DE102022126366A1 - Use of a catalyst for removing ammonia from a hydrogen-rich fuel gas and process for removing ammonia from a hydrogen-rich fuel gas - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft die Verwendung eines Katalysators (1) zur Entfernung von Ammoniak aus einem wasserstoffreichen Brenngas, wobei der Katalysator (1) ein Trägermaterial (2) und eine sich zumindest auf einem Teil des Trägermaterials (2) befindende Aktivkomponente (3) aufweist, wobei die Aktivkomponente (3) Kupfer aufweist oder aus Kupfer besteht.The invention relates to the use of a catalyst (1) for removing ammonia from a hydrogen-rich fuel gas, wherein the catalyst (1) comprises a carrier material (2) and an active component (3) located on at least part of the carrier material (2), wherein the active component (3) comprises copper or consists of copper.
Description
Die Erfindung betrifft eine Verwendung eines Katalysators zur Entfernung von Ammoniak aus einem wasserstoffreichen Brenngas. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Entfernung von Ammoniak aus einem wasserstoffreichen Brenngas mit einem Katalysator.The invention relates to the use of a catalyst for removing ammonia from a hydrogen-rich fuel gas. Furthermore, the invention relates to a method for removing ammonia from a hydrogen-rich fuel gas using a catalyst.
Wie allgemein bekannt ist, wird Wasserstoff als Brennstoff in Brennstoffzellen für die unterschiedlichsten Anwendungen eingesetzt. Dabei stellt Ammoniak einen vielversprechenden, kohlenstofffreien Wasserstoffspeicher dar, der im Vergleich zu Wasserstoff eine höhere volumetrische Energiedichte und dadurch eine bessere Transport- und Speicherfähigkeit aufweist. Gemäß einem allgemeinen Stand der Technik wird in einem Hochtemperaturreaktor aus Ammoniak durch eine endotherme Zersetzung ein wasserstoffhaltiges bzw. wasserstoffreiches Gas mit einem Wasserstoffanteil von ca. 75 % gewonnen. Aufgrund der thermodynamischen Gleichgewichtslage sind in diesem Gas jedoch Spuren von Ammoniak, d.h. ein Anteil von bis zu mehreren 100 ppm, nicht vermeidbar. Diese Spuren von Ammoniak führen bei der Verwendung des Wasserstoffs in Niedertemperatur-Brennstoffzellen, beispielsweise Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen, zu deutlichen Leistungsverlusten. Um den für die Verwendung in Niedertemperatur-Brennstoffzellen üblicherweise geforderten Grenzwert von 0,1 ppm Ammoniak einhalten zu können, ist für eine solche Anwendung eine Spurenreinigung des Ammoniaks erforderlich.As is generally known, hydrogen is used as a fuel in fuel cells for a wide variety of applications. Ammonia is a promising, carbon-free hydrogen storage medium that has a higher volumetric energy density than hydrogen and therefore better transport and storage capacity. According to the general state of the art, a hydrogen-containing or hydrogen-rich gas with a hydrogen content of approx. 75% is obtained from ammonia in a high-temperature reactor through endothermic decomposition. However, due to the thermodynamic equilibrium, traces of ammonia in this gas, i.e. a content of up to several 100 ppm, are unavoidable. These traces of ammonia lead to significant performance losses when hydrogen is used in low-temperature fuel cells, for example proton exchange membrane fuel cells. In order to comply with the limit of 0.1 ppm ammonia typically required for use in low-temperature fuel cells, trace purification of the ammonia is necessary for such an application.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Verfahren zur Entfernung von Ammoniakspuren aus einem einer Brennstoffzelle zugeführten, wasserstoffreichen Brenngas bekannt, bei denen eine Ammoniak von dem Wasserstoffgas trennende Membran verwendet wird.From the general state of the art, methods for removing traces of ammonia from a hydrogen-rich fuel gas supplied to a fuel cell are known in which a membrane is used to separate ammonia from the hydrogen gas.
Außerdem ist es möglich, die Spuren von Ammoniak aus dem wasserstoffhaltigen Gas mittels Adsorption, beispielsweise an Aktivkohle, oberflächenreichem Aluminiumoxid oder Zeolithen, oder durch Absorption mittels Gaswäsche aus dem Gasstrom zu entfernen.In addition, it is possible to remove traces of ammonia from the hydrogen-containing gas by adsorption, for example on activated carbon, high-surface-area alumina or zeolites, or by absorption by gas scrubbing from the gas stream.
Des Weiteren existieren grundsätzliche Konzepte zur katalytischen Umsetzung von Ammoniak zu Stickstoff und Wasser durch selektive Oxidation gemäß der Reaktionsgleichung 4 NH3 + 3 O2 → => 2 N2 + 6 H2O. Der hierfür erforderliche Sauerstoff kann dem wasserstoffreichen Gas zum Beispiel in Form von Druckluft zugeführt werden. Hierzu wird beispielsweise auf die
Ferner können durch die Verwendung von Katalysatorsystemen mit Übergangsmetallen, wie Vanadium, Chrom, Wolfram, Molybdän, Mangan, Eisen oder Nickel, als Aktivkomponente auf oberflächenreichen Trägern, wie beispielsweise Al2O3, TiO2, ZrO2 oder CeO2, signifikante NH3-Umsätze von bis zu 95 % erreicht werden.Furthermore, by using catalyst systems with transition metals such as vanadium, chromium, tungsten, molybdenum, manganese, iron or nickel as active components on surface-rich supports such as Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 or CeO 2 , significant NH 3 conversions of up to 95% can be achieved.
Zwar ist mittels der oben genannten Adsorptions- oder Absorptionsverfahren eine Spurenreinigung von Ammoniak aus dem wasserstoffreichen Gas unterhalb von 1 ppm NH3 möglich; durch Verwendung von modifizierten Zeolith-Adsorbenzien ist sogar das Unterschreiten des Grenzwerts von 0,1 ppm darstellbar. Für die beiden Lösungen sind jedoch zusätzliche Prozesseinheiten mit entsprechenden Anlagebauteilen erforderlich, die teilweise mit hohem apparativem Aufwand, insbesondere bezüglich der Regenerierung oder den Austausch des Adsorbens bzw. Absorptionsmittels, betrieben werden.It is possible to purify traces of ammonia from the hydrogen-rich gas below 1 ppm NH 3 using the above-mentioned adsorption or absorption processes; by using modified zeolite adsorbents, it is even possible to achieve a level below the limit of 0.1 ppm. However, both solutions require additional process units with corresponding plant components, some of which are operated with a high level of equipment expenditure, particularly with regard to the regeneration or replacement of the adsorbent or absorption medium.
Des Weiteren hat die Reinigung des wasserstoffreichen Brenngases mittels einer Membran neben den hohen Kosten für die infrage kommenden Membranen den weiteren Nachteil, dass auf der Einlassseite der Membran ein relativ hoher Druck erforderlich ist, um ausreichende Volumenströme des wasserstoffreichen Gases zu generieren, was die Kosten eines solchen Verfahrens weiter erhöht.Furthermore, the purification of the hydrogen-rich fuel gas by means of a membrane has, in addition to the high costs of the membranes in question, the further disadvantage that a relatively high pressure is required on the inlet side of the membrane in order to generate sufficient volume flows of the hydrogen-rich gas, which further increases the costs of such a process.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verwendung eines Katalysators zur Entfernung von Ammoniak aus einem wasserstoffreichen Brenngas und ein Verfahren zur Entfernung von Ammoniak aus einem wasserstoffreichen Brenngas zu schaffen, mit denen eine effektive und kostengünstige Entfernung von Ammoniak aus dem wasserstoffreichen Brenngas möglich ist.It is therefore an object of the present invention to provide a use of a catalyst for removing ammonia from a hydrogen-rich fuel gas and a method for removing ammonia from a hydrogen-rich fuel gas, with which an effective and cost-effective removal of ammonia from the hydrogen-rich fuel gas is possible.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.According to the invention, this object is achieved by the features mentioned in
Durch die Verwendung eines Katalysators, der ein Trägermaterial und Kupfer als eine Aktivkomponente aufweist, war es möglich, unter realistischen, stationären Bedingungen sehr geringe Ammoniakkonzentrationen in dem wasserstoffreichen Brenngas zu erreichen, nachdem dieses den Katalysator durchströmt hatte.By using a catalyst comprising a support material and copper as an active component, it was possible to achieve very low ammonia concentrations in the hydrogen-rich fuel gas after it had passed through the catalyst under realistic, steady-state conditions.
Der verwendete Katalysator zeichnet sich insbesondere durch die hohe Aktivität und Selektivität hinsichtlich der selektiven NH3-Umsetzung zu N2 und H2O aus. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der erfindungsgemäß verwendete Katalysator den Sauerstoff nur in sehr moderater Weise mit dem im Überschuss vorhandenen Wasserstoff umsetzt, d.h. dass unerwünschte Konkurrenzreaktionen vermieden werden. Der erfindungsgemäß verwendete Katalysator setzt Ammoniak sehr selektiv zu N2 und H2O um, wohingegen im Prinzip kein NO oder N2O entsteht, wie dies möglicherweise zu erwarten gewesen wäre.The catalyst used is characterized in particular by its high activity and selectivity with regard to the selective conversion of NH 3 to N 2 and H 2 O. A further advantage is that the catalyst used according to the invention only reacts the oxygen with the excess hydrogen in a very moderate manner, ie undesirable competing reactions are avoided. The catalyst used according to the invention The catalyst converts ammonia very selectively into N 2 and H 2 O, whereas in principle no NO or N 2 O is produced, as might have been expected.
Im Gegensatz zu den bekannten Adsorptions-, Absorptions- und Membrantrennverfahren ist für die Implementierung der katalytischen NH3-Oxidation in die Versorgungsperipherie von Brennstoffzellen durch die erfindungsgemäße Verwendung des Katalysators lediglich ein einfacher Rohrreaktor notwendig, der nur einen sehr geringen Bauraum benötigt. Ein besonderer Vorteil des verwendeten Katalysators ist dabei auch dessen einfacher und kostengünstiger Aufbau sowie die Tatsache, dass eine regelmäßige Regenerierung oder der Austausch des Adsorbens bzw. Absorbens entfällt, wodurch sowohl die Investitions- als auch die Betriebskosten niedrig gehalten werden können.In contrast to the known adsorption, absorption and membrane separation processes, the implementation of catalytic NH 3 oxidation in the supply periphery of fuel cells through the use of the catalyst according to the invention only requires a simple tubular reactor that requires very little installation space. A particular advantage of the catalyst used is its simple and cost-effective construction and the fact that regular regeneration or replacement of the adsorbent or absorbent is not necessary, which means that both investment and operating costs can be kept low.
In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Trägermaterial eine spezifische Oberfläche von 80 - 1000 m2/g, vorzugsweise 400 - 900 m2/g, besonders bevorzugt 500 - 800 m2/g, aufweist. Eine solche spezifische Oberfläche des Trägermaterials hat sich im Hinblick auf eine gute Wirksamkeit des Katalysators bei der Entfernung von Ammoniak aus dem wasserstoffreichen Brenngas als besonders vorteilhaft erwiesen.In a very advantageous development of the invention, it can be provided that the carrier material has a specific surface area of 80 - 1000 m 2 /g, preferably 400 - 900 m 2 /g, particularly preferably 500 - 800 m 2 /g. Such a specific surface area of the carrier material has proven to be particularly advantageous with regard to a good effectiveness of the catalyst in removing ammonia from the hydrogen-rich fuel gas.
Die Erfinder haben festgestellt, dass, wenn Kupfer mit einem Anteil von 0,5 - 5 %, insbesondere 1 - 3 %, der Masse des Trägermaterials vorliegt, eine besonders gute Aktivität und Selektivität des Katalysators erreicht werden kann. Insbesondere kann der Anteil an Kupfer ca. 2 % der Masse des Trägermaterials betragen.The inventors have found that if copper is present in a proportion of 0.5 - 5%, in particular 1 - 3%, of the mass of the support material, a particularly good activity and selectivity of the catalyst can be achieved. In particular, the proportion of copper can be approximately 2% of the mass of the support material.
Um die Herstellung des Katalysators zu vereinfachen und dessen Wirksamkeit zu gewährleisten, kann des Weiteren vorgesehen sein, dass Kupfer in elementarer Form und/oder in Form von Kupferoxid und/oder in Form von Kupferhydroxid vorliegt.In order to simplify the preparation of the catalyst and to ensure its effectiveness, it can further be provided that copper is present in elemental form and/or in the form of copper oxide and/or in the form of copper hydroxide.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung kann darin bestehen, dass das Trägermaterial ein Zeolith ist. Die Erfinder haben festgestellt, dass die Verwendung von Zeolith als Trägermaterial, insbesondere in Kombination mit der Verwendung von Kupfer als Aktivkomponente, aufgrund der hohen Anzahl an Adsorptionsplätzen für Ammoniak die Verfügbarkeit des Eduktes Ammoniak in unmittelbaren Nähe der Aktivkomponente Kupfer erhöht und zu einer hohen Aktivität und Selektivität des damit hergestellten Katalysators führt.A further advantageous embodiment of the invention can consist in the support material being a zeolite. The inventors have found that the use of zeolite as a support material, in particular in combination with the use of copper as an active component, increases the availability of the reactant ammonia in the immediate vicinity of the active component copper due to the high number of adsorption sites for ammonia and leads to a high activity and selectivity of the catalyst produced therewith.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn der Zeolith ein Chabasit und/oder ein Beta-Zeolith und/oder ein MFI-Zeolith und/oder ein Y-Zeolith ist.It has been found to be particularly advantageous if the zeolite is a chabazite and/or a beta zeolite and/or an MFI zeolite and/or a Y zeolite.
Ein Verfahren zur Entfernung von Ammoniak aus einem wasserstoffreichen Brenngas ist in Anspruch 7 angegeben.A process for removing ammonia from a hydrogen-rich fuel gas is specified in claim 7.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine sehr hohe Aktivität und Selektivität der NH3-Umsetzung und damit eine sehr wirkungsvolle Entfernung von Ammoniak aus dem wasserstoffreichen Brenngas. Dabei kann das erfindungsgemäße Verfahren unter atmosphärischen Druckbedingungen, d.h. bei ca. 1 bar, und in kontinuierlicher Betriebsweise mit einem geringen apparativen Aufwand durchgeführt werden.The process according to the invention enables a very high activity and selectivity of the NH 3 conversion and thus a very effective removal of ammonia from the hydrogen-rich fuel gas. The process according to the invention can be carried out under atmospheric pressure conditions, ie at about 1 bar, and in continuous operation with little equipment expenditure.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, dass das wasserstoffreiche Brenngas eine Temperatur von 175 - 250 °C, vorzugsweise 180 - 235°C, besonders bevorzugt 200 - 225 °C, aufweist. Es hat sich herausgestellt, dass bereits eine vergleichsweise niedrige Temperatur des wasserstoffreichen Brenngases für eine effektive Umsetzung des Ammoniaks zu N2 und H2O ausreicht. Dies ist überraschend, da die für solche Reaktionen erforderlichen Temperaturen meist weitaus höher liegen. Des Weiteren stellen die niedrigen Temperaturen nur geringe prozesstechnische Herausforderungen dar.A particularly advantageous development of the method according to the invention can consist in the hydrogen-rich fuel gas having a temperature of 175 - 250 °C, preferably 180 - 235 °C, particularly preferably 200 - 225 °C. It has been found that a comparatively low temperature of the hydrogen-rich fuel gas is sufficient for an effective conversion of the ammonia to N 2 and H 2 O. This is surprising, since the temperatures required for such reactions are usually much higher. Furthermore, the low temperatures pose only minor process-technical challenges.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass Sauerstoff in Form von Luft und/oder reinem Sauerstoff zugeführt wird. Besonders bevorzugt ist die Zuführung des Sauerstoffs in Form von Luft, da hierzu nur ein äußerst geringer apparativer Aufwand erforderlich ist und Luft im Prinzip an jedem Ort zur Verfügung steht. Durch den hohen Sauerstoffgehalt in der Luft muss keine wesentlich größere Menge an Luft zugeführt werden als an Sauerstoff notwendig ist.In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, it can be provided that oxygen is supplied in the form of air and/or pure oxygen. It is particularly preferred to supply the oxygen in the form of air, since this requires only a very small amount of equipment and air is in principle available anywhere. Due to the high oxygen content in the air, it is not necessary to supply a significantly larger amount of air than is necessary.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, dass Sauerstoff mit einem Anteil von 0,5 - 10 %, vorzugsweise 0,5 - 5 %, des Volumens des wasserstoffreichen Brenngases zugeführt wird. Die Erfinder haben festgestellt, dass eine zu geringe Menge an Sauerstoff zu einer nicht ausreichenden Reaktion des Ammoniaks mit dem Sauerstoff führt. Eine zu hohe Menge an zugeführtem Sauerstoff führt dagegen zu einer zu hohen Menge an erzeugtem H2O, da auch Teile des wasserstoffreichen Brenngases mit dem Sauerstoff reagieren, und damit zu einem gewissen Verlust an Wasserstoff.A further advantageous embodiment of the method according to the invention can consist in supplying oxygen in a proportion of 0.5 - 10%, preferably 0.5 - 5%, of the volume of the hydrogen-rich fuel gas. The inventors have found that too little oxygen leads to an insufficient reaction of the ammonia with the oxygen. Too much oxygen, on the other hand, leads to too much H 2 O being produced, since parts of the hydrogen-rich fuel gas also react with the oxygen, and thus to a certain loss of hydrogen.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.An embodiment of the invention is shown in principle below with reference to the drawing.
Es zeigt:
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1 eine sehr schematische Darstellung eines erfindungsgemäß verwendeten Katalysators; -
2 eine schematische Darstellung einer Möglichkeit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; -
3 ein Diagramm, in dem die Konzentration von Ammoniak und Wasser nach Durchlaufen des erfindungsgemäß verwendeten Katalysators in Abhängigkeit von der Temperatur dargestellt ist; und -
4 ein Diagramm, in dem die Konzentration von Ammoniak und Wasser nach Durchlaufen des erfindungsgemäß verwendeten Katalysators in Abhängigkeit von der Sauerstoffkonzentration dargestellt ist.
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1 a very schematic representation of a catalyst used according to the invention; -
2 a schematic representation of a possibility for carrying out the method according to the invention; -
3 a diagram showing the concentration of ammonia and water after passing through the catalyst used in the invention as a function of temperature; and -
4 a diagram in which the concentration of ammonia and water after passing through the catalyst used according to the invention is shown as a function of the oxygen concentration.
Im vorliegenden Fall liegt Kupfer als die Aktivkomponente 3 mit einem Anteil von 0,5 - 5 %, insbesondere 1 - 3 %, der Masse des Trägermaterials 2 vor. Das Kupfer bedeckt dabei vorzugsweise nicht die gesamte Oberfläche des Trägermaterials 2, sondern lediglich einen Teil davon. Mit anderen Worten bildet neben der Aktivkomponente 3 auch das Trägermaterial 2 einen Teil der Oberfläche des Katalysators 1.In the present case, copper is present as the
Hierbei kann Kupfer in elementarer Form und/oder in Form von Kupferoxid und/oder in Form von Kupferhydroxid vorliegen bzw. in den genannten Formen bei der Herstellung des Katalysators 1 verwendet werden. Auch Mischungen der genannten Formen sind grundsätzlich möglich.Copper can be present in elemental form and/or in the form of copper oxide and/or in the form of copper hydroxide or can be used in the above-mentioned forms in the preparation of the
Das Trägermaterial 2 ist im vorliegenden Fall ein Zeolith, insbesondere ein Chabasit und/oder ein Beta-Zeolith und/oder ein MFI-Zeolith und/oder ein Y-Zeolith. Ein solcher Zeolith besteht chemisch üblicherweise aus Silizium, Aluminium und Sauerstoff. Es sind jedoch auch andere Trägermaterialen 2 möglich.In the present case, the
Das Trägermaterial 2 weist vorzugsweise eine spezifische Oberfläche von 80 - 1000 m2/g, vorzugsweise 400 - 900 m2/g, besonders bevorzugt 500 - 800 m2/g, auf.The
In
Bei dem hierin beschriebenen Verfahren zur Entfernung von Ammoniak aus dem wasserstoffreichen Brenngas wird dem wasserstoffreichen Brenngas vor dem Kontakt mit dem Katalysator 1 Sauerstoff, der mittels dem Pfeil „B“ dargestellt ist, zugeführt. Der Sauerstoff wird in Form von Luft und/oder reinem Sauerstoff zugeführt, d.h. es ist auch ein Gemisch aus Luft und reinem Sauerstoff möglich.In the process described here for removing ammonia from the hydrogen-rich fuel gas, oxygen, which is shown by the arrow "B", is supplied to the hydrogen-rich fuel gas before contact with the
An dem Katalysator 1, insbesondere an der Aktivkomponente 3 des Katalysators 1, reagiert das Ammoniak mit Sauerstoff zu Stickstoff und Wasser. Da der Katalysator 1 Sauerstoff nur in geringem Umfang mit dem im Überschuss vorhandenen Wasserstoff umsetzt, entsteht zudem auch ein gewisser Anteil an Wasser. Aus NH3 entsteht somit N2 und H2O. Der Katalysator 1 setzt demnach auch den in dem Ammoniak vorhandenen Stickstoff zu reinem Stickstoff (N2) um.At the
In
Des Weiteren ist aus dem Schaubild erkennbar, dass in diesem Temperaturbereich auch ein geringer Anteil an H2O entsteht. Das wasserstoffreiche Brenngas weist vorzugsweise eine Temperatur von 175 - 250 °C, vorzugsweise 180 - 235 °C, besonders bevorzugt 200 - 225 °C, auf. Bei dieser Temperatur handelt es sich um die Temperatur, bei der die Reaktion an dem Katalysator 1 stattfindet. Eine gewisse Temperatur ist dabei erforderlich, um die notwendige Aktivierungsenergie für die chemische Reaktion zu erreichen.Furthermore, it can be seen from the diagram that a small proportion of H 2 O is also produced in this temperature range. The hydrogen-rich fuel gas preferably has a temperature of 175 - 250 °C, preferably 180 - 235 °C, particularly preferably 200 - 225 °C. This temperature is the temperature at which the reaction takes place on the
In
Die technisch relevante Raumgeschwindigkeit betrug ca. 3000 h-1. Jeder Versuchspunkt wurde 24 h konstant gehalten, um überlagernde Sorptionseffekte des Ammoniaks auszuschließen.The technically relevant space velocity was approximately 3000 h -1 . Each test point was kept constant for 24 hours to exclude superimposed sorption effects of the ammonia.
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| WO2015180728A2 (en) | 2014-05-27 | 2015-12-03 | Danmarks Tekniske Universitet | Catalysts for selective oxidation of ammonia in a gas containing hydrogen |
| JP2020196646A (en) | 2019-06-03 | 2020-12-10 | 株式会社豊田自動織機 | Reforming system |
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2022
- 2022-10-11 DE DE102022126366.5A patent/DE102022126366A1/en active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012138405A1 (en) | 2011-04-08 | 2012-10-11 | Johnson Matthey Public Limited Company | Catalysts for the reduction of ammonia emission from rich-burn exhaust |
| WO2015180728A2 (en) | 2014-05-27 | 2015-12-03 | Danmarks Tekniske Universitet | Catalysts for selective oxidation of ammonia in a gas containing hydrogen |
| JP2020196646A (en) | 2019-06-03 | 2020-12-10 | 株式会社豊田自動織機 | Reforming system |
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