hydrogen is subjected to the catalytically accelerated hydrogenation and in which the hydrogenation product is broken down in at least one hot separator into a vaporous top product and a liquid, heavy distillate oil, undistillable constituents and solids-containing bottom product, characterized in that at least a part of the bottom product of the bottom product Hot separator separated distillate oils is returned to the hot separator.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der Destillatöle aus dem Sumpfprodukt durch Vakuumdestillation erfolgt, daß die dabei anfallenden Vakuum öldämpfe einer fraktionierten Kondensation in mindestens zwei Stufen unterzogen werden und daß zumindest ein Teil der schweren Destillatölfraktion ohne weitere Abkühlung in den Heißabscheider zurückgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the separation of the distillate oils from the bottom product is carried out by vacuum distillation, that the resulting vacuum oil vapors are subjected to fractional condensation in at least two stages and that at least a part the heavy distillate oil fraction is returned to the hot separator without further cooling.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zurückgeführten Destillatöle gleichmäßig auf die Innenwand des Heißabscheiders verteilt werden.3. The method according to claims 1 or 2, characterized in that the returned distillate oils are evenly distributed on the inner wall of the hot separator.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Destillatöle über ein im oberen Bereich des Heißabscheiders (9) angeordnete, mit Öffnungen versehene Ringleitung (17) erfolgt. 4. The method according to claim 3, characterized in that the distribution of the distillate oils via an arranged in the upper region of the hot separator (9), provided with openings ring line (17).
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GB2090283A (en) | 1982-07-07 |
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Legal Events
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