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( 1 2 ) Patent Application Publication ( 1 0 ) P u b . N o . : US 2 0 1 1 / 0 1 6 3 2 5 9 A 1( 1 9 ) United S t a t e s

S t e r z e l ( 4 3 ) P u b . D a t e : J u l . 7 , 2011( 5 4 ) HEAT TRANSFER FLUIDS AND HEAT P u b l i c a t i o n C l a s s i ? c a t i o n

STORAGE FLUIDS FOR EXTREMELY HIGH ( 5 1 ) I n t ClTEMPERATURES ASEDONPOLYSULFIDES C 0 9K / 0 0 ( 2 0 0 6 . 0 1 )

( 7 5 ) I n v e n t o r : Hans-Josef t e r z e l , ( 5 2 ) US. l . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252/71D a n n s t a d t- S c h a u e m h e i m ( D E )

7 3 ) A s s i g n e e : BASF S E , L u d W i g s h a f e n ( D E ) 5 7 ) ABSTRACT2 1 ) A p p l . N o . : 1 2 / 9 8 4 , 7 3 5

( 2 2 ) F i l e d : J a n . 5 , 2 0 1 13 0 ) F o r e i g n A p p l i c a t i o n P r i o r i t y D a t a

J a n . 5 , 2010 (DE) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1020100040630

A o m p o s i t i o n f o r t h e t r a n s p o r t a n d s t o r a g e o f h e a t e n e r g y ,W h i c h c o m p r i s e s a l k a l i m e t al p o l y s u l ? d e s o f t h e f o r m u l a( M e l ( l _ x ) , M e 2 x ) 2 S Z , Where Mel and Me2 a r e s e l e c t e d fromt h e g r o u p o f a l k a l i m e t a l s c o n s i s t i n g o f l i t h i u m , s o d i u m ,p o t a s s i u m , r u b i d i u m a n d c e s i u m , Mel s d i f f e r e n t f r o m Me2and X s from 0 t o l and i s from 2 . 3 t o 3 . 5 .

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HEAT TRANSFER FLUIDS AND HEATSTORAGE FLUIDS FOR EXTREMELY HIGH

TEMPERATURES BASED ONPOLYSULFIDES

[ 0 0 0 1 ] F l u i d s f o r t r a n s f e r r i n g h e a t e n e r g y a r e u s e d i n many? e l d s o f n d u s t r y . I n i n t e r n a l c o m b u s t i o n e n g i n e s , m i x t u r e s o fW a t e r and t h y l e n e g l y c o l c a r r y t h e W a s t e h e a t o f c o m b u s t i o nto t h e r a d i a t o r . S i m i l a r m i x t u r e s convey t h e h e a t from s o l a rr o o f c o l l e c t o r s t o h e a t s t o r a g e s . I n t h e c h e m i c a l i n d u s t r y , t h e yc o n v e y t h e h e a t f r o m h e a t i n g p l a n t s h e a t e d e l e c t r i c a l l y o r b ymeans of o s s i l f u e l s t o chemical e a c t o r s o r from h e l a t t e r t oc o o l i n g a p p a r a t u s e s .[ 0 0 0 2 ] A c c o r d i n g t o t h e r e q u i r e m e n t s p r o ? l e , many ? u i d sa r e u s e d . The ?uids should be i q u i d at ro o m temperature o re v e n a t l o W e r t e m p e r a t u r e s and s h o u l d , ? r s t and f o r e m o s t ,h a v e l o W v i s c o s i t i e s . W a t e r i s n o l o n g e r p o s s i b l e f o r r e l a t i v e l yh i g h u s e t e m p e r a t u r e s ; i t s v a p o r p r e s s u r e becomes t o o h i g h .F o r t h i s r e a s o n , h y d r o c a r b o n s Which s u a l l y c o m p r i s e a r om a t i c and l i p h a t i c p a r t s o f t h e m o l e c u l e a r e u s e d a t t e m p e r at u r e o f up o 2 5 0 C . O l i g o m e r i c s i l o x a n e s a r e a l s o f r e q u e n t l yu s e d f o r r e l a t i v e l y h i g h t e m p e r a t u r e s .[ 0 0 0 3 ] A eW c h a l l e n g e t o b e met by e a t t r a n s f e r ? u i d s i st h e r m a l s o l a r poWer s t a t i o n s Which e n e r a t e e l e c t r i c e n e r g yon l a r g e s c a l e . Such poWer t a t i o n s Were i t h e r t o b u i l t Withan i n s t a l l e d poWer of about 1000 megaWatt i n t o t a l . I n onee m b o d i m e n t , t h e s o l a r r a d i a t i o n i s f o c u s e d by means f p a r ab o l i c a l l y s h a p e d m i r r o r g r o o v e s on to t h e f o c a l l i n e o f t h em i r r o r s . T h e r e , t h e r e i s a m e t a l t u b e Which s l o c a t ed W i t h i n ag l a s s t u b e i n o r d e r t o a v o i d h e a t l o s s e s , W i t h t h e s p a c ebetWeen h e c o n c e n t r i c t u b e s b e i n g e v a c u a t e d . A e a t t r a n s f e r? u i d ?oWs h r o u g h t h e m e t a l t u b e . A c c o r d i n g t o t h e p r i o r a r t ,a m i x t u r e o f d i p h e n y l e t h e r a n d b i p h e n y l i s u s u a l l y u s e d h e r e .The e a t t r a n s f e r ?uid s h e a t e d t o a maximum f 80-400 .and s t e a m g e n e r a t o r i n Which a t e r i s v a p o r i Z e d i s o p e r a t e dby means of h i s . T h i s steam r i v e s a t u r b i n e and h i s i n t u r nd r i v e s t h e g e n e r a t o r a s i n a c o n v e n t i o n a l poWer t a t i o n . T o t a le ? i c i e n c i e s of about 20-23 p e r c e n t , based on h e energy cont e n t o f t h e i n c i d e n t s u n l i g h t , a r e a c h i e v e d i n t h i s W a y .[ 0 0 0 4 ] T h e r e a r e v a r i o u s p o s s i b l e Ways o f c o n c e n t r a t i n gt h e s o l a r r a d i a t i o n ; a p a r t f r o m p a r a b o l i c m i r r o r s , F r e s n e l m i rr o r s W hich likeWise concentrate t h e r a d i a t i o n on a tubet h r o u g h Which ? o W o c c u r s a r e a l s o e m p l o y e d .[ 0 0 0 5 ] B o t h c o m p o n e n t s o f t h e h e a t t r a n s f e r ? u i d ( d i p h e n y le t h e r and i p h e n y l ) b o i l a t a b o u t 2 5 6 C . u n d e r a t m o s p h e r i cp r e s s u r e . T h e m e l t i n g p o i n t o f b i p h e n y l i s 7 0 C . , a n d t h a t o fd i p h e n y l e t h e r i s 2 8 C . Mixing o f t h e tWo s u b s t a n c e s l o W e r st h e m e l t i n g p o i n t t o a b o u t 1 0 C .[ 0 0 0 6 ] The i x t u r e o f t h e t W o c o m p o n e n t s ( d i p h e n y l e t h e rand i p h e n y l ) can be used up t o a maximum f 380-400 C . ;a t h i g h e r t e m p e r a t u r e s , d e c o m p o s i t i o n o c c u r s , h y d r o g e n g a si s e v o l v e d a n d i n s o l u b l e c o n d e n s a t i o n p r o d u c t s d e p o s i t i np i p e s a n d v e s s e l s . The a p o r p r e s s u r e a t t h e s e t e m p e r a t u r e s i sa b o u t 1 0 b a r , a p r e s s u r e Which s s t i l l t o l e r a b l e i n i n d u s t r y .[ 0 0 0 7 ] T o o b t a i n t o t a l e ? i c i e n c i e s h i g h e r t h a n 2 0 - 2 3 p e rc e n t h i g h e r s t e a m e n t r y t e m p e r a t u r e s a r e n e c e s s a r y . The ? ic i e n c y o f a steam t u r b i n e i n c r e a s e s W i t h t h e t u r b i n e i n l e tt e m p e r a t u r e . Modern o s s i l f u e l - ? r e d poWer t a t i o n s W or k ts t e a m e n t r y t e m p e r a t u r e s o f up o 6 5 0 C . and h e r e b y a c h i e vee ? i c i e n c i e s o f a b o u t 45 . t Would e t e c h n i c al l y q u i t e p o ss i b l e to h e a t t h e h e a t t r a n s f e r ? u i d i n t h e f o c a l l i n e o f t h em i r r o r s to t e m p e r a t u r e s o f a b o u t 6 5 0 C . and t h u s l i k e W i s e

J u l . 7 , 2 0 1 1

a c h i e v e s u c h h i g h e f ? c i e n c i e s ; h o W e v e r , t h i s i s p r o h i b i t e d b yt h e l i m i t e d h e a t r e s i s t a n c e o f t h e h e a t t r a n s f e r ? u i d s .[ 0 0 0 8 ] T h e r e a r e o b v i o u s l y no o r g a n i c s u b s t a n c e s Whicha r e a b l e t o Withstand temperatures above 400 C . over t h el o n g t e r m ; at l e a s t , t h e r e a r e none knoWn t o d a t e . For t h i sr e a s o n , a t t e m p t s have been made o u s e i n o r g a n i c , m o re e a tr e s i s t a n t l i q u i d s i n s t e a d . The o s s i b i l i t y knoWn r o m n u c l e a rt e c h n o l o g y o f u s i n g l i q u i d s o d i u m a s h e a t t r a n s f e r ? u i d h a sb e e n i n t e n s i v e l y e x a m i n e d . H o W e v e r , t h e f a c t t h a t s o d i u m i sf a i r l y e x p e n s i v e , t h a t i t h a s t o b e p r o d u c e d W i t h h i g h e n e r g yc o n s u m p t i o n b y e l e c t r o l y s i s o f s o d i u m c h l o r i d e a n d t h a t i tr e a c t s With even r a c e s of ater o e v o l v e hydrogen and h u sr e p r e s e n ts a s a f e t y p r o b l e m h a v e s t o o d i n t h e Way f r a c t i c a lu se .[ 0 0 0 9 ] These problems a r e even mo r e a c u t e i n t h e c a s e oft h e e u t e c t i c a l l o y o f s o d i u m a n d p o t a s s i u m ( a b o u t 6 8 a t o mp e r c e n t o f p o t a s s i u m ) W h i c h c r y s t a l l i z e s a t 1 2 C .[ 0 0 1 0 ] A n o t h e r p o s s i b i l i t y i s t h e u s e o f i n o r g a n i c s a l t m e l t sa s h e a t t r a n s f e r ? u i d . Such a l t m e l t s a r e p r i o r a r t i n p r o c e s s e sW h i c h o p e r a t e a t h i g h t e m p e r a t u r e s . W o r k i n g t e m p e r a t u r e s o fup t o 5 0 0 C . and r y s t a l l i z a t i o n t e m p e r a t u r e s doWn o 1 0 0 C . a r e a c h i e v e d u s i n g m i x t u r e s o f p o t a s s i u m n i t r a t e , s o d i u mn i t r a t e , t h e c o r r e s p o n d i n g n i t r a t e s a n d o p t i o n a l l y f u r t h e r c a ti o n s s u c h as l i t h i u m o r c a l c i u m (US. P a t . No. 7 , 5 8 8 , 6 9 4 ) .[ 0 0 1 1 ] T h e f e r t i l i Z e r i n d u s t r y i s c a p a b l e o f p r o d u c i n g l a r g eamounts o f t h e n i t r i t e s and i t r a t e s . HoWever, tWo c o n s i d e ra b l e d i s a d v a n t a g e s o f t h e s a l t m e l t s l e a d t o them e i n g u s e do n l y t e n t a t i v e l y i n s o l a r t h e r m a l poWer t a t i o n s : as n i t r a t e s ,t h e y h a v e a s t r o n g l y o x i d i Z i n g e f f e c t o n m e t a l l i c m a t e r i a l s ,p r e f e r a b l y s t e e l s , a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s , a s a r e s u l t o fWhich h e i r maximum s e t e m p e r a t u r e i s l i m i t e d t o t h e a b o u t5 0 0 C . m e n t i o n e d a b o v e . S e c o n d l y , t h e t h e r m a l s t a b i l i t y o ft h e n i t r a t e s i s l i m i t e d a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s . They decompose W i t h e l i m i n a t i o n of oxygen t o form i n s o l u b l e o x i d e s .OWing o t h e i r c r y s t a l l i n e m e l t i n g p o i n t , t h e minimum s et e m p e r a t u r e i s a b o u t 1 6 0 C . A u r t h e r l o W e r i n g o f t h e m e l ti n g p o i n t c a n b e a c h i e v e d by a d d i t i o n o f l i t h i u m o r c a l c i u ms a l t s . H o W e v e r , t h e l i t h i u m s a l t s r e s u l t i n g r e a t l y i n c r e a s e dc o s t s , a n d a p r o p o r t i o n o f c a l c i u m i n c r e a s e s t h e m e l t v i s c o s i t ya t loW t e m p e r a t u r e s i n a d i s a d v a n ta g e o u s W a y .[ 0 0 1 2 ] At r e s e n t , s a l t m e l t s a r e u s e d a s h e a t s t o r a g e ? u i d i ns o l a r t h e r m a l p o W e r s t a t i o n s . H o W e v e r , b i p h e n y l a n d d i p h en y l e t h e r m i x t u r e s c o n t i n u e t o b e m o s t l y u s e d i n t h e s o l a r? e l d , a s a r e s u l t of hich h e s t o r a g e t e m p e r a t u r e c o n t i n u e s t obe i m i t e d t o a b o u t 390 C .[ 0 0 1 3 ] Whether a t e r u n d e r an p p r o p r i a t e l y h i g h p r e s s u r ei s s u i t a b l e a s h e a t t r a n s f e r ?uid a s l i k e W i s e been examined.HoWever, h e e x t r e m el y h i g h v a p o r p r e s s u r e o f more h a n 300b a r s t a n d s i n t h e Way f h i s , s i n c e s u c h a h i g h v a p o r p r e s s u r eWould make t h e t h o u s a n d s o f k i l o m e t e r s o f p i p e s i n a l a r g et h e r m a l s o l a r p o W e r s t a t i o n u n e c o n o m i c a l l y e x p e n s i v e .Steam i t s e l f i s u n s u i t a b l e a s h e a t t r a n s f e r ?uid and e a t s t o ra g e ? u i d b e c a u s e o f i t s c o m p a r a t i v e l y l o W t h e r m a l c o n d u ct i v i t y a n d t h e l o W h e a t c a p a c i t y p e r u n i t volume c o m p a r e d t oa l i q u i d .[ 0 0 1 4 ] A u r t h e r p r o b l e m a r i s e s b e c a u s e i t i s d e s i r a b l e a l s ot o o p e r a t e a s o l a r t h e r m a l poWer s t a t i o n a t n i g h t . For t h i sp u r p o s e , c o n s i d e r a b l e q u a n t i t i e s o f h e a t t r a n s f e r ? u i d h a v e t ob e s t o r e d i n l a r g e , t h e r m a l l y i n s u l a t e d t a n k s .[ 0 0 1 5 ] I f t h e h e a t c o n t e n t i s t o be s t o r e d f o r from h i r t e e n t of o u r t e e n h o u r s f o r a poWer t a t i o n h a v i n g an l e c t r i c o u t p u t ofa b o u t one i g a W a t t , t h i s r e q u i r e s t a n k c o n t e n t s o f t h e o r d e r o fa hundred thousand u b i c meters at 600 C . and an ? i c i e n c yo f 40 rom t h e h e a t r e s e r v o i r t o t h e o u t l e t o f t h e g e n e r a t o r .

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T h i s means h a t t h e h e a t t r a n s f e r ?uid a s t o be e r y i n e x p e ns i v e s i n c e o t h e r w i s e t h e c a p i t a l c o s t f o r s u c h a power s t a t i o nbecomes u n e c o n o m i c a l l y h i g h . I t a l s o means h a t s u ? i c i e n tm a t e r i a l o f t h e h e a t t r a n s f e r ? u i d h a s t o be a v a i l a b l e , s i n c ehundreds of one g i g a W a t t u n i t s a r e r e q u i r e d f o r s u p p l y on al a r g e s c al e and o s e c u r e t h e b a s e l o a d .[ 0 0 1 6 ] The s o l u t i o n t o t h e e c o n o m i c a l s u p p l y o f s o l a re n e r g y on a l a r g e s c a l e t h e r e f o r e u l t i m a t e l y depends onWhether h e r e i s a h e a t t r a n s f e r ?uid Which can be used n t h el o n g t e r m a t t e m p e r a t u r e s o f up t o 6 5 0 C . , h a s a v e r y l o W ,e c o n o m i c a l l y m a n a g e a b l e v a p o r p r e s s u r e , p r e f e r a b l y b e l o W1 0 b a r , a t t h i s t e m p e r a t u r e , d o e s n o t o x i d a t i v e l y a t t a c k th e i r o nm a t e r i a l s u s e d a n d h a s a v e r y loW e l t i n g p o i n t .[ 0 0 1 7 ] A t ? r s t g l a n c e , t h e s e c o n d i t i o n s c o u l d m o s t e a s i l y b es a t i s ? e d b y e l e m e n t a l s u l f u r . S u l f u r i s a v a i l a b l e i n s u f ? c i e n t l yl a r g e q u a n t i t i e s ; t h e r e a r e v e r y l a r g e , h i g h - y i e l d i n g d e p o s i t sand s u l f u r i s o b t a i n e d a s Waste i n t h e d e s u l f u r i Z a t i o n of u e l sand n a t u r a l g a s . At p r e s e n t , t h e r e a r e no p o s s i b l e u s e s f o rm i l l i o n s of e t r i c t o n s of u l f u r .[ 0 0 1 8 ] T h e m e l t i n g p o i n t o f s u l f u r o f j u s t a b o u t 1 2 0 C . i sloWer h a n t h a t of a l t m e l t s f o r u s e a s h e a t t r a n s f e r ?uid andt h e b o i l i n g p o i n t o f s u l f u r o f 4 4 4 C . i s i n t h e c o r r e c t r a n g e :d e c o m p o s i t i o n i s v i r t u a l l y r u l e d o u t . At 6 5 0 C . , t h e v a p o rp r e s s u r e of u l f u r i s a b o u t 1 0 b a r , a p r e s s u r e Which s i n d u st r i a l l y m a n a g e a b l e . A t 1 2 0 C . , t h e v i s c o s i t y o f s u l f u r i s o n l ya b o u t 7 c e n t i p o i s e 7 m P a s ) .[ 0 0 1 9 ] The e n s i t y o f l i q u i d s u l f u r i s on a v e r a g e a b o u t 1 . 6k g / l i t e r o v e r a Wide t e m p e r a t u r e r a n g e , t h e s p e c i ? c h e a t i sa b o u t 1 0 0 0 j o u l e p e r k g a n d d e g r e e o r a b o u t 1 6 0 0 j o u l e p e rl i t e r a n d d e g r e e . I t i s t h u s b e l o W t h a t o f W a t e r , v i Z . 4000 o u l ep e r l i t e r and d e g r e e , b u t a b o v e t h e s p e c i ? c h e a t o f mostc u s t o m a r y o r g a n i c h e a t t r a n s f e r ? u i d s . ( M a t e r i a l s d a t a ; H a n sG u n t h e r H i r s c h b e r g , Handbuch V e r f a h r e n s t e c h n i k a n dA n l a g e n b a u , p a g e 1 6 6 , S p r i n g e r V e r l a g 1 9 9 9 , ISBN3 5 4 0 6 0 6 2 3 8 ) .[ 0 0 2 0 ] A i s a d v a n t a g e of l e m e n t a l s u l f u r f o r u s e a s h e a tt r a n s f e r ?uid r a s t o r a g e ? u i d c o u l d be t s v i s c o s i t y b e h a v i o r :[ 0 0 2 1 ] I n t h e t e m p e r a t u r e r a n g e from b o u t 1 6 0 t o 2 3 0 C . ,t h e c y c l i c s u l f u r m o l e c u l e s u n d e r g o r i n g - o p e n i n g p o l y m e ri Z a t i o n t o f o r m v e r y l o n g c h a i n s . W h i l e t h e v i s c o s i t y a b o v et h e m e l t i n g r a n g e i s a b o u t 7 mPas, t i n c r e a s e s a t 1 6 0 C . t o 2 3mPas and t t e m p e r a t u r e s i n t h e r a n g e from 170 t o 200 C . i tr e a c h e s m a x i m u m a l u e s o f a b o u t 1 0 0 000 m P a s . The o l ym e r i Z a t i o n o f s u l f u r t h u s g e n e r a l l y b r i n g s a b o u t a n i n c r e a s e i nv i s c o s i t y , s o t h a t t h e normal u r i ? e d s u l f u r c a n i n g e n e r a l nol o n g e r b e pumped n t h i s t e m p e r a t u r e r a n g e , Which s n o t v er ys u i t a b l e f o r use a s h e a t t r a n s f e r ? u i d .[ 0 0 2 2 ] I t Was an o b j e c t of h e i n v e n t i o n t o d i s c o v e r a comp o s i t i o n f o r t h e t r a n s p o r t a n d s t o r a g e o f h e a t e n e r g y ( h e r e i na f t e r a l s o r e f e r r e d t o a s h e a t t r a n s f e r medium/heat s t o r a g emedium f t h e i n v e n t i o n ) , W h i c h c o m p r i s e s s u l f u r a n d d o e sn o t d i s p l a y t h e d i s a d v a n t a g e s i n d i c a t e d a b o v e , f o r e x a m p l et h e r e l a t i v e l y h i g h v a p o r p r e s s u r e a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e sa n d e s p e c i a l l y t h e v i s c o s i t y i n c r e a s e .[ 0 0 2 3 ] As r e s u l t o f t h e d e v e l o p m e n t s o f t h e s o d i u m - s u l f u rb a t t e r y , s o m e i n d u s t r i a l l y i m p o r t a n t p r o p e r t i e s o f p o l y s u l ? d em e l t s , as d e s c r i b e d b e l o W , h a v e become knoWn n t h e p a s t .[ 0 0 2 4 ] M e l t i n g p o i n t minima c c u r i n t h e b i n a r y s y s t e m s a tt h e c o m p o s i t i o n s N a 2 S 3 a t 2 3 5 C . a n d KZSL44 t 1 1 2 C . ;Na2S3 d o e s n o t e x i s t i n t h e m e l t b u t i n s t e a d a m i x t u r e o fp r e d o m i n a n t l y N a 2 S 2 a n d N a 2 S 4 s p r e s e n t . The o W e s t e u t e ct i c m e l t i n g p o i n t i n t h e c a l c u l a t e d ) t e r n a r y s y s t e mKiNaiS s d i s p l a y e d b y a p o l y s u l ? d e o f t h e c o m p o s i t i o n

K O _ 7 7 N a O _ 2 3 ) 2 S 3 _ 7 4 a t 7 3 C . ( L i n d b e r g , D . , B a c k m a n , R . ,

J u l . 7 , 2 0 1 1

H u p a , M . , C h a r t r a n d , P . , T h e r m o d y n a m i c e v o l u t i o n a n do p t i m i z a t i o n o f t h e NaiKiSi y s t e m i n J . Chem. h e n n .2 0 0 6 ) 3 8 , 9 0 0 - 9 1 5 ) .[ 0 0 2 5 ] Some e f e r e n c e s s t a t e t h a t sodium o l y s u l ? d e s a r eu n s t a b l e a t t h e i r m e l t i n g p o i n t s . T h e p o t a s s i u m p o l y s u l ? d e sa r e s a i d t o be more s t a b l e . According t o t h e s e r e f e r e n c e s ,KZS4 e c o m p o s e s u n d e r a t m o s p h e r i c p r e s s u r e a t 6 2 0 C . i n t oK Z S 3 a n d s u l f u r ; K Z S 3 d e c o m p o s e s a t 7 8 0 C . i n t o K Z S 2 a n ds u l f u r ( U S . P a t . N o . 4 , 2 1 0 , 5 2 6 ) .[ 0 0 2 6 ] The a n g e s h a v i n g m o l a r s u l f u r s p e c i e s f r o m S 2 t oS 3 a r e t h u s p a r t i c u l a r l y s t a b l e . I f t h e p h a s e d i a g r a m s o f t h eb i n a r y s y s t e m s a r e e x a m i n e d , a m e l t i n g p o i n t o f , f o r e x a m p l e ,3 6 0 C . i s f o u n d f o r N a 2 S2 _ 8 , a m e l t i n g p o i n t o f 2 5 0 C . i sf o u n d f o r K 2 S 2 _ 8 and m e l t i n g p o i n t o f a b o u t 2 7 0 C . i s f o u n df o r t h e t e r n a r y p o l y s u l ? d e N a K S 2 _ 8 .[ 0 0 2 7 ] T h e q u i t e h i g h m e l t i n g p o i n t s d o n o t p r o v i d e muchencouragement o look t a l k a l i metal o l y s u l ? d e s f o r u s e a sh e a t t r a n s f e r medium and e a t s t o r a g e medium.[ 0 0 2 8 ] R a t h e r , t h e v i s c o s i t y b e h a v i o r o f t h e p o l y s u l ? d e sp o i n t s aWay from o n c e n t r a t i n g on h i s c l a s s o f compound: onc l o s e r e x a m i n a t i o n o f t h e m e l t s o f l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e s i th a s b e e n f o u n d t h a t t h e a l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e s h a v ei n c r e a s e d v i s c o s i t i e s a t t e m p e r a t u r e s beloW 2 0 0 C . T h u s ,s o d i u m p o l y s u l ? d e s o f t h e f o r m u l a N a 2 S3 _ 4 h a v e a v i s c o s i t yo f a b o u t 1 0 c e n t i p o i s e a t 4 0 0 C . ( T h e Sodium S u l f u r B a tt e r y , J . L . S u d W o r t h a n d A . R . T i l l e y , U n i v . P r e s s 1 9 8 5 , p a g e s1 4 3 - 1 4 6 , ISBN 4 1 2 - 1 6 4 9 0 - 6 ) .[ 0 0 2 9 ] T h i s v a l u e d o u b l e s o n l o W e r i n g t h e t e m p e r a t u r e b y5 0 C . , i . e . t o 20 cP t 3 5 0 C . , 4 0 cP t 3 0 0 C . , 1 6 0 c P a t 2 0 0 C . , 3 2 0 c P a t 1 5 0 C . a n d , e x t r a p o l a t e d f u r t h e r , 6 4 0 c P i f t h ep o l y s u l ? d e Was t i l l l i q u i d a t 1 0 0 C . The a t t e r v a l u e o f 640cP o r r e s p o n d s t o a b o u t h a l f t h e v i s c o s i t y o f g l y c e r o l a t roomt e m p e r a t u r e ( 1 4 8 0 c P ) . F o r c o m p a r i s o n , t h e v i s c o s i t y o f a t e ri s a b o u t 1 c P , t h a t o f o l i v e o i l from a b o u t 1 0 0 t o 200 P . Thea l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e s o f t e n s o l i d i f y i n a v i t r e o u s f a s h i o na n d f o r m h i g h - v i s c o s i t y g l a s s e s W h i c h s l o W l y c r y s t a l l i z e o v e ra p e r i o d o f d a y s a t room e m p e r a t u r e .[ 0 0 3 0 ] F i n a l l y , t h e c o r r o s i o n b e h a v i o r o f t h e a l k a l i m e t a lp o l y s u l ? d e m e l t s l i k e W i s e p r o v i d e s no e n c o u r a g e m e n t t oexamine h i s c l a s s of compounds o r u s e a s h e a t t r a n s f e r ?uida n d h e a t s t o r a g e ? u i d . T h u s , i t i s k n o W n , f o r e x a m p l e , t h a ta l k a l i m e t al p o l y s u l ? d e m e l t s c a n r a p i d l y d i s s o l v e e v e nm e t a l l i c g o l d t o f o r m c o m p l e x s u l ? d e s .[ 0 0 3 1 ] I n t h e f o l l o W i n g , Me e p r e s e n t s t h e g r o u p o f t h ef o l l o W i n g a l k a l i m e t a l s o f t h e P e r i o d i c T a b l e o f t h e E l e m e n t s :l i t h i u m , s o d i u m , p o t a s s i u m , r u b i d i u m a n d c e s i u m .[ 0 0 3 2 ] I t h a s noW u r p r i s i n g l y been o u n d t h a t a l k a l i m e t a lp o l y s u l ? d e s o f t h e c o m p o s i t i o n ( I ) h e r e i n a f t e r a l s o r e f e r r e dt o a s a l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e s a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n )

( M M U M M P Z X B S X ( I )Where Mel and Me2 r e s e l e c t e d from t h e group of a l k a l im e t a l s c o n s i s t i n g o f l i t h i u m , s o d i u m , p o t a s s i u m , r u b i d i u mand c e s i u m , Me1 i s d i f f e r e n t from Me2 and x s from 0 t o 1and i s from . 3 t o 3 . 5 , a r e s t i l l ?uid t t e m p e r a t u r e s doWn o1 3 0 C . , i . e . h a v e s i g n i ? c a n t l y l o W e r m e l t i n g p o i n t s a n d v i sc o s i t i e s t h a n t h o s e t o b e e x p e c t e d from t h e l i t e r a t u r e .[ 0 0 3 3 ] P r e f e r e n c e i s g i v e n o t h e p o l y s u l ? d e s d e ? n e d a b o v ei n f o r m u l a I ) i n W h i c h M e l r p o t a s s i u m a n d M e 2 : s o d i u m ,p a r t i c u l a r l y p r e f e r a b l y t h e p o l y s u l ? d e s d e ? n e d a b o v e i n f o rmula I ) i n W h ich x s from . 5 t o 0 . 7 and i s from . 4 to 2 . 9 .W i t h p a r t i c u l a r p r e f e r e n c e b e i n g g i v e n t o t h e p o l y s u l ? d e sd e ? n e d a b o v e i n f o r m u l a I ) i n W h i c h Melrpotassium a n dMe2 :sodium and x s from . 5 t o 0 . 7 and i s from . 4 t o 2 . 9 .

8/12/2019 Us 20110163259

4/10

US 011/0163259 A1

[ 0 0 3 4 ] F u r t h e r a r t i c u l a r p r e f e r e n c e s g i v e n t o t h e p o l y s u l? d e s o f t h e f o r m u l a e N a O _ 5 _ O _ 6 5 K O _ 5 _ O _ 3 5 ) 2 S 2 _ 4 _ 2 _ 8 o r ( N a O _ 6 K O _4 ) 2 S 2 . 6[ 0 0 3 5 ] The m e l t i n g p o i n t s o b s e r v e d W e r e g e n e r a l l y moret h a n 2 0 0 0 C . l o w e r t h a n t h e l i t e r a t u r e v a l u e s .[ 0 0 3 6 ] A c c o r d i n g t o t h e p r e s e n t s t a t e o f k n o w l e d g e , t h e s ea r e a t t r i b u t a b l e to t h e d i f f e r e n t method of s y n t h e s i s of t h ea l k a l i m e t al p o l y s u l ? d e s a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n c o m p a r e dto t h e l i t e r a t u r e .[ 0 0 3 7 ] The l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e s a c co r d i n g t o t h e i n v e nt i o n c a n b e o b t a i n e d by t h e f o l l o W i n g p r o c e s s e s .[ 0 0 3 8 ] F o r t h e p u r p o s e s o f t h e i n v e n t i o n , v e r y e c o n o m i c a ls y n t h e t i c r o u t e s s h o u l d be e m p l o y e d . F o r t h i s p u r p o s e , conc e n t r a t e d a q u e o u s s o l u t i o n s o f t h e c o r r e s p o n d i n g a l k a l i m e t a lh y d r o g e n s u l ? d e s ( M e H S ) . f o r e x a m p l e s o d i u m h y d r o g e n s u l? d e , NaHS, o r p o t a s s i u m h y d r o g e n s u l ? d e , KHS, W h i c h a r eo b t a i n e d b y p a s s i n g h y d r o g e n s u l ? d e i n t o t h e a q u e o u sh y d r o x i d e s o l u t i o n s o f t h e c o r r e s p o n d i n g a l k a l i m e t a l s M e ,Were e a c t e d W i t h s u l f u r a c c o r d i n g t o t h e g e n e r a l f o r m u l a

2MeHS+zS >Me2S(Z+1)+H2S (Me:al kal i metal ,f o r e x a m p l e K , N a )W i t h o n e e q u i v a l e n t o f h y d r o g e n s u l ? d e b e i n g g i v e n o f f . T h i sh y d r o g e n s u l ? d e c a n b e r e c i r c u l a t e d a n d r e u s e d f o r p r e p a r i n gt h e a l k a l i m e t a l h y d r o g e n s u l ? d e s .[ 0 0 3 9 ] The Water of e a c t i o n and t h e s o l u t i o n Water Werep r e f e r a b l y d i s t i l l e d o f f q u i c k l y W i t h t h e t e m p e r a t u r e b e i n gi n c r e a s e d t o up o 5 0 0 C . to g i v e t h e a l k a l i m e t al p o l y s u l ? d e sa c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n .[ 0 0 4 0 ] I n s c i e n c e , on h e o t h e r h a n d , a t t e m p t s a r e made oprepare polysul?des Which a r e a s pure a s p o s s i b l e ; t h e economics g e n er a l l y p l a y s no r o l e . F o r t h i s r e a s o n , t h e a l k a l im e t a l s a r e r e a c t e d W i t h e l e m e n t a l s u l f u r , u s u a l l y i n l i q u i dammonia by means f Which h e c o n s i d e r a b l e h e a t o f e a c t i o ne v o l v e d i n t h i s r e a c t i o n i s r e m o v e d , i n o r d e r t o p r e p a r e t h ep u r e p o l y s u l ? d e s .[ 0 0 4 1 ] A c c o r d i n g t o t h e p r e s e n t s t a t e o f k n o W l e d g e , t h ed i f f e r e n t p r o p e r t i e s o f t h e a l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e s a c c or d i n gto t h e i n v e n t i o n a r e due to t h e d i f f e r e n t s y n t h e t i c r o u t e s :[ 0 0 4 2 ] V e r y p u r e a l k a l i m e t al p o l y s u l ? d e s a r e o b t a i n e d b yt h e W a t e r - f r e e s y n t h e s i s a c c o r d i n g t o t h e p r i o r a r t .[ 0 0 4 3 ] I n t h e s y n t h e s i s a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n , W a t e ra n d h y d r o g e n s u l ? d e a r e g e n e r a l l y p r e s e n t . W a t e r a n d h y d r og e n s u l ? d e p a r t i c i p a t e , a c c o r d i n g t o t h e p r e s e n t s t a t e o fk n o W l e d g e , i n t h e r e a c t i o n i n v e r y c o m p l e x , t e m p e r a t u r ed e p e n d e n t e q u i l i b r i a a n d p r e s u m a b l y r e s u l t i n o t h e r s t r u ct u r e s a n d / o r o t h e r molar mass d i s t r i b u t i o n s than n t h e Waterf r e e s y n t h e s i s . V e r y s m a l l r e s i d u e s o f W a t e r a n d / o r h y d r o g e ns u l ? d e , hydrogensul?des o r s u l f a n e end g r o u p s Which a r e?rmly bound and m p o s s i b l e t o remove n d e r t h e e c o n o m i c a lp r o c e s s c o n d i t i o n s a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n may o s s i b l ya l s o b e r e s p o n s i b l e f o r l o W e r i n g m e l t i n g p o i n t a n d v i s c o s i t yo f t h e a l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e s a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n .[ 0 0 4 4 ] T h i s o b s e r v a t i o n l e a d s t o t h e s o l u t i o n t o t h e m e l t i n gp o i n t a n d v i s c o s i t y p r o b l e m s :[ 0 0 4 5 ] A u r t h e r p r o c e s s f o r p r e p a r i n g t h e a l k a l i m e t a lp o l y s u l ? d e s o f t h e f o r m u l a I ) a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n o rt h e a b o v e - d e s c r i b e d p r e f e r r e d e m b o d i m e n t s t h e r e o f i s t h er e a c t i o n o f a l k a l i m e t a l h y d r o g e n s u l ? d e s W i t h s u l f u r i n conc e n t r a t e d a q u e o u s s o l u t i o n t o form t h e a l k a l i m e t a l p o l y s u l? d e s a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n a n d , p r e f e r a b l y , t h e s u b s eq u e n t s u b s t a n t i a l d e W a t e r i n g t h e r e o f b y d i r e c t l y d i s t i l l i n g o f ft h e W a t e r .[ 0 0 4 6 ] I t i s a l s o p o s s i b l e t o p r e p a r e t h e a l k a l i m e t a l p o l y s u l? d e s a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n b y r e a c t i n g t h e a l k a l i m e t a l

J u l . 7 , 2 0 1 1

h y d r o g e n s u l ? d e s W i t h a l k a l i m e t a l h y d r o x i d e t o f o r m t h ea l k a l i m e t a l s u l ? d e s a c c o r d i n g t o

and r e a c t i n g t h e a l k a l i m e t a l s u l ? d e s W i t h f u r t h e r s u l f u r t of o r m t h e p o l y s u l ? d e s .[ 0 0 4 7 ] H o W e v e r , t h e r e i s a r i s k i n t h i s s y n t h e s i s t h a t a h i g hc o n c e n t r a t i o n o f h y d r o x i d e i o n s W i l l b e p r e s e n t i n t h e conc e n t r a t e d aqueous s o l u t i o n a s a r e s u l t of h e h y d r o l y t i c backr e a c t i o n ; t h e s e can e a c t i n an n d e s i r a b l e s e c o n d a r y r e a c t i o nW i t h t h e s u l f u r o f t h e s u b s e q u e n t r e a c t i o n s t e p t o f o r m h i g hm e l t i n g a n d t h e r m a l l y u n s t a b l e a l k a l i m e t a l t h i o s u l f a t e .

[ 0 0 4 8 ] A l k a l i m e t a l t h i o s u l f a t e s g e n e r a l l y i n c r e a s e t h em e l t i n g p o i n t , i n c r e a s e t h e m e l t v i s c o s i t y o f t h e a l k a l i m e t a lp o l y s u l ? d e s a n d d e c o m p o s e a t e l e v a t e d t e m p e r a t u r e s b y v a r ious r e a c t i o n r o u t e s t o for m f u r t h e r s a l t s .[ 0 0 4 9 ] D e c o m p o s i t i o n p r o d u c t s o f t h e t h i o s u l f a t e s i n c l u d et h e s u l f a t e s o f t h e a l k a l i m e t a l s Which e n e r a l l y l i k e W i s e h a v et h e d i s a d v a n t a g e o u s p r o p e r t i e s o f h i g h m e l t i n g p o i n t a n dv i s c o s i t y a s c o m p o n e n t s i n t h e p o l y s u l ? d e m e l t .[ 0 0 5 0 ] The s y n t h e t i c r o u t e a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o na v o i d s t h i s s e c o n d a r y r e a c t i o n ; t h e r e a r e u s u a l l y no e x c e s sh y d r o x i d e i o n s i n an e l e v a t e d c o n c e n tr a t i o n .[ 0 0 5 1 ] I n a f u r t h e r v a r i a n t f o r p r e p a r i n g t h e a l k a l i m e t a lp o l y s u l ? d e s a c c or d i n g t o t h e i n v e n t i o n , i t i s p o s s i b l e t o a v o i dt h e s e c o n d a r y r e a c t i o n s and t h u s l i k e W i s e a v o i d e x c e s sh y d r o x i d e i o n s by o r k i n g W i t h a s u b s t o i c h i o m e t r i c amounto f l k a l i m e t a l h y d r o x i d e i n t h e r e a c t i o n o f l k a l i m e t a l h y d r og e n s u l ? d e W i t h a l k a l i m e t a l h y d r o x i d e . I n t h i s c a s e , a maximum f 0 . 9 mol f a l k a l i m e ta l h y d r o x i d e i s u s e d p e r mole fa l k a l i m e t al h y d r o g e n s u l ? d e . C o r r e s p o n d i n g t o t h e s u b s t oi c h i o m e t r i c molar amount of l k a l i m e t a l h y d r o x i d e , a mixt u r e o f s u l ? d e a n d h y d r o g e n s u l ? d e i s t h e n u s u a l l y p r e s e n t a n di s r e a c t e d W i t h s u l f u r t o form t h e a l k a l i m e t al p o l y s u l ? d e sa c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n .[ 0 0 5 2 ] I n a f u r t h e r v a r i a n t f o r p r e p a r i n g t h e a l k a l i m e t a lp o l y s u l ? d e s a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n , i t i s p o s s i b l e , i n s t e a do f r e a c t i n g t h e c o n c e n t r a t e d a q u e o u s s o l u t i o n s o f t h e a l k a l im e t a l h y d r o g e n s u l ? d e s a n d o p t i o n a l l y t h e s u l ? d e s i n a mixt u r e W i t h h y d r o g e n s u l ? d e s W i t h s u l f u r a n d d e W a t e r i n g t h ep o l y s u l ? d e s , ? r s t l y t o d e W a t e r t h e a l k a l i m e t al h y d r o g e n s u l? d e s , o p t i o n a l l y i n t h e m i x t u r e W i t h s u l ? d e s , b e f o r e r e a c t i o nW i t h t h e s u l f U and e a c t t h e d e W a t e r e d h y d r o g e n s u l ? d e s andany s u l ? d e s p r e s e n t t h e r e i n W i t h t h e s u l f u r i n a s e c o n d s t e p .[ 0 0 5 3 ] T h i s v a r i a n t g e n e r a l l y r e s u l t s i n t h e h i g h - m e l t i n gd r y s u b s t a n c e s b e i n g o b t a i n e d i n t h e d e W a t e r i n g o f h e h y d r og e n s u l ? d e s o r t h e s u l ? d e s p r e s e n t i n a d m i x t u r e W i t h t h eh y d r o g e n s u l ? d e s , W h i c h m a k e s t h e p r e p a r a t i o n s o m e W h a tmore c o m p l i c a t e d .[ 0 0 5 4 ] H o W e v e r , t h e s e p r o c e s s v a r i a n t s g i v e a l k a l i m e t a lp o l y s u l ? d e s a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n Whose s o l i d i ? c a t i o nt e m p e r a t u r e i s a b o u t 1 0 - 2 0 0 C . beloW t h a t o f a l k a l i m e t a lp o l y s u l ? d e s a c c or d i n g t o t h e i n v e n t i o n h a v i n g t h e same comp o s i t i o n o b t a i n e d b y t h e ? r s t a n d p r e f e r r e d p r o c e s s v a r i a n t .[ 0 0 5 5 ] P r e f e r e n c e i s g i v e n t o u s i n g t h e a l k a l i m e t a l p o l y s u l? d e s a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n h a v i n g Z : 2 . 3 - 3 . 5 . C o n t r a r y t oWhat i s i n d i c a t e d i n t h e l i t e r a t u r e , t h e p u r e a l k a l i m e t a lp o l y s u l ? d e s , p r e f e r a b l y s o d i u m p o l y s u l ? d e s , a c c o r d i n g t ot h e i n v e n t i o n h a v i n g t h e s e s u l f u r c o n t e n t s p r o v e t o bee x t r e m e l y t h e r m a l l y s t a b l e u p t o a b o u t 7 0 0 0 C .[ 0 0 5 6 ] The h i g h t h e r m a l s t a b i l i t y o f t h e a l k a l i m e t a lp o l y s u l ? d e s , p r e f e r a b l y s o d i u m s u l ? d e s , a c c o r d i n g t o t h ei n v e n t i o n i s p a r t i c u l a r l y a p p a r e n t a t v a l u e s o f Z o f l e s s t h a n 3 .

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S u l f u r c o n t e n t s W i t h v a l u e s o f Z g r e a t e r t h a n 3 . 5 g e n e r a l l yg i v e d i s a d v a n t a g e o u s l y i n c r e a s e d v i s c o s i t i e s .[ 0 0 5 7 ] The d e n s i t i e s o f t h e a l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e sa c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n a t 3 5 0 0 C . a r e g e n e r a l l y i n t h er a n g e f r o m 1 . 8 t o 1 . 9 g / c m 3 .[ 0 0 5 8 ] Of o u r s e , t h e use of cesium o r rubidium a s a l k a l im e t a l i s a l s o s u i t a b l e f o r t h e a l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e s a c c o r di n g t o t h e i n v e n t i o n . T h e s e a l k a l i m e t a l s u s u a l l y f o r m p o l y s u l?des up t o t h e h e x a s u l ? d e s .[ 0 0 5 9 ] A c c o r d i n g t o t h e p r e s e n t h y p o t h e s e s , t h e s i Z e o f t h ei o n s i n ? u e n c e s t h e v i s c o s i t y o f t h e a l k a l i m e t al p o l y s u l ? d e sa c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n . T h u s , t h e l a r g e r p o t a s s i u m i o n sg e n e r a l l y g i v e s o m e W h a t l o W e r v i s c o s i t i e s t h a n t h e s m a l l e rsodium i o n s .[ 0 0 6 0 ] A d d i t i o n o f f u r t h e r s a l t s , f o r e x a m p l e a l k a l i m e t a lt h i o c y a n a t e s , t o t h e a l k a l i m e t al p o l y s u l ? d e s a c c o r d i n g t o t h ei n v e n t i o n i n o r d e r t o r e d u c e t h e i r m e l t i n g p o i n t s i s p r e f e r a b l ya v o i d e d . The h e r m a l s t a b i l i t y o r t h e c o r r o s i o n b e h a v i o r ( p a rt i c u l a r l y a t h i g h t e m p e r a t u r e ) o f t h e a l k a l i m e t al p o l y s u l ? d e sa c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n canbe l t e r e d i n a d i s a d v a n t a g e o u sWay s a r e s u l t .[ 0 0 6 1 ] The h e a t t r a n s f e r m e d i u m / h e a t s t o r a g e medium o ft h e i n v e nt i o n u s u a l l y c o m p r i s e t h e a l k a l i m e t al p o l y s u l ? d e saccording t o t h e i n v e n t i o n i n a s u b s t a n t i a l amount up t o amaximum o f v i r t u a l l y 100 b y W e i g h t , f o r e x a m p l e i n t h er a n g e f r o m 2 0 b y W e i g h t t o v i r t u a l l y 100 b y W e i g h t o rf r o m 50 y W e i g h t t o v i r t u a l l y 100 y W e i g h t .[ 0 0 6 2 ] The h e a t t r a n s f e r m e d i u m / h e a t s t o r a g e medium o ft h e i n v e n t i o n a r e u s u a l l y p r o t e c te d a g a i n s t i n t r u s i o n o f m o i st u r e d u r i n g p r o d u c t i o n , s t o r a g e , t r a n s p o r t a n d u s e . I n g e n e r a l ,t h e h e a t t r a n s f e r medium/heat s t o r a g e medium o f t h e i n v e nt i o n a r e t h e r e f o r e used i n a c l o s e d s y s t e m of i p e s , pumps,r e g u l a t i n g d e v i c e s a n d v e s s e l s .[ 0 0 6 3 ] The o W v i s c o s i t y o f t h e h e a t t r a n s f e r m e d i u m / h e a ts t o r a g e medium f t h e i n v e n t i o n s p a r t i c u l a r l y a d v a n t a g e o u sb e c a u s e a loW v i s c o s i t y p r o m o t e s h e a t t r a n s m i s s i o n and t h ee n e r g y r e q u i r e d f o r p u m p i n g t h e l i q u i d t h r o u g h t h e p i p e s i sreduced. This can i n many a s e s be m o re important than ab r o a d e n i n g o f t h e t e m p e r a t u r e r a n g e i n a doWnWard i r e c t i o n .[ 0 0 6 4 ] The e g l i g i b l y loW a p o r p r e s s u r e o f t h e h e a t t r a n sf e r medium/ e a t s t o r a g e medium f t h e i n v e n t i o n c o n t r i b u t e sby means o f r e d u c e d W a l l t h i c k n e s s e s o f p i p e s and a p p a r at u s e s t o l o W e r c a p i t a l c o s t s a n d a v o i d s s e a l i n g p r o b l e m s .[ 0 0 6 5 ] T h e o p e r a t i o n o f l a n t s , p r e f e r a b l y p l a n t s f o r e n e r g yg e n e r a t i o n , a t t e m p e r a t u r e s u p t o 7 0 0 C . u s i n g t h e h e a tt r a n s f e r medium/heat s t o r a g e medium o f t h e i n v e n t i o n gene r a l l y r e q u i r e s m a t e r i a l s W h i c h a r e s t a b l e t o s u l ? d i n g a t h i g ht e m p e r a t u r e s . As m e n t i o n e d a t t h e b e g i n n i n g , i t i s knoWnfrom t h e l i t e r a t u r e t h a t sodium o l y s u l ? d e m e l t s a r e a b l e t od i s s o l v e m e t a l l i c g o l d i n t h e f o r m o f c o m p l e x s u l ? d e s .[ 0 0 6 6 ] I t h a s been o u n d t h a t t h e h e a t t r a n s f e r medium/heats t o r a g e medium o f t h e i n v e n t i o n d o n o t h a v e a p a r t i c u l a r l yg r e a t c o r r o s i o n p o t e n t i a l When h e y c o m p r i s e v e r y l i t t l e v o l at i l e W a t e r Which s c a p a b l e o f b e i n g d i s t i l l e d o f f .[ 0 0 6 7 ] W e l l - s u i t e d m a t e r i a l s f o r t h e h e a t t r a n s f e r medium/h e a t s t o r a g e medium f t h e i n v e nt i o n , p a r t i c u l a r l y a t e l e v a t e dt e m p e r a t u r e , a r e t h e f o l l o W i n g :[ 0 0 6 8 ] P a r t i c u l a r l y c o r r o s i o n- r e s i s t an t m a t e r i a l s a r e a l u m inum a n d i n p a r t i c u l a r a l u m i n u m - c o m p r i s i n g a l l o y s , f o re x a m p l e h i g h l y h e a t - r e s i s t a n t a l u m i n u m - c o m p r i s i n g s t e e l s .[ 0 0 6 9 ] Such i r o n m a t e r i a l s h a v e f e r r i t i c m i c r o s t r u c t u r e sand a r e f r e e o f n i c k e l . N i c k e l s u l ? d e s form l o W - m e l t i n gp h a s e s W i t h i r o n . The most e f f e c ti ve a l l o y i n g c o n s t i t u e n t i sa l u m i n u m , W h i c h f o r m s a n i m p e r m e a b l e , p a s s i v a t i n g o x i d e

J u l . 7 , 2 0 1 1

l a y e r a n d / or s u l ? d e l a y e r on t h e s u r f a c e o f t h e m a t e r i a l . Ar e l a t i v e l y o l d m a t e r i a l o f t h i s t y p e h a v i n g 2 2 y W e i g h t o fchromium n d 6 y W e i g h t o f a l u m i n u m , a m a t e r i a l Whichi s used s h e a t c o n d u c to r , h a s become knoWn under h e nameK a n t h a l .[ 0 0 7 0 ] I r o n a l l o y s Which a r e more r e s i s t a n t t o s u l ? d i n gc o m p r i s e l e s s chromium and more a l u m i n u m , as d e s c r i b e d ,f o r e x a m p l e , i n EP 0 6 5 2 2 9 7 A . T h e r e , a l l o y s h a v i n g t h ec o m p o s i t i o n : from 1 2 to 1 8 atom f aluminum, from . 1 t o1 0 atom f chromium, from 0 . 1 to 2 atom f n i o b i u m ,from 0 . 1 t o 2 atom f s i l i c o n , from 0 . 0 1 to 2 atom ft i t a n i u m and from 0 . 1 t o 5 atom f boron a r e d e s c r i b e d .Niobium, boron and t i t a n i u m s e r v e t o a l l o W a ? n e - g r a i n e di r o n a l u m i n i d e ( F e 3 A l ) t o p r e c i p i t a te , a s a r e s u l t of Which ani n c r e a s e d t o u g h n e s s W i t h e l o n g a t i o n s a b o v e 3 a n di m p r o v e d p r o c e s s a b i l i ty a r e o b t a i n e d .[ 0 0 7 1 ] A a r t i c u l a r l y g o o d c o m b i n a t i o n o f r e s i s t a n c e t os u l ? d i n g W i t h g o o d p r o c e s s a b i l i t y b y c a s t i n g , h o t f o r m i n g ,c o l d f o r m i n g a n d good u c t i l i t y a t room t e m p e r a t u r e W i t he l o n g a t i o n s a t b r e a k o f a b o u t 2 0 s g i v e n by a n a l l o y comp o s i t i o n c o m p r i s i n g f r o m 8 t o 10 y W e i g h t o f a l u m i n u m ,f r o m 0 . 5 t o 2 b y W e i g h t o f molybdenum, b a l a n c e i r o n .S i l i c o n s h o u l d n o t b e p r e s e n t i n t h e a l l o y s i n c e t d e c r e a s e s t h ed u c t i l i t y a t room e m p e r a t u r e . P r o p o r t i o n s o f chromium a r el i k e W i s e n o t a d v a n t a g e o u s ; chromium s u l ? d e i s d i s s o l v e d i nt h e m e l t s . A l l o y i n g - i n o f i n e a c h c a s e u p t o 2 y e i g h t o fy t t r i u m a n d / o r Z i r c o n i u m a l s o r e s u l t s i n f o r m a t i o n o f Z i r c onium x i d e a n d / o r y t t r i u m o x i d e i n t h e p r o t e c t i v e a l u m i n u mo x i d e l a y e r , g r e a t l y i n c r e a s i n g t h e d u c t i l i t y o f t h e a l u m i n u mo x i d e a n d t h u s m a k i n g t h e p r o t e c t i v e l a y e r p a r t i c u l a r l y s t a b l ea g a i n s t s p e l l i n g and e c h a n i c a l s t r e s s e s i n t h e e v e n t o f temp e r a t u r e ? u c t u a ti o n s . Z i r c o n i u m o x i d e i n p a r t i c u l a r i n c r e a s e st h e d u c t i l i t y o f t h e aluminum x i d e l a y e r i n a n a d v a n t a g e o u sW a y .[ 0 0 7 2 ] The n c r e a s e d d u c t i l i t y o f t h e b a s e m a t e r i a l a n d t h ep r o t e c t i v e o x i d e l a y e r g i v e s r e s i s t a n c e s t o s u l ? d i n g W h i c h a r ec o m p a r a b l e t o t h o s e o f a l l o y s h a v i n g h i g h e r aluminum c o nt e n t s . No icrocracks a r e formed n t h e e v e n t of e m p e r a t u r ec h a n g e s a n d t h e a l l o y s a r e n o t s e n s i t i v e t o h y d r o g e n .[ 0 0 7 3 ] I r o n a l l o y s h a v i n g s t i l l h i g h e r a l u m i n u m c o n t e n t ss h o u l d be even more t a b l e t o p o l y s u l ? d e m e l t s , b u t t h e y canno l o n g e r be Worked c o l d . They a r e e x t r u d e d o r r o l l e d a te l e v a t e d t e m p e r a t u r e s . S u c h a l l o y s , W h i c h a r e a l l o y s c o m p r i si n g F e 3 A l p h a s e s , c o m p r i s e 2 1 a t o m f a l u m i n u m , 2 a t o m

f chromium and . 5 atom f niobium r 26 atom faluminum, 4 atom f i t a n i u m and atom f vanadiumo r 26 atom f aluminum and 4 atom f niobium o r 28atom f aluminum, 5 atom f chromium, 0 . 5 atom fniobium a n d 0 . 2 atom f c a r b o n ( E P 0 4 5 5 7 5 2 A ) . Thechromium o n t e n t s h o u l d be e p t a s loW s p o s s i b l e ; i t i s b e s tt o d i s p e n s e W i t h chromium a s a l l o y i n g e l e m e n t .[ 0 0 7 4 ] A e r y h i g h molybdenum o n t e n t , i n s o f a r a s i t d o e sn o t r e d u c e t h e room t e m p e r a t u r e d u c t i l i t y , s h o u l d a l s o s u pp r e s s s u l ? d i n g . Molybdenum s recommended n a d d i t i o n t oaluminum s h o u s i n g m a t e r i a l f o r s o d i u m - s u l f u r b a t t e r i e s .[ 0 0 7 5 ] A c c o r d i n g t o t h e l i t e r a t u r e , t h e c o r r o s i v i t y o f l k a l im e t al p o l y s u l ? d e s d e c r e a s e s W i t h d e c r e a s i n g s u l f u r c o n t e n t .[ 0 0 7 6 ] T h e m e c h a n i c a l s t r e n g t h o f i r o n a l l o y s h a v i n g a h i g haluminum o n t e n t i s s u f ? c i e n t l y h i g h a t t e m p e r a t u r e s o f up o7000 C . f o r u s e W i t h t h e h e a t t r a n s f e r medium/heat s t o r a g emedium o f t h e i n v e n t i o n .

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[ 0 0 7 7 ] The h e a t t r a n s f e r m e d i u m / h e a t s t o r a g e medium o ft h e i n v e n t i o n c a n b e p r o d u c e d i n e x p e n s i v e l y f r o m c h e a pi n t e r m e d i a t e s b y t h e c o n v e n t i o n a l l a r g e - s c a l e p r o c e s s e s o f t h ec h e m i c a l i n d u s t r y .[ 0 0 7 8 ] The l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e s a c co r d i n g t o t h e i n v e nt i o n c a n , f o r e x a m p l e , be r e p a r e d i n t h e c a s e o f sodium o rp o t a s s i u m b y p r e p a r i n g t h e c o r r e s p o n d i n g h y d r o x i d e s f r o ms o d i u m c h l o r i d e a n d p o t a s s i u m c h l o r i d e b y c h l o r o a l k a l i e l e ct r o l y s i s .[ 0 0 7 9 ] The hydrogen formed t t h e same t i m e i s a d v a n t ag e o u s l y r e a c t e d W i t h l i q u i d s u l f u r t o f o r m h y d r o g e n s u l ? d e .I n a d d i t i o n , t h e c h e m i c a l i n d u s t r y h a s d e v e l o p e d v e r y e l e g a n te c o n o m i c a l p r o c e s s e s Which o p e r a t e c o n t i n u o u s l y a n d a tatmospheric p r e s s u r e , a s a r e s u l t of Which t h e s t o r a g e of al a r g e a m o u n t o f h y d r o g e n s u l ? d e i s s u p e r ? u o u s e . g . WO2 0 0 8 / 0 8 7 0 8 6 ) . I t i s p r o d u c e d i n t h e mass ?o W Which s j u s tr e q u i r e d b y t h e n e x t s t a g e .[ 0 0 8 0 ] Of o u r s e , i t i s a l s o p o s s i b l e t o u t i l i Z e t h e . h y d r o g e ns u l ? d e f o r m e d i n d e s u l f u r i Z a t i o n p l a n t s i n t h e h y d r o g e n a t i o ns t a g e s .[ 0 0 8 1 ] The h y d r o g e n s u l ? d e i s g e n e r a l l y r e a c te d W i t h t h ea l k a l i m e t al h y d r o x i d e s t o f o r m t h e a l k a l i m e t a l h y d r o g e n s u l?des and t h e s e a r e s u b s e q u e n t l y r e a c t e d W i t h s u l f u r t o formt h e p o l y s u l ? d e s .[ 0 0 8 2 ] I t i s a l s o p o s s i b l e t o p r e p a r e t h e a l k a l i m e t a l p o l y s u l? d e s a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n b y r e a c t i n g c o n c e n t r a t e daqueous s o l u t i o n s o f a m m o n i u m s u l ? d e (NH4)2S o r ammonium h y d r o g e n s u l ? d e N H 4 HS o r m i x t u r e s o f ammoniums u l ? d e a n d ammonium y d r o g e n s u l ? d e W i t h t h e c o r r e s p o n di n g a l k a l i m e t a l h y d r o x i d e s W i t h e l i m i n a t i o n o f ammonia og i v e t h e c o r r e s p o n d i n g a l k a l i m e t a l h y d r o g e n s u l ? d e s .Ammonia s r e c i r c u l a t e d t o t h e s y n t h e s i s o f t h e ammoniums u l ? d e s .[ 0 0 8 3 ] I n g e n e r a l , t h i s s y n t h e t i c r o u t e c a n b e c a r r i e d o u tWhen ammonium s u l ? d e a n d / o r ammonium y d r o g e n s u l ? d ea r e a v a i l a b l e i n e x p e n s i v e l y from a n o t h e r p r o c e s s , f o re x a m p l e f r o m t h e s c r u b b i n g o f h y d r o g e n s u l ? d e f r o m g a s e s .[ 0 0 8 4 ] I f t h e c o p r o d u c t i o n o f c h l o r i n e b y c h l o r o a l k a l i e l e ct r o l y s i s i s t o b e a v o i d e d , i t i s p o s s i b l e t o c o n v e r t l o W - c h l o r i d ep o t a s s i u m s u l f a t e o r sodium s u l f a t e h a v i n g c h l o r i d e c o n t e n t so f l e s s t h a n 0.01 by W e i g h t i n t o t h e s u l ? d e s b y means o fr e d u c i n g a g e n t s .[ 0 0 8 5 ] P o t a s s i u m s u l f a t e i n p a r t i c u l a r i s p r o d u c e d b y t h ef e r t i l i Z e r i n d u s t r y I n amounts o f m i l l i o n s o f m e t r i c t o n s p e ry e a r . Economical r o c e s s e s f o r r e d u c i n g t h e ch l o r i d e c o n t e n to f p o t a s s i u m s u l f a t e , e . g . by r e a t m e n t o f t h e s a l t s W i t h W a t e r ,a r e knoWn (DE 2 219 7 0 4 ) . I f h y d r o g e n i s u s e d a s r e d u c i n ga g e n t , i t i s p o s s i b l e t o Work t t e m p e r a t u r e s o f from 600 to7000 C . i n t h e s o l i d state i n a r o t a r y t u b e f u r n a c e and o b t a i nv e r y c l e a n s u l ? d e s ( U . S . P a t . N o . 2 0 , 6 9 0 , 9 5 8 , DE 9 0 6 6 0 ) .As c a t a l y s t s f o r t h e r e d u c t i o n , u s e i s g e n e r a l l y made o f f r o m1 t o 5 y W e i g h t o f a l k a l i m e t a l c a r b o x y l a t e s . f o r e x a m p l et h e f o r m a t e s o r t h e o x a l a t e s .[ 0 0 8 6 ] H o W e v e r , t h e m o s t e f f e c t i v e c a t a l y s t s a p p e a r t o b ea l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e s Which h a v e t o b e mixed i n t o t h ea l k a l i m e t a l s u l f a t e o n l y a t t h e b e g i n n i n g o f t h e r e d u c t i o n .[ 0 0 8 7 ] I t i s a l s o p o s s i b l e t o b r i n g a b o u t t h e r e d u c t i o n o f t h ea l k a l i m e t a l s u l f a t e s M e 2 S 0 4 d i r e c t l y by means o f n a t u r a l g a sa c c o r d i n g t o t h e f o l l o W i n g e q u a t i o n :

J u l . 7 , 2 0 1 1

[ 0 0 8 8 ] The s u l ? d e s a r e a d v a n t a g e o u s l y d i s s o l v e d i n W a t e ra n d c o n v e r t e d i n t o t h e h y d r o g e n s u l ? d e s b y i n t r o d u c t i o n o fh y d r o g e n s u l ? d e g a s : i n c o n c e n t r a t e d a q u e o u s s o l u t i o n , t h ee q u i l i b r i u mi s e s t a b l i s h e d .[ 0 0 8 9 ] W h en y d r o g e n s u l ? d e g a s i s i n t r o d u c e d , t h i s r e a c t sW i t h t h e h y d r o x i d e a n d t h e s u l ? d e i s c o n v e r t e d i n t o h y d r og e n s u l ? d e a c c o r d i n g t o

H2S MeOH - - >MeHS H2OT h i s g i v e s t h e o v e r a l l r e a c t i o n :

Me2S H2S - - >2MeHS

[ 0 0 9 0 ] T h i s s y n t h e s i s a c c o r d i n g l y r e q u i r e s n a t u r a l g a s t op r o d u c e t h e h y d r o g e n , f o r e x a m p l e i n t h e s t e a m r e f o r m i n gp r o c e s s , and o n l y i n e x p e n s i v e m i n e r a l raW m a t e r i a l s a se n e r g y c a r r i e r s a n d a l s o t h e v e r y i n e x p e n s i v e s u l f u r .[ 0 0 9 1 ] I n h i s t y p e o f r o c e s s , h y d r o g e n s u l ? d e i s c i r c u l a t e dand t h u s r e q u i r e d i n o n l y s m a l l a m o u n t s , s o t h a t a s e p a r a t ep r o c e s s s t e p f o r p r o d u c i n g h y d r o g e n s u l ? d e i s g e n e r a l l ys u p e r ? u o u s .

[ 0 0 9 2 ] H e r e t o o , c o m p l e t e c o n v e r s i o n o f t h e s u l ? d e s i n t ot h e h y d r o g e n s u l ? d e s i s g e n e r a l l y n o t n e c e s s a r y . I t i s u s u a l l ys u f ? c i e n t f o r t h e f o r m a t i o n o f t h e a l k a l i m e t al h y d r o x i d e s t ob e s u p p r e s s e d by a d d i t i o n o f h y d r o g e n s u l ? d e a n d a m i x t u r eo f a l k a l i m e t a l s u l ? d e s a n d a l k a l i m e t a l h y d r o g e n s u l ? d e sh a v i n g a v e r y loW c o n c e n t r a t i o n o f a l k a l i m e t a l h y d r o x i d e tobe r e s e n t i n o r d e r to a c h i e v e c o n v e r s i o n i n t o t h e a l k a l i m e t a lp o l y s u l ? d e s a c c or d i n g t o t h e i n v e n t i o n .[ 0 0 9 3 ] A n a d v a n t a g e o f t h e a l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e sa c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n i s t h a t t h e y c a n be r e p a r e d i n a ni n e x p e n s i v e c o n t i n u o u s p r o c e s s : t h e i n d i v i d u a l r e a c t i o n s t e p sp r o c e e d v e r y q u i c k l y a n d e x o t h e r m a l l y . The r e a c t a n t s c a nt h e r e f o r e How u i c k l y t h r o u g h s m a l l r e a c t i o n v o l u m e s .[ 0 0 9 4 ] A e l l - s u i t e d p r o c e s s i s c a r r i e d o u t a s f o l l o W s .[ 0 0 9 5 ] H y d r o g e n s u l ? d e i s p a s s e d W i t h i n t e n s i v e c o o l i n gi n t o c o n c e n t r a t e d a q u e o u s s o l u t i o n s o f t h e a l k a l i m e t a lh y d r o x i d e s o r a l k a l i m e t a l s u l ? d e s h a v i n g a c o n c e n t r a t i o n o ff r o m 4 0 t o 60 y W e i g h t . The e a c t i o n t e m p e r a t u r e i s k e p tbeloW 0 C . Su b s e q u e n t l y , o p t i o n a l l y a f t e r a s t e p o f concent r a t i n g t h e r e a c t i o n s o l u t i o n t o v a l u e s o f from b o u t 5 0 t o 8 0b y W e i g h t b y r a p i d d i s t i l l a t i o n , t h e c o n c e n t r a t e d a l k a l i m e t a lh y d r o g e n s u l ? d e s o l u t i o n i s r e a c t e d W i t h t h e p r e s c r i b e damount f l i q u i d s u l f u r . H e r e , t h e h e a t o f e a c t i o n e v o l v e d canbe used t o v a p o r i Z e W a t e r . The a t e r comprised i n t h e r e a ct i o n m i x t u r e i s s u b s e q u e n t l y v a p o r i Z e d q u i c k l y W i t h a ni n c r e a s e i n t e m p e r a t u r e up to 4 5 0 0 C . , o p t i o n a l l y W i t h u s e o fr e d u c e d p r e s s u r e . The s t r e a m o f h y d r o g e n s u l ? d e f o r m e d ,mixed i t h W a t e r v a p o r , i s c o o l e d and h e hydrogen u l ? d e i sr e c i r c u l a t e d t o g e t h e r W i t h t h e h y d r o g e n s u l ? d e - c o m p r i s i n gW a t e r t o t h e s t a g e o f t h e h y d r o g e n s u l ? d e s y n t h e s i s . I n g e ne r a l , no b y - p r o d u c t s Which a v e t o b e d i s p o s e d o f o c c u r .[ 0 0 9 6 ] A l l r e a c t i o n s t e p s a r e c a r r i e d o u t under n e r t c o n d it i o n s . Oxygen s g e n e r a l l y e x c l u d e d b e c a u s e t c a n o x i d i Z e t h ep o l y s u l ? d e s t o u n d e s i r a b l e t h i o s u l f a t e s Which i n c r e a s e t h em e l t i n g p o i n t o f t h e l i q u i d a n d a r e u s u a l l y u n s t a b l e , s u l ? t e sa n d h i g h - m e l t i n g s u l f a t e s .

8/12/2019 Us 20110163259

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[ 0 0 9 7 ] As r e a c t i o n a p p a r a t u s e s , u s e i s a d v a n t a g e o u s l ymade o f r e a c t i o n m i x i n g pumps f o l l o w e d by r e s i d e n c e s e ct i o n s i n o r d e r t o c o m p l e t e t h e r e a c t i o n s . The e a c t i o n t i m e s o ft h e i n d i v i d u a l r e a c t i o n s a r e i n t h e range from 0 . 1 t o 1 0 minu t e s . As p p a r a t u s e s f o r r e m o v i n g t h e W a t e r , a p p a r a t u s e s s u c ha s f a l l i n g ? l m e v a p o r a t o r s o r t h i n ? l m e v a p o r a t o r s a r e g e n e ra l l y u s e d .[ 0 0 9 8 ] The h e a t t r a n s f e r m e d i u m / h e a t s t o r a g e medium o ft h e i n v e n t i o n g e n e r a l l y make t p o s s i b l e t o o p e r a t e s o l a r t h e rmal poWer s t a t i o n s W i t h t h e e ? i c i e n c i e s o f f o s s i l f u e l - ? r e dp o W e r s t a t i o n s , a d v a n t a g e o u s l y a l l o W i n g t h e m t o b e o p e r a t e dd a y a n d n i g h t W i t h o u t i n t e r r u p t i o n b y m e a n s o f a p p r o p r i a t e l yd i m e n s i o n e d s t o r a g e t a n k s f o r t h e h o t l i q u i d . OWing o t h ei n c r e a s e d e ? i c i e n c y , t h e c a p i t a l c o s t s p e r k i l o W a t t h o u r a r eg e n e r a l l y r e d u c e d by f a c t o r o f . 5 compared o t h e p r i o r a r t .[ 0 0 9 9 ] The s o l i d i ? c a t i o n p o i n t a b o v e room t e m p e r a t u r ec a n b e c o u n t e r e d s t r u c t u r a l l y W i t h l i t t l e o u t l a y b y e r e c t i n g t h em i r r o r s a n d t h e a b s o r b e r t u b e s W i t h a s l i g h t f a l l a n d d r a i n i n gt h e h e a t t r a n s f e r medium/heat s t o r a g e medium o f t h e i n v e nt i o n from h e p i p e s i n t o a c o l l e c t i o n t u b e s h o r t l y b e f o r e s u ndoWn n d s t o r i n g them n t h e r m a l l y i n s u l a t e d b u f f e r t a n k s i nt h e l i q u i d s t a t e a t a f e W d e g r e e s a b o v e t h e s o l i d i ? c a t i o n p o i n tf o r o p e r a t i o n on t h e n e x t d a y .[ 0 1 0 0 ] H o W e v e r , t h e h e a t t r a n s f e r m e d i u m / h e a t s t o r a g emedium f t h e i n v e n t i o n c a n a l s o b e draWn f f by u c t i o n i n t ot h e t h e r m a l l y i n s u l a t e d t a n k s W i t h o u t a s i g n i ? c a n t s t r u c t u r a lf a l l . When a r e i s t a k e n i n t h e c o n s t r u c t i o n o f t h e p l a n t s t oensure h a t no mo veable apparatuses such s pumps r valvesa r e p r e s e n t i n t h e p l a n t p a r t s Which become o l d , r e s i d u e s o ft h e h e a t t r a n s f e r medium/heat s t o r a g e medium o f t h e i n v e nt i o n c a n a l s o f r e e Z e W i t h o u t d i s a d v a n t a g e s i n t h e s e p a r t s andbe e m e l t e d l a t e r .[ 0 1 0 1 ] I t i s a d v a n t a g e o u s t o k e e p moving p a r t s s u c h aspumps o r r e g u l a t in g v a l v e s a b o v e t h e m e l t i n g p o i n t o f s u l f u rb y a d d i t i o n a l h e a t i n g . H o W e v e r , t i s s i m p l e s t t o pump h e h e a tt r a n s f e r medium/ e a t s t o r a g e medium f t h e i n v e n t i o n s l o W l yt h r o u g h t h e s o l a r ? e l d a f t e r sundoWn a n d t h u s a l l o W t h e i rt e m p e r a t u r e t o d r o p t o 1 5 0 - 2 0 0 0 C . The i p e s g e n e r a l l y h a v eto be e r y W e l l i n s u l a t e d t h e r m a l l y a g a i n s t h e a t l o s s e s s o t h a tt h e l o s s e s by h e r m a l c o n d u c t i o n a r e l o W , s i g n i ? c a n t l y l o W e rt h a n d u r i n g d a y t i m e o p e r a t i o n . A t t h e c o m p a r a t i v e l y l o Wt e m p e r a t u r e s , t h e r a d i a t i o n l o s s e s t h r o u g h t h e a b s o r b e r t u b e sl o c a t e d i n a vacuum r e l i k e W i s e g e n e r al l y q u i t e l o W . Shouldt h e t e m p e r a t u r e o f t h e c i r c u l a t i n g h e a t t r a n s f e r m e d i u m / h e a ts t o r a g e medium f t h e i n v e n t i o n d r o p t o o f a r , s m a l l a m o u n t so f t h e h o t h e a t t r a n s f e r medium/heat s t o r a g e medium o f t h ei n v e n t i o n from t h e a p p r o p r i a t e s t o c k t a n k a r e mixed i n t ot h e s e . The e a t t r a n s f e r medium/heat s t o r a g e medium f t h ei n v e n t i o n a r e a d v a n t a g e o u s l y used a s h e a t t r a n s f e r ? u i d s i nc o m b i n a t i o n W i t h a b s o r b e r t u b e s Which e a r a c o a t i n g Whicha l l o W s a h i g h a b s o r p t i o n c a p a b i l i t y f o r s o l a r r a d i a t i o n comb i n e d W i t h a loW m i s s i o n o f h e a t r a d i a t i o n i n t h e t e m p e r a t u r erange from 150 t o 2500 C .[ 0 1 0 2 ] The h e a t t r a n s f e r m e d i u m / h e a t s t o r a g e medium o ft h e i n v e n t i o n a l s o makes c o m b i n a t i o n W i t h a n o t h e r h e a tt r a n s f e r ? u i d p o s s i b l e . T h u s , f o r e x a m p l e , t h e h e a t s t o r a g e s )of a s o l a r t h e r m a l poWer s t a t i o n With i t s s m a l l amounts ofs t o r a g e medium c a n b e o p e r a t e d u s i n g a v e r y i n e x p e n s i v es u l f a n e - c o m p r i s i n g a n d t h u s l o W - v i s c o s i t y s u l f u r u n d e rs u p e r a t m o s p h e r i c p r e s s u r e a s s t o r a g e medium W h i l e on t h eo t h e r hand o p e r a t i n g t h e s o l a r ? e l d W i t h i t s a b s o r b e r t u b e su n d e r a t m o s p h e r i c p r e s s u r e u s i n g t h e s m al l e r a m o u n t s o f t h e

J u l . 7 , 2 0 1 1

h i g h e r - p r i c e d a l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e s a c c o r d i n g t o t h ei n v e n t i o n . The energy s i n t h i s c a s e t r a n s f e r r e d v i a an i n t e rm e d i a t e h e a t e x c h a n g e r .[ 0 1 0 3 ] The h e a t t r a n s f e r m e d i u m / h e a t s t o r a g e medium o ft h e i n v e n t i o n a r e u s t a s s u i t a b l e f o r a f u r t h e r t y p e of o n s t r u ct i o n o f s o l a r t h e r m a l poWer t a t i o n s v i Z . t h e t o W e r t e c h n o l o g y .a s f o r t h e p a r a b o l i c g r o o v e c o n s t r u c t i o n .[ 0 1 0 4 ] S u b s e q u e n t m i r r o r s g u i d e t h e s o l a r r a d i a t i o n t o t h et o p of toWer Where t impinges on h e r e c e i v e r and e a t s t h eh e a t t r a n s f e r ? u i d i n t h e r e c e i v e r t o h i g h t e m p e r a t u r e s . Theh e a t e d l i q u i d i s u t i l i Z e d t o g e n e r a t e s t e a m a n d , f c i r t h e p u rp o s e s o f s t o r a g e , c o n v e y e d t o a l a r g e - v o l u m e t a nk f o r n i g h to p e r a t i o n . At s u n d o W n , t h e l i q u i d i s s i m p l y a l l o W e d t o r u ndoWnWard from t h e r e c e i v e r i n t o a s t o r a g e t a n k . Even WhenW a t e r i s v a p o r i Z e d d i r e c t l y i n t h e r e c e i v e r and a t h e r m a le n g i n e i s o p e r a t e d t h i s W a y . t h e r e r e m a i n s t h e p r o b l e m o fo p e r a t i n g t h e p l a n t a t n i g h t . F o r t h i s r e a s o n , a h e a t s t o r a g e? u i d i s g e n e r a l l y a l s o i n d i s p e n s i b l e f o r s u c h t y p e s o f poWers t a t i o n .[ 0 1 0 5 ] H o W e v e r , t h e h e a t t r a n s f e r m e d i u m / h e a t s t o r a g em e d i u m of h e i n v e n t i o n can l s o be used o r a l l o t h e r u s e s i nt h e ? e l d s o f h e a t t r a n s p o r t a n d h e a t s t o r a g e i n i n d u s t r y W h i c hr e q u i r e a n e x t r e m e l y b r o a d t e m p e r a t u r e r a n g e o f t h e l i q u i dp h a s e a n d h i g h t e m p e r a t u r e s . The v a p o r p r e s s u r e o f t h emedium s n e g l i g i b l y s m a l l f o r i n d u s tr i a l p u r p o s e s .[ 0 1 0 6 ] The h e a t t r a n s f e r m e d i u m / h e a t s t o r a g e medium o ft h e i n v e n t i o n a r e a l s o p a r t i c u l a r l y s u i t a b l e f o r t h e t r a n s p o r t o fh e a t energy from t h e f u e l elements of n u c l e a r r e a c t o r i n ap r i m a r y c i r c u i t Which c a n b e o p e r a t e d a t v i r t u a l l y a t m os p h e r i c p r e s s u r e a n d t h u s s a f e l y u p t o t e m p e r a t u r e s o f 0 0 C .T h i s Would make a s a f e , r a d i a t i o n - r e s i s t a n t h e a t t r a n s f e rmedium a v a i l a b l e . The s t e a m t e m p e r a t u r e s i n t h e s e c o n d a r yc i r c u i t c a n b e i n c r e a s e d c o n s i d e r a b l y a n d t h e e ? i c i e n c y o fn u c l e a r poWer t a t i o n s c a n t h u s be n c r e a s e d c o r r e s p o n d i n g l y .[ 0 1 0 7 ] The m a xi m um e m p e r a t u r e s a t Which h e h e a t t r a n sf e r medium/heat t o r a g e medium f t h e i n v e n t i o n can be usedi s l i m i t e d o n l y b y t h e s t a b i l i t y o f t h e m a t e r i a l s o f c o n s t r u c t i o nu s e d .[ 0 1 0 8 ] I n t h e e v e n t o f l o s s o f c o n t a i n m en t o f p r o d u c t d u e t oan c c i d e n t , t h e h e a t t r a n s f e r medium/ e a t s t o r a g e medium ft h e i n v e n t i o n a r e f a r l e s s of s a f e t y haZard o r haZard t o t h ee n v i r o n m e n t t h a n o r g a n i c l i q u i d s .[ 0 1 0 9 ] I f t h e r e i s a l o s s of ontainment of s m a l l amount ofh e a t t r a n s f e r m e d i u m / h e a t s t o r a g e medium a c c o r d i n g t o t h ei n v e n t i o n , t h i s i s g e n e r a l l y o x i d i Z e d b y a t m o s p h e r i c o x y g e nt o form i n e r a l s u l f a t e s W i t h i n a feW d a y s . At e l e v a t e d temp e r a t u r e s , t h e p o l y s u l ? d e s c a n i g n i t e i n m o i s t a i r b e c a u s e t h ei g n i t i o n t e m p e r a t u r e o f t h e h y d r o g e n s u l ? d e f o r m e d b yh y d r o l y s i s i s 2 7 0 0 C .[ 0 1 1 0 ] The o l y s u l ? d e s b u r n W i t h a ?ame Which i v e s o f fl i t t l e l i g h t t o f o r m s u l f u r d i o x i d e . A p a r t f r o m s u l f u r d i o x i d e ,no n v i r o n m e n t a l l y t o x i c p r o d u c t s a r e f o r m e d . S u l f u r d i o x i d ea n d t h e s u l f u r t r i o x i d e f o r m e d t h e r e f r o m b y o x i d a t i o n b ya t m o s p h e r i c oxygen a r e n o t knoWn s greenhouse g a s e s .[ 0 1 1 1 ] B u r n i n g a l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e s c a n e a s i l y b ee x t i n g u i s h e d by means o f W a t e r b e c a u s e t h e i r d e n s i t y i sg r e a t e r t h a n t h a t o f a t e r . The a p o r i Z i n g W a t e r q u i c k l y c o o l st h e p o l y s u l ? d e m e l t and t h e steam formed t t h e same t i m eb i n d s s u l f u r d i o x i d e .[ 0 1 12 ] S u l f u r d i o x i d e can be a b s o r b e d by means o f W a t e r ,a n d t h e p o l y s u l ? d e s r e a d i l y d i s s o l v e d i n W a t e r .[ 0 1 1 3 ] P o l y s u l ? d e r e s i d u e s a d h e r i n g t o p l a n t c o m p o n e n t sc a n e a s i l y b e Washed f f c o m p l e t e l y W i t h W a t e r W i t h o u t l e a vi n g a n y e n c r u s t a t i o n s .

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8/10

US 011/0163259 A1

[ 0 1 1 4 ] P o l y s u l ? d e s d i s s o l v e d i n W a t e r a r e l i k e w i s e o x id i z e d b y a t m o s p h e r i c o x y g e n , u s u a l l y f o r m i n g s u l f u r a n ds u l f a t e s . Both t h e p o l y s u l ? d e s and s u l f u r can be o x i d i z e d t os u l f a t e s i n t h e s o i l by s u l f u r b a c t e r i a .[ 0 1 1 5 ] T h e d e g r a d a t i o n o f h e p o l y s u l ? d e s i s g r e a t l y a c c e le r a t e d by e u t r a l i z a t i o n o f a p o l y s u l ? d e s o l u t i o n W i t h d i l u t ea c i d s , p r e f e r a b l y s u l f u r i c a c i d , b e c a u s e n o t o n l y t h e s u l ? d e sMe2S u t a l s o s u l f u r i s i m m e d i a t e l y l i b e r a t e d a c c o r d i n g t o

[ 0 1 1 ] The i b e r a t e d s u l f u r i s , a s f a r a s known, e n v i r o n m e nt a l l y n e u t r a l .EXAMPLES

G e n e r a l P r o c e d u r e[ 0 1 1 7 ] The s y n t h e s i s a c c o r d i n g t o t h e i n v e n t i o n o f t h ep o l y s u l ? d e s Was a r r i e d o u t u s i n g s m a l l amounts n t e s t t u b e si n o r d e r t o d e m o n s t r a t e i t s s i m p l i c i t y .[ 0 1 1 8 ] F o r t h i s p u r p o s e . c o m m e r c i a l s o d i u m h y d r o g e n s u l? d e i n a c o n c e n t r a t i o n o f 7 6 y W e i g h t ( b a l a n c e : W a t e r ) a n ds u l f u r i n commercial u r i t y Were s e d .[ 0 1 1 9 ] P o t a ss i u m h y d r o g e n s u l ? d e W a s p r e p a r e d b y p a s si n g hydrogen s u l ? d e i n t o 1 1 2 gram o f a c o m m e r c i a l 5 0s t r e n g t h b y W e i g h t a q u e o u s p o t a s s i u m h y d r o x i d e s o l u t i o n ,c o r r e s p o n d i n g t o o n e m o l e , W h i l e c o o l i n g u n t i l t h e s o l u t i o nWas s a t u r a t e d . A emperature of 50 C . Was not exceededd u r i n g t h i s r e a c t i o n . The mass f t h e s o l u t i o n i n c r e a s e d by 4g r a m , c o r r e s p o n d i n g t o o n e mole o f h y d r o g e n s u l ? d e . T h i sg a v e an aqueous s o l u t i o n o f p o t a s s i u m hydrogensul?de i n ac o n c e n t r a t i o n o f 4 9 p e r c e n t b y W e i g h t .[ 0 1 2 0 ] A f t e r W e i g h i n g o u t t h e a l k a l i m e t a l h y d r o g e n s u l ? d ea n d t h e s u l f u r , t h e a t m o s p h e r i c o x y g e n W a s d i s p l a c e d b yargon and t h e mixture Was heated under a b l a n k e t of argonfrom r oom t e m p e r a t u r e t o from 100 t o 1 3 0 C . The s u l f u rm e l t e d and h e r e a c t i o n t o form o l y s u l ? d e commenced t t h esame t i m e . The t e m p e r a t u r e i n c r e a s e d a d i a b a t i c a l l y W i t h i n afeW s e c o n d s t o v a l u e s of 1 3 0 C . - 1 5 0 C . Water mixed i t hh y d r o g e n s u l ? d e d i s t i l l e d o f f .[ 0 1 2 1 ] A f t e r a s h o r t t i m e , t h e t e m p e r a t u r e Was i n c r e a s e df u r t h e r t o v a l u e s of about 500 C . o v e r a p e r i o d of from 2 to 5minutes i n o r d e r t o v a p o r i z e t h e Water s c o m p l e t e l y a s poss i b l e .[ 0 1 2 2 ] The e m p e r a t u r e o f t h e r e a c t i o n p r o d u c t Was s u b s eq u e n t l y m a i n t a i n e d f o r a b o u t 2 m i n u t e s m o r e . The t e m p e r at u r e s Were measured e l e c t r o n i c a l l y by means of a thermoc o u p l e . T h e l o W e r u s e t e m p e r a t u r e m e a s u r e d d u r i n g c o o l i n gWas e p o r t e d a s t h a t t e m p e r a t u r e a t Which h e m e l t j u s t begant o draW t h i n t h r e a d s W hen h e t h e r m o c o u p l e h a v in g a diame t e r of 1 . 5 m i l l i m e t e r s Was taken o u t of h e m e l t . The c o r r es p o n d i n g v i s c o s i t y Was a b o u t 200 P .

E x a m p l e I[ 0 1 2 3 ][ 0 1 2 4 ] 0 . 0 4 mol f s o d i u m h y d r o g e n s u l ? d e ( 2 . 9 5 g r a m , 7 6p e r c e n t s t r e n g t h b y W e i g h t ) a n d 0 . 0 3 6 m o l 1 . 1 5 g r a m ) o fs u l f u r Were Weighed n t o a test t u b e and e a c t e d a c c o r d i n g t ot h e p r o c e d u r e d e s c r i b e d . T h e r e s u l t i n g r e d l i q u i d h a v i n g t h ec o m p o s i t i o n N a 2 S 2 _ 8 Was ? u i d . O n o o l i n g , i t b e g a n t o d r a Wt h r e a d s a t 1 4 0 C . O n o o l i n g f u r t h e r , i t s o l i d i ? e d W i t h c r y st a l l i z a t i o n .

J u l . 7 , 2 0 1 1

[ 0 1 2 5 ] The i q u i d Was e a t e d t o 7 0 0 C . i n t h e t e s t t u b e . Thec o l o r changed t o b l a c k and feW g a s b u b b l e s Were formed att h e b e g i n n i n g . A s a r a s t h e eye c o u l d d i s c e r n , no s u l f u r Wasl i b e r a t e d . O n o o l i n g , t h e r e d c o l o r r e t u r n e d a n d t h e p r o p e rt i e s had o t c h a n g e d .[ 0 1 2 6 ] An a n al o g o u s l y p r e p a r e d s o d i u m p o l y s u l ? d e h a vi n g t h e c o m p o s i t i o n N a S 3 h a d a s o m e W h a t h i g h e r v i s c o s i t y . I tbegan t o draWn t h r e a d s a t 1 5 0 C . d u r i n g c o o l i n g and onf u r t h e r c o o l i n g s o l i d i ? e d W i t h o u t c r y s t a l l i z a t i o n t o form av i t r e o u s s o l i d .[ 0 1 2 7 ] The s o d i u m p o l y s u l ? d e N a 2 S 3 Was p r e p a r e d o n c em o r e , b u t , i n c o n t r a s t t o t h e ? r s t p r o c e d u r e , b y d e W a t e r i n gs o d i u m h y d r o g e n s u l ? d e i n o n e s t e p by e a t i n g t o a b o u t 3 5 0 C . I n t h e second t e p . t h e s u l f u r Was added and t h e m i x t u r eWas h e a t e d W h i l e s h a k i n g . The p o l y s u l ? d e o b t a i n e d i n t h i sWay e g a n t o d r a W t h r e a d s a t 1 3 5 C . d u r i n g c o o l i n g .

E x a m p l e 2[ 0 1 2 8 ]

2KHS 2.4S - - >K2S3_4+H2S

[ 0 1 2 9 ] I n a manner a n a l o g o u s to example 1 , 0 . 0 4 mol o fp o t a ss i u m h y d r o g e n s u l ? d e 5 . 8 8 g r a m , 4 9 p e r c e n t s t r e n g t hb y W e i g h t ) Was e a c t e d W i t h 0 . 0 4 8 mol ( 1 . 5 4 g r a m ) o f s u l f u r .[ 0 1 3 0 ] On o o l i n g , t h e r e d l i q u i d h a v i n g t h e c o m p o s i t i o nK 2 S 3 _ 4 began to draW t h r e a d s a t 1 5 0 C . I t c r y s t a l l i z e d onf u r t h e r c o o l i n g . O n e a t i n g t o a b o u t 7 5 0 C . , i t became a r k .S i g n s o f d e c o m p o s i t i o n Were n o t o b s e r v e d . W he n o o l e d , i tbecame e d a g a i n a n d b e g a n o d r a W t h r e a d s a t 1 5 0 C . , W h i c hshoWs t h a t i t e x p e r i e n c e d no change on e a t i n g t o 7 5 0 C .

E x a m p l e 3[ 0 1 3 1 ][ 0 1 3 2 ] 0 . 0 2 mol o f s o d i u m h y d r o g e n s u l ? d e , 0 . 0 2 mol o fp o t a s s i u m h y d r o g e n s u l ? d e and 0 . 0 3 4 mol o f s u l f u r Werereacted With one another n a manner analogous o examp leT h i s g a v e a r e d l o W - v i s c o s i t y l i q u i d h a v i n g t h e c o m p o s i t i o n( K O _ 5 N a O _ 5 ) 2 S 2 _ 7 Which on c o o l i n g dreW t h r e a d s a t 1 2 5 C .and r y s t a l l i z e d on u r t h e r c o o l i n g . The i q u i d Was e a t e d to7 0 0 C . , r e s u l t i n g i n i t b e c o m i n g d a r k . A f t e r c o o l i n g , i t o n c ea g a i n h a d t h e p r o p e r t i e s a s b e f o r e h e a t i n g .

E x a m p l e 4[ 0 1 3 3 ]

5 H 2 S[ 0 1 3 4 ] U s i n g a method n a l o g o u s t o e x a m p l e 1 , 0 . 0 6 mol fp o t a s s i u m h y d r o g e n s u l ? d e , 0 . 0 2 m o l o f s o d i u m h y d r o g e ns u l ? d e and 0.088 mo l of u l f u r Were e a c t e d With one a n o t h e ra n d d e W a t e r e d . T h i s g a v e a r e d l i q u i d h a v i n g t h e c o m p o s i t i o n( K O _ 7 5 N a O _ 2 5 ) 2 S 3 _ 2 Which on o o l i n g b e g a n t o draW h r e a d s a t125 C . and s o l i d i ? e d t o form a v i t r e o u s s o l i d on f u r t h e rc o o l i n g . The i q u i d Was e a t e d to 7 0 0 C . and h e n a l l o W e d t oc o o l a g a i n . A f t e r c o o l i n g , i t b e g a n t o d r a W t h r e a d s a t 1 2 5 C .

E x a m p l e 5[ 0 1 3 5 ]

8/12/2019 Us 20110163259

9/10

US 011/0163259 A1

[ 0 1 3 6 ] 0 . 0 3 2 m o l 1 . 2 8 g r a m ) o f 100 s t r e n g t h s o d i u mh y d r o x i d e Was d i s s o l v e d W h i l e h e a t i n g i n 0 . 0 4 mol o f 4 9s t r e n g t h p o t a ss i u m h y d r o g e n s u l ? d e s o l u t i o n 5 . 8 8 g r a m ) ,c o r r e s p o n d i n g to 8 0 o f t h e molar amount o f sodiumh y d r o x i d e n e c e s s a r y t o c o n v e r t t h e p o t a s s i u m h y d r o g e n s u l? d e c o m p l e t e l y i n t o s u l ? d e . 0 . 0 8 8 m o l o f s u l f u r ( 2 . 8 2 g r a m )Was Weighed n t o t h e homogeneous s o l u t i o n a n d t h e r e a c t i o nm i x t u r e W a s , a f t e r t h e e x o t h e r m i c r e a c t i o n had a b a t e d andW a t e r a n d hydrogen s u l ? d e had i s t i l l e d o f f , h e a t e d t o a b o u t6 0 0 C . The e d l i q u i d b e g a n t o draW h r e a d s a t 1 3 5 C . d u r i n gc o o l i n g . W h en h e t e m p e r a t u r e Was l o W e r e d f u r t h e r , t h e l i qu i d s o l i d i ? e d t o form a v i t r e o u s s o l i d .[ 0 1 3 7 ] I n a f u r t h e r e x p e r i m e n t , t h e p o l y s u l ? d e h a v i n g t h ea b o v e c o m p o s i t i o n W a s p r e p a r e d a g a i n b u t t h i s t i m e b y deWat e r i n g t h e r e a c t i o n m i x t u r e o f t h e p o t a ss i u m h y d r o g e n s u l ? d ea n d t h e s o d i u m h y d r o x i d e . I n t h e s e c o n d s t e p , t h e d e W a t e r e dh y d r o g e n s u l ? d e / s u l ? d e m i x t u r e Was e a c t e d W i t h s u l f u r . Ther e s u l t i n g r e d p o l y s u l ? d e b e g a n t o d r a W t h r e a d s a t 1 1 5 C .d u r i n g c o o l i n g , and on u r t h e r c o o l i n g i t s o l i d i ? e d to form av i t r e o u s s o l i d .

E x a m p l e 6[ 0 1 3 8 ]

[ 0 1 3 9 ] U s i n g a m e t h o d a n a l o g o u s t o e x a m p l e 4 , 0 . 0 2 4 mol1 . 6 6 g r a m ) o f 8 1 t r e n g t h p o t a s s i u m h y d r o x i d e W a s d i ss o l v e d i n 0 . 0 4 mol o f 4 9 s t r e n g t h p o t a s s i u m h y d r o g e n s u l? d e W h i l e h e a t i n g .[ 0 1 4 0 ] T h e a m o u n t o f p o t a s s i u m h y d r o x i d e c o r r e s p o n d e dt o 6 0 f t h e t h e o r e t i c a l amount o f p o t a s s i u m h y d r o x i d e f o rc o m p l e t e n e u t r a l i z a t i o n o f t h e h y d r o g e n s u l ? d e . 0 . 0 5 4 4 mol( 1 . 7 4 g r a m ) o f s u l f u r Was W e i g h e d i n t o t h i s s o l u t i o n a n d t h er e a c t i o n m i x t u r e W a s , a f t e r t h e e x o t h e r m i c r e a c t i o n hado c c u r r e d W i t h W a t e r a n d h y d r o g e n s u l ? d e b e i n g d i s t i l l e d o f f ,h e a t e d t o a b o u t 600 C .[ 0 1 4 1 ] On c o o l i n g , t h e r e d l i q u i d b e g a n t o c r y s t a l l i Z e a t1 9 0 C .[ 0 1 4 2 ] The f o l l o W i n g r e l a t i o n s h i p s Were d e r i v e d from anumber f e x p e r i m e n t s :[ 0 1 4 3 ] I n c r e a s i n g p o t a s s i u m c o n t e n t s p r o m o t e c r y s t a l l i Z at i o n . T h e m e l t v i s c o s i t y i s i n c r e a s e d b y i n c r e a s i n g s u l f u rc o n t e n t s t o a g r e a t e r d e g r e e t h a n i n t h e c a s e of h i g h e r sodiumc o n t e n t .[ 0 1 4 4 ] T h e t h e r m a l s t a b i l i t y i s p r o m o t e d b y v e r y s m a l ls u l f u r c o n t e n t s .[ 0 1 4 5 ] A c c o r d i n g t o t h e l i t e r a t u r e , t h e c o r r o s i v i t y o f t h ea l k a l i m e t al p o l y s u l ? d e s i s r e d u c e d by o W s u l f u r c o n t e n t s , a si n d i c at e d a b o v e .[ 0 1 4 6 ] The p t i m a l c o m p o s i t i o n s t h u s a c o m p o s i t i o n h a vi n g t h e h i g h e s t p o s s i b l e s o d i u m c o n t e n t a t t h e l o W e s t p o s s i b l es u l f u r c o n t e n t . H o W e v e r , a p r o p o r t i o n o f p o t a s s i u m i sr e q u i r e d i n o r d e r t o s u p p r e s s c r y s t a l l i Z a t i o n , and h i s i s a l l t h emore i m p o r t a n t t h e l o W e r t h e s u l f u r c o n t e n t .[ 0 1 4 7 ] O p t i m a l c o m p o s i t i o n s a r e i n t h e r a n g e

N a O . 5 * O . 6 5 K O . 5 * O . 3 5 ) 2 8 2 4 7 2 . 8[ 0 1 4 8 ] One o f t h e s e a l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e s h a v i n g t h ec o m p o s i t i o n

N a O . 6 K O . 4 ) 2 S 2 . 6d o e s n o t decompose a t t e m p e r a t u r e s up t o 700 C . and onc o o l i n g c o n t i n u o u s l y h a s a l o W v i s c o s i t y a n d d o e s n o t d r a Wt h r e a d s doWn o a b o u t l l 0 - l l 5 C . , i t s m e l t i n g r a n g e .

J u l . 7 , 2 0 1 1

[ 0 1 4 9 ] A c c o r d i n g t o t h e c a l c u l a t e d Na2SiK2SiS h a s ed i a g r a m i n t h e c i t e d l i t e r a t u r e ( L i n d b e r g e t . a l ) , t h i s compos i t i o n s h o u l d h a v e a m e l t i n g r a n g e o f a b o u t 3 6 0 - 3 8 0 C .

1 . A o m p o s i t i o n f o r t h e t r a n s p o r t a n d s t o r a g e o f h e a te n e r g y , W h i c h c o m p r i s e s a l k a l i m e t al p o l y s u l ? d e s o f t h e f o rmula ( M e l ( 1 _ x ) M e 2 x ) 2 S Z , Where Mel and Me2 a r e s e l e c t e df r o m t h e g r o u p o f l k a l i m e t a l s c o n s i s t i n g o f l i t h i u m , s o d i u m ,p o t a s s i u m , r u b i d i u m a n d c e s i u m , Mel s d i f f e r e n t f r o m Me2and x s from 0 t o l and i s from 2 . 3 t o 3 . 5 .

2 . The c o m p o s i t i o n a c c o r d i n g t o c l a i m 1 , W h e r e i n Mel sp o t a s s i u m a n d Me2 s s o d i u m .

3 . The o m p o s i t i o n a c c o r d i n g t o c l a i m 1 , W h e r e i n x s from0 . 5 t o 0 . 7 and i s from 2 . 4 t o 2 . 9 .4 . The c o m p o s i t i o n a c c o r d i n g t o c l a i m 1 h a v i n g t h e f o rmula N 3 1 0 . 5 - 0 . 6 5 K 0 . 5 - 0 . 3 5 ) 2 S 2 . 4 - 2 . s o r ( N a O . 6 K O . 4 ) 2 S 2 . 65 . The o m p o s i t i o n a c c o r d i n g t o c l a i m 1 , W h e r e i n t h e a l k a l im e t a l p o l y s u l ? d e s c a n h e o b t a i n e d b y r e a c t i n g c o n c e n t r a t e da q u e o u s s o l u t i o n s o f a l k a l i m e t a l h y d r o g e n s u l ? d e s W i t h s u lf u r .

6 . The o m p o s i t i o n a c c o r d i n g t o c l a i m 1 , W h e r e i n t h e a l k a l im e t al p o l y s u l ? d e s c a n b e o b t a i n e d b y r e a c t i n g a l k a l i m e t a lh y d r o g e n s u l l i d e s W i t h a molar x c e s s o f a l k a l i m e t a l hydroxi d e s to form a l k a l i m e t a l s u l ? d e s mixed W i t h a l k a l i m e t a lh y d r o g e n s u l ? d e s and r e a c t i n g t h e s e W i t h s u l f u r t o c o n v e r tt h e m c o m p l e t e l y i n t o a l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e s a n d , o p t i o na l l y u n d e r r e d u c e d p r e s s u r e , d i s t i l l i n g o f f t h e W a t e r a t temp e r a t u r e s up t o 5 0 0 C .7 . The o m p o s i t i o n a c c o r d i n g t o c l a i m 1 , W h e r e i n t h e a l k a l im e t a l p o l y s u l t i d e s a r e p r e p a r e d b y d e W a t e r i n g a q u e o u s s o l ut i o n s o f a l k a l i m e t a l h y d r o g e n s u l ? d e s o r a q u e o u s s o l u t i o n s o fa l k a l i m e t a l h y d r o g e n s u l ? d e s Which a v e b e e n r e a c t e d W i t h amolar x c e s s o f a l k a l i m e t a l h y d r o x i d e s t o form a l k a l i m e t a ls u l ? d e s m i x e d W i t h a l k a l i m e ta l h y d r o g e n s u l ? d e s , o p t i o n a l l yu n d e r r e d u c e d p r e s s u r e , a n d , i n a s e c o n d s t e p , r e a c t i n g t h ed e W a t e r e d a l k a l i m e t a l h y d r o g e n s u l ? d e s/ a l k a l i m e t a l s u l ? d e sW i t h l i q u i d s u l f u r t o f o r m t h e a l k a l i m e t a l p o l y s u l ? d e s .

8 . The o m p o s i t i o n a c c o r d i n g to c l a i m 6 , W h e r e i n a maximum f 0 . 9 mol f a l k a l i m e ta l h y d r o x i d e i s u s e d p e r mole fa l k a l i m e t al h y d r o g e n s u l ? d e .

9 . The s e of h e composition a s de?ned i n c l a i m 1 i n t h ep r e s e n c e o f a l u m i n u m - c o m p r i s i n g m a t e r i a l s .

1 0 . The s e of h e composition s de?ned n c l a i m 1 i n t h ep r e s e n c e o f i r o n - b a s e d m a t e r i a l s .

1 1 . The s e a c c o r d i n g to c l a i m 1 0 , Wherein h e i r o n - b a s e dm a t e r i a l s c o m p r i s e f r o m 6 t o 2 8 p e r c e n t b y W e i g h t o f a l u m inu m n d l e s s t h a n 3 p e r c e n t by e i g h t o f molybdenum n d u pt o 2 p e r c e n t b y W e i g h t o f e a c h o f Z i r c o n i u m a n d / o r y t t r i u m .

1 2 . The use of t h e composition a s de?ned i n claim 1 a smedium o r t h e t r a n s p o r t a n d / o r s t o r a g e o f h e a t e n e r g y .

1 3 . The s e of h e composition s de?ned n c l a i m 1 f o r t h et r a n s p o r t a n d / o r s t o r a g e o f h e a t e n e r g y i n s o l a r t h e r m a l poWers t a t i o n s o r i n t h e p r i m a r y c i r c u i t o f n u c l e a r poWer t a t i o n s .

1 4 . The use of h e composition s de?ned n claim 1 a s h e a tt r a n s f e r ? u i d , W h e r e i n t h e h e a t e n e r g y t h e r e o f s t r a n s f e r r e d t oa n o t h e r medium a s h e a t s t o r a g e .

1 5 . The u s e a c c o r d i n g t o c l a i m 1 4 , Wherein t h e o t h e rmedium s s u l f a n e - c o m p r i s i n g l o W - v i s c o s i t y s u l f u r .1 6 . A l a n t f o r g e n e r a t i n g e n e r g y , Which o m p r i s e s a com

p o s i t i o n a s de?ned n c l a i m 1 .1 7 . The p l a n t a c c o r d i n g t o c l a i m 1 6 , Which c o m p r i s e S a

composition s de?ned n any of l a i m s 1 t o 8 a s h e a t t r a n s f e rmedium a n d / o r h e a t s t o r a g e medium.

1 8 . The c o m p o s i t i o n a c c o r d i n g t o c l a i m 1 W h e r e i n x i sfrom 0 . 5 t o 0 . 7 and i s from 2 . 4 t o 2 . 9 .

8/12/2019 Us 20110163259

10/10

US 2 0 1 1 / 0 1 6 3 2 5 9 A1 J u l . 7 , 2 0 1 1

1 9 . The c o m p o s i t i o n a c c o r d i n g t o c l a i m 2 h a v i n g t h e f o rm u l a N a Q S - O . 6 5 K O : 5 : O . 3 5 ) 2 S 2 . 4 - ? . 8 o r N a o . 6 K 0 . 4 ) 2 S _ 2 . 62 0 . The c o m p o s i t i o n a c c o r d i n g t o c l a i m 3 h a v i n g t h e f o rmula N a o s - o . 6 5 K 0 . 5 - 4 . 3 5 ) 2 S 2 . 4 - 2 . s o r ( N a O . 6 K O . 4 ) 2 S 2 . 6

* * * * *