跨越油气时代：甲醇经济(二版)pdf/txt下载_在线阅读全文

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　　可供能源、石油及天然气化工、**化学、煤化工等领域的研究人员、工程技术人员以及政府部门相关管理人员参考阅读。

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内容简介

　　本书系2006年出版的由诺贝尔化学奖得主、有机化学家乔治A?奥拉先生主创的《跨越油气时代：甲醇经济》的修订版。
书中论述了各种燃料与能源的相互依存关系，指出了人类目前所使用的不可再生的化石能源的极限可利用程度，讨论了各种可再生能源与原子能的利用现状及展望，介绍了“氢经济”及其重大局限性，从而引出“甲醇经济”，特别是对利用工业排放及自然界的二氧化碳转化为甲醇及二甲醚提出了高瞻远瞩的观点。
这是一本前瞻性的、激发人们探索欲望的著作，可供能源、石油及天然气化工、有机化学、煤化工等领域的研究人员、工程技术人员以及政府部门相关管理人员参考阅读。

作者简介

乔治A．奥拉，博土，美国南加州大学杰出教授、碳氢化学研究所所长。1927年出生于匈牙利布达佩斯，毕业于布达佩斯理工大学并获博土学位。?956年在超强酸体系中发现了碳正离子和碳氢化学。1994年被授予诺贝尔化学奖。已发表1300多篇科学论文并出版15本专著，有120项专利被授权。目前的研究兴趣包括碳氢化学和能源领域(包括甲醇经济的诸多方面)。他得到过许多奖项和荣誉，包括2005年度美国化学会最高奖——普里斯特利奖章(PdestreyMedal)。
阿兰·戈佩特，博士，1974年出生于法国斯特拉斯堡市。在罗伯特·舒曼大学(斯特拉斯堡第三大学)化学专业毕业后，在德国阿伦技术经济大学获得硕士学位。然后他回到斯特拉斯堡，在路易·巴斯德大学师从吉恩·索莫教授进行超强酸体系中烷烃的反应性能研究，并在2002年获博土学位。他在法国政府奖学金的资助下赴美国南加州大学奥拉和普拉卡西研究小组作为助理研究员。他目前的研究方向主要是把甲烷和二氧化碳转化为更有价值的产品以及研究二氧化碳捕捉技术。
G．K．苏耶·普拉卡西，博士，美国南加州大学教授，奥拉诺贝尔荣誉教授。1953年出生于印度班加罗尔。他在印度获得学士(班加罗尔大学)和硕土(印度理工学院马德拉斯分校)学位后，于1974年去美国并在1978年获博士学位(师从奥拉教授)。主要研究兴趣是超强酸化学、碳氢化学、合成有机化学、有机氟化学、能源和催化领域。他已发表500多篇科学论文并出版7本专著。他曾得到过许多奖项和荣誉，包括2004年度美国化学会氟化学奖和2006年度美国化学会碳氢化学奖。

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目　　录

第1章引言
第2章煤炭在工业革命中及其以后的应用
第3章石油和天然气的历史
　3.1 石油的开采和勘探
　3.2 天然气　　
第4章化石燃料资源和利用
　4.1 煤炭
　4.2 石油
　4.3 非常规石油资源
　　4.3.1 沥青砂（tarsands）
　　4.3.2 油页岩（oilshale）
　4.4 天然气
　4.5 煤层气
　4.6 致密砂岩和页岩

第1章 引言 
第2章 煤炭在工业革命中及其以后的应用 
第3章 石油和天然气的历史 
　3.1 石油的开采和勘探 
　3.2 天然气　　 
第4章 化石燃料资源和利用 
　4.1 煤炭 
　4.2 石油 
　4.3 非常规石油资源 
　　4.3.1 沥青砂（tarsands） 
　　4.3.2 油页岩（oilshale） 
　4.4 天然气 
　4.5 煤层气 
　4.6 致密砂岩和页岩 
　4.7 甲烷水合物 
　4.8 展望　　 
第5章 日益减少的油气储备 
第6章 对碳基燃料、烃类及其产品的持续需求 
　6.1 分馏 
　6.2 热裂化　　 
第7章 化石燃料和气候变化 
　7.1 化石燃料对气候变化的影响 
　7.2 缓解　　 
第8章 可再生能源和原子能 
　8.1 概述 
　8.2 水电 
　8.3 地热能 
　8.4 风能 
　8.5 太阳能：光电转换和热能 
　　8.5.1 光电转换生电 
　　8.5.2 利用太阳热能发电 
　　8.5.3 利用盐湖太阳池发电 
　　8.5.4 利用太阳能供热 
　　8.5.5 太阳能的经济局限性 
　8.6 生物质能 
　　8.6.1 生物质能发电 
　　8.6.2 液体生物燃料 
　　8.6.3 生物甲醇 
　　8.6.4 生物燃料的优点和局限性 
　8.7 海洋能：热能、潮汐能和波浪能 
　　8.7.1 潮汐能 
　　8.7.2 波浪能 
　　8.7.3 海洋热能 
　8.8 核能 
　　8.8.1 裂变核能 
　　8.8.2 增殖反应堆 
　　8.8.3 对核能的需求 
　　8.8.4 经济性 
　　8.8.5 安全性 
　　8.8.6 辐射危险 
　　8.8.7 核副产物、核废料及其管理 
　　8.8.8 排放 
　　8.8.9 核聚变 
　　8.8.10 核能：未来的能源 
　8.9 未来展望　　 
第9章 氢经济及其局限性 
　9.1 氢气及其性质 
　9.2 氢能的开发 
　　9.3 氢气的生产和使用 
　　9.3.1 化石燃料制氢 
　　9.3.2 生物质制氢 
　　9.3.3 水的光生物学分解 
　　9.3.4 水的电解 
　　9.3.5 核能制氢 
　9.4 氢储存的挑战性 
　　9.4.1 液态氢 
　　9.4.2 压缩氢 
　　9.4.3 金属氢化物和固体吸收剂 
　　9.4.4 其他储氢方法 
　9.5 氢：集中还是分散地分配？ 
　9.6 氢的安全性 
　9.7 用于运输的氢 
　9.8 燃料电池 
　　9.8.1 历史 
　　9.8.2 燃料电池的效率 
　　9.8.3 氢燃料电池 
　　9.8.4 用于运输的质子交换膜燃料电池 
　　9.8.5 再生燃料电池 
　9.9 展望　　 
第10章 “甲醇经济”：概述 
第11章 甲醇和二甲醚作为燃料和能量载体 
　11.1 性质和历史背景 
　11.2 甲醇的化学应用 
　11.3 甲醇作为运输燃料 
　　11.3.1 醇类运输燃料的开发历程 
　　11.3.2 甲醇作为内燃机（ICE）燃料 
　　11.3.3 甲醇作为压缩点火式（柴油）发动机燃料 
　11.4 二甲醚作为运输燃料 
　11.5 二甲醚作为发电和生产民用燃气的燃料 
　11.6 生物柴油 
　11.7 先进的甲醇动力汽车 
　11.8 甲醇重整制氢用于燃料电池 
　11.9 直接甲醇燃料电池（DMFC） 
　11.10 依赖其他燃料的燃料电池和生物燃料电池 
　11.11 可再生燃料电池 
　11.12 甲醇和二甲醚作为船用燃料 
　11.13 甲醇用于固定发电和供热装置 
　11.14 甲醇的储存和分配 
　11.15 甲醇的价格 
　11.16 甲醇和二甲醚的安全性 
　11.17 甲醇和二甲醚动力汽车的尾气排放 
　11.18 甲醇和二甲醚的环境影响 
　11.19 二氧化碳化学回收制甲醇对气候变化的有利影响　 
第12章 甲醇的生产：从化石燃料和生物基原料到二氧化碳化学循环回收 
　12.1 用化石燃料生产甲醇 
　　12.1.1 用合成气生产甲醇 
　　12.1.2 用天然气生产合成气 
　　12.1.3 用石油和高碳烃生产合成气 
　　12.1.4 用煤生产合成气 
　　12.1.5 合成气生产的经济性 
　12.2 通过甲酸甲酯生产甲醇 
　12.3 用甲烷不经合成气生产甲醇 
　　12.3.1 甲烷直接氧化生成甲醇 
　　12.3.2 甲烷的催化气相氧化 
　　12.3.3 甲烷液相氧化生产甲醇 
　　12.3.4 甲烷通过单卤代甲烷生产甲醇 
　　12.3.5 甲烷向甲醇的微生物转化或光化转化 
　12.4 利用生物质（包括纤维素）制取甲醇 
　　12.4.1 生物气制取甲醇 
　　12.4.2 水产业 
　12.5 用二氧化碳生产甲醇 
　　12.5.1 二氧化碳与甲烷反应转化为甲醇 
　　12.5.2 二氧化碳通过甲烷的二元重整转化为甲醇 
　　12.5.3 从合成气或二氧化碳生产二甲醚 
　　12.5.4 将二氧化碳化学或电化学还原和加氢过程结合在一起 
　　12.5.5 通过化学循环回收从工业和天然来源中分离二氧化碳 
　　12.5.6 从大气中分离二氧化碳　　 
第13章 基于甲醇的化学品、合成烃和材料 
　13.1 基于甲醇的化学产品和材料 
　13.2 甲基叔丁基醚和二甲醚 
　13.3 甲醇到轻质烯烃和合成烃类的转化 
　13.4 甲醇制烯烃工艺 
　13.5 甲醇制汽油工艺 
　13.6 基于甲醇的蛋白质 
　13.7 展望　　 
第14章 绪论和前景 
　14.1 今日的现状 
　14.2 “甲醇经济”——未来的解决方案 
参考文献 
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前　　言

　　中文第二版前言(译文)
在本书第一版出版仅仅三年之后，由于受到了非常良好的市场认可及学术肯定，出版商建议我们继续出一个更新的版本。在此期间，我们提出的“甲醇经济”理念，已经在全世界各国取得很好的进展，包括研究与开发实践等领域。从小型的示范厂到大规模的甲醇与二甲醚工厂，这一领域的工业应用实践正在推进。这些包括二氧化碳制甲醇(与二甲醚)的工厂，同时还包括百万吨级的基于煤或天然气的甲醇(与二甲醚)工厂，这些工厂使用目前仍可利用的煤炭或天然气资源作为原料。
当化学回收自然界或工业二氧化碳资源制甲醇及其衍生物被广泛实施，通过“碳中和”与再生使用，甲醇经济的全部潜力将得以实现。这将使我们能够减少与全球气候变暖相关的严重环境问题。

中文第二版前言(译文)

在本书第一版出版仅仅三年之后，由于受到了非常良好的市场认可及学术肯定，出版商建议我们继续出一个更新的版本。在此期间，我们提出的“甲醇经济”理念，已经在全世界各国取得很好的进展，包括研究与开发实践等领域。从小型的示范厂到大规模的甲醇与二甲醚工厂，这一领域的工业应用实践正在推进。这些包括二氧化碳制甲醇(与二甲醚)的工厂，同时还包括百万吨级的基于煤或天然气的甲醇(与二甲醚)工厂，这些工厂使用目前仍可利用的煤炭或天然气资源作为原料。

当化学回收自然界或工业二氧化碳资源制甲醇及其衍生物被广泛实施，通过“碳中和”与再生使用，甲醇经济的全部潜力将得以实现。这将使我们能够减少与全球气候变暖相关的严重环境问题。

同时，最终从空气中化学回收二氧化碳，将为人类提供用之不竭的、在地球上任何地方都能得到的碳资源。从二氧化碳转化成甲醇需要的氢气，可以用任何可再生能源或原子能从水中获取。这种转化将使便利的交通和家用燃料、合成烃类及其产品得以继续生产，这些都是我们目前非常依赖的。应该强调的是，甲醇本身不是一种能量来源，而只是一种方便的能量储存、运输和使用形式。我们并不是说这种方法在各方面都是必须的，且一定是未来唯一的解决办法。然而，“甲醇经济”确实是一个新的、可行的、现实的方法，需要进一步发展和越来越多的实际应用。

我们感谢亚化咨询公司的夏磊先生和中国科学院上海有机化学研究所的胡金波教授，以及其他业界同仁们为本书中文版的翻译、出版和“甲醇经济”在中国的推广做出的贡献。

乔治 A·奥拉 
　　阿兰·戈佩特 
　　G·K·苏耶·普拉卡西 
　　(2011年6月于洛杉矶)
 
　　译者前言

从2006年出版的《跨越油气时代：甲醇经济》英文第一版，到2009年的英文第二版，仅有三年时间。在此期间，这一理念在全球范围内得到了很好的推广。正如奥拉教授所言：我们提出的“甲醇经济”理念，已经在全世界各国取得很好的进展，包括研究与开发实践等领域。

奥拉教授一直非常关心中国的发展，特别是近年来中国洁净煤转化、二氧化碳利用与新能源产业的发展近况。在这几年里，通过与奥拉教授的邮件沟通与当面交流，对于能源化工行业未来的轮廓和画面，我们的视线似乎也越来越清晰。

2009年底，我们几乎同时收到了奥拉教授亲笔签名的，从美国南加州大学邮寄来的英文第二版。在第一版的基础上，第二版内容大量增加了关于甲醇与二甲醚作为合适的能量载体，以及从化石燃料和生物资源到二氧化碳化学回收生产甲醇的论述。我们觉得很有必要将本书译成中文，进一步推荐给国内的读者。

尽管奥拉教授提到：“并不是说甲醇经济一定是未来唯一的解决方案，然而，确实是一个新的、可行的、现实的方法，需要进一步发展和越来越多的实际应用。”然而对我们读者而言，通过阅读本书科普式的文字内容，借鉴本书提供的关于能源、化工与环境等方面的完整分析框架，完全可以从中汲取大量的思想营养。

在本书翻译和出版过程中，得到了中国工程院副院长谢克昌院士，中科院上海有机化学研究所戴立信院士，清华大学倪维斗院士，上海市化学化工学会张培璋先生，上海华谊集团沈丽萍女士等前辈专家的关心和支持；得到了化学工业出版社同仁提供的许多帮助；也得到了德国南方化学集团的资助。参与本书翻译和校对的人员还包括顾约伦、郑春临等。此外，中科院上海有机所的郑吉、刘俊、倪传法、朱林桂、李亚、张来俊、高燕、许国峰、李怀峰、张继明参与了第一版翻译工作，为本书第二版翻译打下了坚实的基础。在此一并表示衷心的感谢。

尽管我们已经用心来完成本书的翻译，希望能将原著作者的思想和见解忠实地呈现给读者；但由于时间仓促，加上水平所限，难免还存在不足之处，敬请诸位读者批评和指正。

夏磊上海亚化咨询公司 
　　胡金波 中科院上海有机化学研究所 
　　2011年6月

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媒体评论

　　这是一本前瞻性的、激发人们探索欲望的著作

在线试读部分章节

　　中译本序一
能源与环境是二十一世纪人们最为关注的问题。能源是世界各国经济增长与人民生活水平提升的重要基础；而环境则关系到社会的可持续发展与子孙后代的生存家园。自2009年丹麦哥本哈根与2010年墨西哥坎昆的全球气候变化大会以来，能源、经济、温室气体、气候变化等热点话题在全球范围内的讨论已经上升到了一个前所未有的高度。
当今世界各国的能源结构中，化石能源平均占了86％，其中煤炭占到28％。而在中国，化石能源占到93％，煤比例高达70％左右。根据中国政府的规划，到2020年非化石能源将占能源总量的15％，也就是说化石能源还要占到85％的比例，而其中的65％～70％将依然是煤，2010年中国消耗了世界48?2％的煤。煤的大量生产和使用对中国的生态和环境造成巨大威胁。因此煤的清洁、高效、可持续开发利用就成为中国的巨大需求，其中如何通过煤热解、煤气化为基础，以一碳化学为主线，以单元过程优化集成为途径，生产各种化工产品和替代燃料，如烯烃、甲醇、二甲醚、精细化学品、合成油等，从而实现煤炭洁净高效转化，显得十分重要而且必要。甲醇，作为重要的能量载体与基本化工原料，有望在其中扮演关键的角色。
美国南加州大学George A?Olah，Alain Goeppert，G?K?SuryaPrakash三人的前瞻性著作《跨越油气时代：甲醇经济》详尽地论述了甲醇作为能量载体与基本化工原料的重要性，以及在未来通过二氧化碳与氢气合成甲醇，最终实现“碳中性”的循环的可能性与可行性。作为诺贝尔化学奖得主探讨未来能源、化工与环境问题，乔治·奥拉的这一著作在面世之日起就受到了广泛关注。
近年来，由于生产甲醇的原料来源十分广泛，煤、天然气、焦炉气、石油、生物质、二氧化碳等均可作为原料，生产技术日趋成熟，在全球范围内，甲醇装置的规模大幅提升，甲醇及其衍生物行业获得了快速发展。特别是在中国，甲醇生产能力增长迅速，不仅部分替代汽油已作为车用燃料，而且作为原料生产烯烃、芳烃等化工产品的新技术开发和工业化应用大力推进，这种趋势使得甲醇应用领域不断扩大，对中国提出的“加快发展高碳能源低碳化利用和低碳产业”，发展低碳经济，建设资源节约型与环境友好型社会有重要意义。
在此背景下，上海亚化咨询公司夏磊与中国科学院上海有机化学研究所胡金波等青年同仁，把本书译成了中文并由化学工业出版社出版，作为能源化工学界的前辈，我感到非常欣慰。在此，我谨向国内从事以及关心能源、化工、特别是现代煤化工领域发展的各界人士推荐这本著作。期待“甲醇经济”这一理念，以及其引出的“能量高效利用方式”与“合适的能量载体”等问题能促进读者对相关问题有更深入的理解和思考。
　　中国工程院院士副院长2011年7月
　　中译本序二

中译本序一

能源与环境是二十一世纪人们最为关注的问题。能源是世界各国经济增长与人民生活水平提升的重要基础；而环境则关系到社会的可持续发展与子孙后代的生存家园。自2009年丹麦哥本哈根与2010年墨西哥坎昆的全球气候变化大会以来，能源、经济、温室气体、气候变化等热点话题在全球范围内的讨论已经上升到了一个前所未有的高度。

当今世界各国的能源结构中，化石能源平均占了86％，其中煤炭占到28％。而在中国，化石能源占到93％，煤比例高达70％左右。根据中国政府的规划，到2020年非化石能源将占能源总量的15％，也就是说化石能源还要占到85％的比例，而其中的65％～70％将依然是煤，2010年中国消耗了世界48?2％的煤。煤的大量生产和使用对中国的生态和环境造成巨大威胁。因此煤的清洁、高效、可持续开发利用就成为中国的巨大需求，其中如何通过煤热解、煤气化为基础，以一碳化学为主线，以单元过程优化集成为途径，生产各种化工产品和替代燃料，如烯烃、甲醇、二甲醚、精细化学品、合成油等，从而实现煤炭洁净高效转化，显得十分重要而且必要。甲醇，作为重要的能量载体与基本化工原料，有望在其中扮演关键的角色。

美国南加州大学George A?Olah，Alain Goeppert，G?K?Surya
Prakash三人的前瞻性著作《跨越油气时代：甲醇经济》详尽地论述了甲醇作为能量载体与基本化工原料的重要性，以及在未来通过二氧化碳与氢气合成甲醇，最终实现“碳中性”的循环的可能性与可行性。作为诺贝尔化学奖得主探讨未来能源、化工与环境问题，乔治·奥拉的这一著作在面世之日起就受到了广泛关注。

近年来，由于生产甲醇的原料来源十分广泛，煤、天然气、焦炉气、石油、生物质、二氧化碳等均可作为原料，生产技术日趋成熟，在全球范围内，甲醇装置的规模大幅提升，甲醇及其衍生物行业获得了快速发展。特别是在中国，甲醇生产能力增长迅速，不仅部分替代汽油已作为车用燃料，而且作为原料生产烯烃、芳烃等化工产品的新技术开发和工业化应用大力推进，这种趋势使得甲醇应用领域不断扩大，对中国提出的“加快发展高碳能源低碳化利用和低碳产业”，发展低碳经济，建设资源节约型与环境友好型社会有重要意义。

在此背景下，上海亚化咨询公司夏磊与中国科学院上海有机化学研究所胡金波等青年同仁，把本书译成了中文并由化学工业出版社出版，作为能源化工学界的前辈，我感到非常欣慰。在此，我谨向国内从事以及关心能源、化工、特别是现代煤化工领域发展的各界人士推荐这本著作。期待“甲醇经济”这一理念，以及其引出的“能量高效利用方式”与“合适的能量载体”等问题能促进读者对相关问题有更深入的理解和思考。

中国工程院院士副院长2011年7月
 
　　中译本序二

有史以来，人类便有意识地利用各种能源来改善生活和从事生产活动。但是，人类对能源问题从来没有像今天这样给予高度关注。特别在我们中国，随着经济持续快速发展，当今经济社会各领域对于石油、煤炭、天然气等主要能源的需求显得十分迫切，能源问题已经上升到关系经济发展、国家安全和社会稳定的战略问题。

在这样的大背景下出现了《跨越油气时代：甲醇经济》一书。该书由美国南加州大学化学系著名有机化学家，1994年诺贝尔化学奖得主乔治·A·奥拉教授等人撰写，于2006年3月出版第一版。该书迅速在国外学术界和企业界引起了很大反响，其中Angew．Chem．和C&E
News等著名刊物对本书做了积极评价。

本书第一版广受读者认可，“甲醇经济”理念在能源、化工、环境等领域也获得很好的推广。2009年，在读者要求和出版社的建议下，奥拉教授及其团队继续更新并推出了第二版，在内容上对第一版做了进一步丰富和补充，全书的篇幅有20%的增加。

在石油资源日益减少的今天，作者前瞻性地提出“甲醇经济”理念，作为应对油气时代过后能源问题的一条解决途径。作者意识到，目前我们所使用的石油既是主要能源，又是核心化工原料。随着石油资源的日益减少，能源和化工这两大领域不可避免地会面临前所未有的危机。甲醇作为一类可通过多种方法得到的有机化学物质，它既能作为方便的液态燃料，也可作为代替石油的化工原材料，而甲醇生产本身还可以作为减轻大气中二氧化碳含量的一条绿色化学途径。他们认为甲醇经济将在能源的储存和转化中发挥重要作用。甲醇是一种方便安全而又清洁的能量载体。

能源问题与化学有着紧密的内在联系，因为很多能源物质本身就是化学物质(如石油、煤炭、天然气)或者是从化学物质转化而来的(如火力发电)。在第一版的基础上，长期关注能源化工行业发展的青年学者——上海亚化咨询公司夏磊先生与中国科学院上海有机化学研究所胡金波研究员等人把《跨越油气时代：甲醇经济》一书第二版译成了中文并由化学工业出版社出版。我谨向国内从事能源、化工、煤炭、石油、天然气等领域的工业界、学术界和政府行业主管部门，以及所有对当今和未来世界能源发展趋势感兴趣的人士推荐这本名家之作。作为一家之言，“甲醇经济”与其他如“氢经济”、生物质经济、太阳能等有关能源的各种观点一样，值得大家去进一步思考和探索。近年来石油储缺或天然气对汽车的充气装置多次出现事故，甲醇和二甲醚的安全性更成为无比重要的优点，值得我们重视。

到2010年底，中国的甲醇生产能力达到3800万吨，其中80％都以煤炭为原料。近几年来，随着新技术创新与工业化应用，如甲醇制烯烃(MTO)、甲醇制丙烯(MTP)，以及未来具有工业化前景的甲醇制芳烃(MTA)等技术的研究和开发，甲醇作为重要的化工基础原料的地位日渐凸显。进入到2011年，中国已经成为世界第二大经济体和世界第二大能源消费国，同时又是世界第三大煤炭储量国。在我国煤炭储量丰富的内蒙古、新疆等省区，着力发展甲醇经济应为一个合理的选择。对甲醇经济的批评很多关注于甲醇生产中二氧化碳的排放，但近日研究表明，在甲醇生产过程中，添加少量天然气或煤炭气即能极大地减少二氧化碳的排放。当然天然气、煤炭气本身就是含能很高的燃料，但转化得到的却是方便、安全、便于输送的能源载体——甲醇。在人类追求物质文明进步和能源、环境可持续发展的今天，高效、清洁地利用好我们相对丰富的煤炭资源显得尤为重要。对于“甲醇经济”的理念，我们应当给予足够的重视。

中国科学院院士 
　　中国科学院上海有机化学研究所研究员 
　　2011年7月

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