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國(guó)內(nèi)外煤層氣的轉(zhuǎn)化利用技術(shù)綜述

專(zhuān)業(yè):化學(xué)工程姓名:翟繼博學(xué)號(hào):201231460主要內(nèi)容1.國(guó)內(nèi)外煤層氣開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀2.煤層氣的主要轉(zhuǎn)化利用技術(shù)3.煤層氣轉(zhuǎn)化利用的新技術(shù)4.利用煤層氣時(shí)的安全性問(wèn)題1.國(guó)內(nèi)外煤層氣開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀1.1世界煤層氣資源分布

據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)(IEA)估計(jì),全球陸上煤田埋深于2km的煤層氣資源量約為26×1013m3,是常規(guī)天然氣探明儲(chǔ)量2倍多;全球可采煤層氣儲(chǔ)量已達(dá)13.78×1013m3。其中,俄羅斯、加拿大、中國(guó)、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)煤層氣儲(chǔ)量均超過(guò)10×1012m3(見(jiàn)左表)。1.2國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀1.美國(guó)美國(guó)是世界上煤層氣商業(yè)化開(kāi)發(fā)最為成功、產(chǎn)量最高的國(guó)家。美國(guó)有完善的天然氣管道系統(tǒng),生產(chǎn)的煤層氣大部分進(jìn)入天然氣管網(wǎng)銷(xiāo)售給燃?xì)夤?,礦井抽放的煤層氣有的直接供給坑口發(fā)電廠,或與煤混合燃燒作為鍋爐燃料。2.加拿大加拿大的煤層氣開(kāi)發(fā)起步比較晚,2000年以后,在加拿大政府的支持下,一些研究機(jī)構(gòu)根據(jù)本國(guó)以低變質(zhì)煤為主的特點(diǎn),開(kāi)展了一系列的技術(shù)研究工作,多分支水平井、連續(xù)油管壓裂等技術(shù)取得了重大進(jìn)展,降低了煤層氣開(kāi)采成本。3.澳大利亞20世紀(jì)末,充分吸收美國(guó)煤層氣資源評(píng)價(jià)和勘探、測(cè)試方面的成功經(jīng)驗(yàn),針對(duì)本國(guó)煤層含氣量高、含水飽和度變化大、原地應(yīng)力高等地質(zhì)特點(diǎn),成功開(kāi)發(fā)和應(yīng)用水平井高壓水射流改造技術(shù),使鮑恩盆地煤層氣勘探開(kāi)發(fā)取得了重大突破。

4.德國(guó)在煤層氣發(fā)電利用上較為成功,主要技術(shù)特點(diǎn)是模塊化燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組,采用集裝箱式設(shè)計(jì),便于拆裝、運(yùn)輸,對(duì)30%濃度以上甚至略低于30%甲烷濃度的氣體進(jìn)行發(fā)電利用,實(shí)現(xiàn)了電熱聯(lián)產(chǎn)。5.中國(guó)2008年,我國(guó)煤礦井下煤層氣抽采量53×108m3,地面煤層氣開(kāi)采量7.5×108m3;至2009年,我國(guó)已建成地面煤層氣產(chǎn)能25×108m3。在煤層氣地面開(kāi)采利用方面,中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司已經(jīng)率先在山西沁水將地面開(kāi)采的煤層氣送入西氣東輸主干線,年產(chǎn)能6×108m3,實(shí)現(xiàn)煤層氣與天然氣共輸共用。

此外,近幾年來(lái),我國(guó)煤層氣發(fā)電特別是用低濃度煤層氣(CH4體積分?jǐn)?shù)為6%~25%)發(fā)電技術(shù)進(jìn)展較快,2009年全國(guó)瓦斯發(fā)電機(jī)組已超過(guò)1200臺(tái),總裝機(jī)容量達(dá)到92×104kw,其中,國(guó)產(chǎn)發(fā)電機(jī)組占70%,進(jìn)口機(jī)組占30%。世界最大規(guī)模、總裝機(jī)容量12×104kw的山西晉城煤業(yè)集團(tuán)公司寺河瓦斯發(fā)電廠,年利用煤層1.8×108m3(折純)。

2.煤層氣的主要轉(zhuǎn)化利用技術(shù)

從資源利用的角度,煤層氣用途非常廣泛,可以用作民用、工業(yè)、發(fā)電、汽車(chē)燃料和化工原料等。1m3煤層氣約相當(dāng)于1kg燃油、1.3kg標(biāo)準(zhǔn)煤、9.5度電、3m3水煤氣、1.1~1.3升汽油。而煤層氣燃燒所產(chǎn)生的污染,大體上只有石油的1/40,煤炭的1/800,燃燒后生成二氧化碳和水,不產(chǎn)生一氧化碳等有毒氣體。2.1用作民用及工業(yè)燃料

煤層氣作為民用燃料,和煤炭比較具有熱值高、污染小、使用安全等特點(diǎn),不需龐大的凈化處理裝置,不腐蝕、不堵塞輸氣設(shè)備。煤層氣允許進(jìn)入天然氣管道的條件是甲烷濃度要高于95%。

煤層氣可以作為玻璃廠和冶煉廠的潔凈燃料。用煤層氣作燃料不僅低,熱值高,而且有利于改善廠區(qū)環(huán)境,提高產(chǎn)品質(zhì)量,大幅度提高玻璃廠、冶煉廠的經(jīng)濟(jì)效益。煤層氣也可用作汽車(chē)燃料,汽車(chē)用壓縮天然氣的技術(shù)指標(biāo)為甲烷濃度必須達(dá)到90%~100%,乙烷以上的烷烴含量不超過(guò)6.5%。煤層氣中甲烷成分占絕對(duì)優(yōu)勢(shì),濃縮后甲烷濃度可達(dá)95%以上,乙烷以上的烷烴含量極少,因此,煤層氣非常適合于生產(chǎn)汽車(chē)用壓縮天然氣,還可以與柴油混合制成車(chē)用混合燃料。

2.2用于發(fā)電

煤層氣發(fā)電是煤層氣資源利用的最佳途徑之一,發(fā)電設(shè)備主要有大中型燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)和微型燃?xì)廨啓C(jī),其中在燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上可發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)。(一)煤層氣發(fā)電利用流程煤層氣發(fā)電是指利用從礦井抽出的煤層氣,采用瓦斯發(fā)電機(jī)組,實(shí)現(xiàn)煤層氣發(fā)電、制熱,變廢為寶,開(kāi)辟綜合利用的新途徑。煤層氣發(fā)電利用過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)系如下圖所示。

(二)煤層氣發(fā)電技術(shù)及設(shè)備1.大中型燃?xì)廨啓C(jī)。簡(jiǎn)單的大中型燃?xì)廨啓C(jī)裝置由空氣壓縮機(jī)、燃燒室、動(dòng)力透平和一個(gè)發(fā)電機(jī)組成。

特點(diǎn):(1)裝機(jī)容量范圍寬,從500kW~25MW均可;(2)工作效率為30%左右;(3)可采用熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù);(4)十分適合礦井煤層氣,可利用中等質(zhì)量的煤層氣(5)技術(shù)成熟(6)需要配置壓縮機(jī),會(huì)消耗一部分電力

2.微型燃?xì)廨啓C(jī)。微型燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)由航空技術(shù)發(fā)展而來(lái)。微型燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)由一個(gè)空冷的小型燃?xì)廨啓C(jī)連接到高速發(fā)電機(jī)和單軸壓縮機(jī)上組成。

特點(diǎn):(1)裝機(jī)容量為30~2000kW;(2)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使其有較高的輸出能力,噪音小,效率高;(3)緊湊的結(jié)構(gòu)使其可以放在窄小的地方,但維護(hù)費(fèi)用較高;(4)產(chǎn)生電力主要用于提供地區(qū)用電,不并入電網(wǎng)。

在20世紀(jì)80年代后期,美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞等國(guó)家開(kāi)始利用煤礦瓦斯發(fā)電。發(fā)電設(shè)備主要為燃?xì)廨啓C(jī),瓦斯體積分?jǐn)?shù)一般在40%以上。我國(guó)第1個(gè)煤層氣發(fā)電示范項(xiàng)目是遼寧撫順礦物局的老虎臺(tái)電站,采用引進(jìn)的功率為1500kW的KGZ—3C燃?xì)廨啓C(jī),瓦斯體積分?jǐn)?shù)為40.4%。晉城礦業(yè)集團(tuán)的寺河礦區(qū)采用2臺(tái)功率為2000kW的燃?xì)廨啓C(jī),瓦斯體積分?jǐn)?shù)為55%~65%。我國(guó)第1個(gè)內(nèi)燃機(jī)瓦斯發(fā)電項(xiàng)目是在山西五里廟煤礦電站,采用的是勝動(dòng)集團(tuán)的功率為400kW的瓦斯發(fā)電機(jī)組,瓦斯體積分?jǐn)?shù)在30%以上。瓦斯沾發(fā)電賴(lài)機(jī)組義工藝自流程伏圖在中弓國(guó)低定濃度泥瓦斯?fàn)I發(fā)電該機(jī)組殊生廠它家——?jiǎng)偬镫[動(dòng)力之機(jī)械建集團(tuán)害公司腰,可駛以生罷產(chǎn)利奪用低躁濃度瓦營(yíng)斯(6訓(xùn)%~25保%)發(fā)電耕機(jī)組有。20接05年淮鈔南礦果業(yè)集滾團(tuán)與濫勝利扮油田藍(lán)動(dòng)力檔機(jī)械蒸集團(tuán)漲在淮口南礦嘩區(qū)謝蟲(chóng)一礦鴉建設(shè)章了低傳濃度積瓦斯疫發(fā)電遠(yuǎn)進(jìn)行雷低濃碰度瓦坊斯細(xì)掙水霧去輸送燃機(jī)發(fā)堡電技爹術(shù)工挪業(yè)性蛋試驗(yàn)勇。改陰變了填瓦斯肯濃度泉在30罪%以上餅才能屬利用,煤礦架大量咳的低災(zāi)于30惰%的瓦遼斯都炊排放油到大勵(lì)氣中飯的現(xiàn)醉狀。2.侄3用作阻工業(yè)押原料(1錯(cuò))生產(chǎn)晝甲醇煤層姜?dú)庵蠧H4轉(zhuǎn)化悉制合帥成氣文工藝妻有催峽化氧田化或卻非催北化部眠分氧臥化兩寺種工遭藝.催化子氧化疑法對(duì)銀轉(zhuǎn)化購(gòu)前的片煤層毒氣凈獎(jiǎng)化要像求很淚高。頭一般學(xué)需脫誦除H2S。有疏機(jī)硫媽化物惹須達(dá)撈到0.蜻1r塔g/猛g以下眉,才妨能滿何足在奪鎳催扭化劑屋下將CH4轉(zhuǎn)化困成CO也+H2,而婦且工擠藝流柱程長(zhǎng)除、投想資大.非催糊化部扣分氧導(dǎo)化法析,煤鄉(xiāng)豐層氣導(dǎo)不需廟凈化瘋,在樓常壓元下直旨接進(jìn)授行轉(zhuǎn)枕化,遍同時(shí)頓昂貴痛的Zn圾O脫硫亞劑用告量少晌,工歸藝技曾術(shù)成揮熟可征靠。根據(jù)絲式國(guó)內(nèi)政有關(guān)獎(jiǎng)單位恥對(duì)利襪用鄂固爾多脊斯煤艘層氣禾生產(chǎn)鏡甲醇(2套50萬(wàn)t/辭a裝置)設(shè)計(jì)傭結(jié)果亂,采艘用煤義層氣步非催莊化部糠分氧季化合山成甲婆醇工鐮藝,昏每t甲醇柿消耗爪煤層每氣17走50殘m3(折純),計(jì)腦入各停項(xiàng)費(fèi)罩用,福若煤隔層氣啞價(jià)格死按0.千5元/m3,則獸甲醇槍生產(chǎn)堡成本眾為10堂20元/t。按細(xì)照目什前甲畝醇23吵00元/t計(jì),奏具有孔一定薄的贏琴利空柱間。以煤恐層氣職為原史料生陳產(chǎn)甲猛醇具投有以窯天然淺氣為稀原料栽生產(chǎn)糖甲醇確的低尋投資希、高繞利潤(rùn)董的優(yōu)晚點(diǎn),啞又具劍有以漫煤為推原料卻制甲引醇的辛低成丟本、鬧大規(guī)罵模的套優(yōu)勢(shì)巷。表2為以尖天然培氣、石眉腦油園、渣掏油和劫煤4種原添料制組甲醇禽的成秀本比責(zé)較。表2部4種原腫料制武甲醇屬的成回本比狹較(2租)生產(chǎn)綁合成鞠油天然僻氣合恒成油(G寬TL掉)技術(shù)勤完全扎適用碧于煤桐層氣黨。以舟生產(chǎn)閉中間垮餾分膜油為唇主要芹產(chǎn)品膀的GT流L轉(zhuǎn)化且技術(shù)金,包漫括天撐然氣辰轉(zhuǎn)化少制合屢成氣歐,通剝過(guò)費(fèi)夕托反賴(lài)應(yīng)將雹合成叼氣轉(zhuǎn)洗化為顫液體眼烴,烤產(chǎn)品閣改質(zhì)婚三部燭分。其中店以Ha盜ld勸orTo視ps厭oe公司藝的自煮熱轉(zhuǎn)突化技?xì)g術(shù)為秘主,樂(lè)由于艇反應(yīng)怨溫度俯低、獲耗氧肥少,鴨生成慨的H2/C惱O比為2,適泄合合例成油道反應(yīng)探的需掩要,考水碳熱比為0.態(tài)6,比知其他膽自熱聲轉(zhuǎn)化愛(ài)技術(shù)羊低得闊多,腦因而崖裝置齡投資格低、籮效率歪高,塘是目訴前首竄推的塑合成捆氣生蛋產(chǎn)技貞術(shù),炒也是急未來(lái)溉大型GT薯L廠合裕成氣貧生產(chǎn)柏的基排礎(chǔ)技元術(shù).GT叉L技術(shù)拌最根確本的花問(wèn)題花是其萬(wàn)經(jīng)濟(jì)詞性,醉技術(shù)徐的可針行性鐘依賴(lài)臺(tái)于成佳本低斤廉的附天然恩氣作絕原料貓;另砌外合帶成氣森生成和從后續(xù)夕轉(zhuǎn)化福之間宜能源貞整合駛的優(yōu)幕化,裙也是飛提高冤經(jīng)濟(jì)尤性的違關(guān)鍵遼之一遇。因娘此使欠用廉完價(jià)煤妙層氣甚制合飼成油蘭比天補(bǔ)然氣激具有餐成本餃上的足優(yōu)勢(shì)米。(3仍)生產(chǎn)展炭黑甲烷逢在高宋溫下瀉燃燒壟熱分燦解后芒可產(chǎn)茅生粉釘狀碳流顆粒榆,即效炭黑厭。它璃是橡杯膠、盼涂料琴等工游業(yè)不垮可缺油少的起填加佛劑。餅甲烷封濃度40劃%~90穗%時(shí)均殃可燒貞制炭監(jiān)黑。柳一般渠每立格方米豪純甲唯烷可蘆生產(chǎn)塔炭黑12傭0g~15叉0g。2.傻4煤層戚氣的事液化滿利用低溫厲液化蘇后的縱煤層雀氣體中積縮喉小62陽(yáng)5倍,1臺(tái)35域m3的標(biāo)敘準(zhǔn)液殖化氣座槽車(chē)揪可運(yùn)暮輸21脹00自0睛Nm杯3煤層辰氣。遣美國(guó)丹近兩房誠(chéng)年已盛經(jīng)研天制成裹功液策化氣慨量在10拍00~10謀00敬0加侖/d的天斑然氣惑液化卡系統(tǒng)豬,并妖大力智推廣替這項(xiàng)難新技摩術(shù)。日前勇,陽(yáng)森泉煤陽(yáng)業(yè)集鏟團(tuán)在陡液化慌技術(shù)歪上與劍中國(guó)帶科學(xué)理院理風(fēng)化技羞術(shù)研酬究所手低溫螺系統(tǒng)房誠(chéng)關(guān)鍵音技術(shù)比組提史出了1個(gè)采宣用低排溫分采離的分方法判,將槍煤層敬氣中音的甲茄烷等認(rèn)可燃舍性氣獎(jiǎng)體從鐘混合搜氣中慨分離素并液捷化的培方案雞,設(shè)愁計(jì)了2種具悅體的揉分離傲、液淚化流糠程。拼陽(yáng)泉午煤業(yè)各集團(tuán)優(yōu)于20努07年7月建撒成雙其塔實(shí)紫驗(yàn)裝屢置,園可使膛液體繁甲烷構(gòu)的濃構(gòu)度穩(wěn)隱定地塌達(dá)到99差%以上墻。3.煤層充氣轉(zhuǎn)庸化利意用的粥新技糠術(shù)3.濾1三重競(jìng)整工凍藝制議合成掘氣三重北整工直藝,訂即CH4水蒸電氣O2混合礦轉(zhuǎn)化雞反應(yīng)(指在兵同一做個(gè)反蹲應(yīng)器顫內(nèi)同怒時(shí)進(jìn)抓行CO2轉(zhuǎn)化奶、CH4水蒸鋤氣轉(zhuǎn)癢化以滾及CH4部分幟氧化3種反絨應(yīng),爪即三云重整近反應(yīng)),具蜜有過(guò)臉程能遇效高代、合墊成氣H2/C燦O值適奴宜、術(shù)緩解戀催化載劑積街炭的省優(yōu)點(diǎn)曬。由于伯井下徐抽放馳煤層糾氣中傷含有梳大量籮的CH4、空后氣以摩及少巴量的CO2,因龜此,衡可直列接以屠煤層胸氣為荷原料擔(dān),輔技以少悶量的紋水蒸冷氣進(jìn)菌行CH精4三重弊整反教應(yīng),以實(shí)樂(lè)現(xiàn)廉罵價(jià)合肅成氣附的生綿產(chǎn)。烏但由慕于該啄反應(yīng)權(quán)是在柔較高鋤的溫彈度(8牛50住℃)下進(jìn)悟行,裙反應(yīng)龍過(guò)程壩中涉勇及復(fù)下雜的瞧氧化霧與還江原反盒應(yīng),幅催化晴劑本貿(mào)身在槐高溫演反應(yīng)素時(shí)會(huì)搬逐漸辨發(fā)生寬變化逆,因租此要焰實(shí)現(xiàn)滔工業(yè)糕化應(yīng)反用還仔有很訴多工夕作要鵲做。3.殖2甲烷偉氧化迷菌降切解瓦剖斯制顛甲醇甲烷棕在甲循烷氧議化菌確內(nèi)存違在的政甲烷才單加著氧酶(M家MO邊)的催糞化作卵用下晨轉(zhuǎn)化馬為甲蔥醇,業(yè)生成倉(cāng)的甲竟醇在禽醇脫觀氫酶額的作辯用下各轉(zhuǎn)化鴿為甲椅醛,據(jù)甲醛極在醛迅脫氫局酶作民用下?lián)苻D(zhuǎn)化蛙為甲般酸,而甲酸仰在酸共脫氫距酶作鉛用下壯轉(zhuǎn)化凝為CO2和H2O,即CH4→C蒸H3OH顛→H嫩CH公O→關(guān)HC成OO乘H→約CO2。如果候提高M(jìn)M家O活性傾,并遲抑制攪甲醇惰脫氫俱酶的宅活性腹就可麗以控超制反膜應(yīng)進(jìn)溪度、桶提高彩甲醇自的積微累,攻研究差表明ED贏TA、鄰跳二氮灶雜菲喜和雙元毗啶網(wǎng)等可廳以防涂止甲厘醇的收繼續(xù)鋼氧化亦。因申此,踏該方糖法為移由煤獲層氣困制甲旱醇提廢供了尋另一嫩新思蝴路。3.墓3煤層墳用作叛燃料片電池棄燃料燃料偵電池樸大體恰分為水以下5類(lèi):滲堿性膝燃料搖電池(A郵FC計(jì))、磷的酸鹽沙燃料店電池(P腿AF縱C)、熔盜融碳紐奉酸鹽棄燃料殖電池(M肌CF貓C)、高恥溫固枯體燃溪料電賓池(S末OF與C)和聚修合物選電解室質(zhì)燃畢料電擦池(P算EF測(cè)C),其PA載FC和SO景FC特別籠適合候以煤團(tuán)層氣蕩作為蜓燃料瞇。利用蝦煤層鏈氣開(kāi)庸發(fā)燃蜂料電區(qū)池的握關(guān)鍵應(yīng)問(wèn)題象就是卻要對(duì)俘煤層些氣進(jìn)枕行預(yù)這處理嗚,清除除掉承其中川少量千的污臉染物陣質(zhì),僵主要蝦是硫賄及其臟他鹵手素元沸素,石使其徒進(jìn)入秩燃料聲電池津之前思體積括分?jǐn)?shù)紡小于0.遇00舒03%,士但目跪前存鞏在包怒括陽(yáng)刊極積慣炭、沿反應(yīng)連機(jī)理稱(chēng)、陽(yáng)附極材猛料(催化聯(lián)劑)、反晨應(yīng)熱舊效應(yīng)起匹配漢和熱祝平衡刊等許覺(jué)多難雹題有餐待解連決。4.利用毯煤層氣時(shí)購(gòu)的安伸全性忠問(wèn)題甲烷階的爆瓜炸極易限為5%~16%,危由于教在開(kāi)散采煤刺層氣勞時(shí),產(chǎn)難免滴混入膜部分牽空氣顏,且劃部分傲地區(qū)愿開(kāi)采衣的煤穴層氣倦甲烷擺濃度誤較低獨(dú),有喉些甚闊至處緣瑞于其熟爆炸虎極限餅范圍梨之內(nèi)犁,因蠻此,沉在運(yùn)份輸利串用煤夜層氣將時(shí),纏必須塔考慮辟其安忠全性泉問(wèn)題鞏。研究災(zāi)表明銷(xiāo),壓挪力宅溫度裹對(duì)煤娛層氣鈴爆炸鍵極限葛范圍焰影響系較大央,因跌此泰要使擠煤層丹氣達(dá)門(mén)到安者全要斑求齊可以火從以紛下幾深點(diǎn)考公慮:(1鬧)降低意煤層門(mén)氣的勺壓力麗、溫架度盯通另壓力與對(duì)煤燥層氣嘆爆炸羅極限揉范圍莊的影芽響情風(fēng)況可星知:缺壓力甩降低,爆曬炸極京限范許圍減它小;虜溫度黑降低港,爆齒炸極件限范懸圍亦炒減小辟。在寬有其飼它可奔行方區(qū)案來(lái)炕確保踐安全煉的前印提下親,為胳了保器證輸粱送工塑藝要兆求,披一般曉不建正議采炎取降灣低壓頑力的睬方法解來(lái)降窮低爆延炸極掌限范鬼圍。(2欄)煤層盤(pán)氣提搭純伶采營(yíng)用煤菠層氣完提純姻技術(shù)寄也可向以提碎高煤箱層氣鈴的安慕全性冰,使開(kāi)煤層乞氣中岔甲烷準(zhǔn)含量豎高于葛的爆指炸上欲限,鉆并且程留有駱一定匙的安質(zhì)全裕暴量。劫變壓交吸附筋工藝仇目前餃?zhǔn)敲嚎訉託夥翁峒儩摰氖孜眠x技睡術(shù),匙它可山將N2、O2與甲透烷分衡離,撿處理野能力革可達(dá)5.財(cái)7萬(wàn)m3/d~28壘.3萬(wàn)m3/d,根宿據(jù)中飯科院則山西姨煤化降所提俗供的癢資料漢采用辮成熟翻的變黨壓吸否附技買(mǎi)術(shù)可羞以使名煤層并氣中害甲烷攤含量銅達(dá)到90~95%。(3簽)煤層員氣摻流混劉我朝國(guó)大震部分論礦區(qū)笑同時(shí)瞎具有籍井下思抽放燃和地燦面抽句放兩偶種抽鮮放系易統(tǒng),沫井下濱抽放

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