滑海寧，史本偉，邱坤

(長安大學汽車學院，陜西西安　710064)

?

甲醇汽油相對介電常數(shù)的試驗研究

滑海寧，史本偉，邱坤

(長安大學汽車學院，陜西西安710064)

摘要：對甲醇汽油的相對介電常數(shù)進行試驗研究，分析甲醇汽油相對介電常數(shù)隨甲醇汽油中甲醇的體積分數(shù)、甲醇汽油調配過程中所用基礎油以及溫度的變化關系。結果表明：甲醇汽油的相對介電常數(shù)隨甲醇汽油中甲醇體積分數(shù)的增加而增大(增大呈先緩、后急、再緩的趨勢)；當甲醇汽油中甲醇的體積分數(shù)低于15%時，甲醇汽油相對介電常數(shù)受溫度影響很?。划敿状嫉捏w積分數(shù)大于15%時，甲醇汽油相對介電常數(shù)隨溫度升高而增大；不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的同型號基礎油對甲醇汽油的相對介電常數(shù)影響甚小。

關鍵詞：甲醇汽油；相對介電常數(shù)；甲醇體積分數(shù)；溫度

甲醇的理化特性與車用汽油十分接近，將甲醇按不同比例添加到車用汽油中可以制成不同甲醇含量的甲醇汽油[1-4]。實際推廣應用中發(fā)現(xiàn)，發(fā)動機燃用含少量甲醇的汽油時，發(fā)動機燃料供給系統(tǒng)無需進行任何改動[5-8]；發(fā)動機燃用含較多甲醇的汽油時，需加裝靈活燃料控制器以調整噴油量，避免因混合氣過稀而導致發(fā)動機使用性能下降[9-11]。

在靈活燃料控制器中設置甲醇燃料識別系統(tǒng)，使其能在發(fā)動機起動之前檢測油箱內(nèi)甲醇汽油中甲醇的含量，并將該甲醇含量轉變成靈活燃料控制器ECU能識別的參數(shù)信號，ECU經(jīng)過運算處理后，發(fā)出控制指令，將靈活燃料控制器調至對應擋位，從而改變噴油量，對提高甲醇汽油發(fā)動機的使用性能、加速甲醇汽油推廣具有重要的理論意義和現(xiàn)實價值。

目前測定甲醇汽油中甲醇含量的主要方法有：氣相色譜法、水相快速檢測法、近紅外光譜法和中紅外光譜法[12-17]。上述檢測方法雖然都能夠準確測定甲醇汽油中的甲醇含量，但仍停留在實驗室測試階段，無法實現(xiàn)實時在線檢測，不能滿足車載甲醇燃料識別系統(tǒng)的使用要求。

研究發(fā)現(xiàn)，甲醇與車用汽油的介電常數(shù)和電導率存在較大差異[18-19]，室溫時，車用汽油的介電常數(shù)和電導率分別為1.80～2.05和10-14～5×10-11s/m，甲醇的介電常數(shù)和電導率分別為33.6和3×10-8s/m，車用汽油的電導率與甲醇相差甚遠，因此電導率是識別汽油中甲醇含量的理想?yún)?shù)。但由于車用汽油電導率變化范圍過大，在車用甲醇汽油調配過程中容易因油的組分的變化而導致識別結果發(fā)生較大偏差，因此，不宜用車用甲醇汽油的電導率識別甲醇含量。因甲醇與車用汽油的介電常數(shù)相差較大，且車用汽油的介電常數(shù)隨自身組分變化范圍較小，故介電常數(shù)是區(qū)分車用甲醇汽油中不同甲醇含量的理想?yún)?shù)。本文通過試驗，分析不同因素對甲醇汽油相對介電常數(shù)的影響。

1試驗設計

1.1試驗裝置

1)自制耐醇電容傳感器。主要參數(shù)：長方形極板的板長、寬分別為100、50 mm，電極厚度為0.05 mm，極板間距為10 mm。

2)HG2612B型電容測量分選儀。測量范圍為0.01～0.10 pF，測量精度為0.1%，測量頻率為120～104Hz。

3)恒溫實驗箱。恒溫溫控范圍-70～150 ℃。

1.2試驗試劑

中國石油化工集團公司(簡稱中石化)生產(chǎn)的92#、93#汽油；中國石油天然氣集團公司(簡稱中石油)生產(chǎn)的92#、93#汽油；甲醇為分析純。

1.3試驗方法

分別以中石化92#、93#汽油和中石油92#、93#汽油為基礎油，添加不同量的甲醇，調配成含有不同甲醇體積分數(shù)的M0、M5、M10、M15、M20、M25、M30、M35、M45、M55、M65、M75、M85、M95和M100(數(shù)字為甲醇汽油中甲醇的體積分數(shù)，M0為汽油，M100為甲醇)的甲醇汽油。然后將調配好的甲醇汽油放置到恒溫實驗箱內(nèi)，調節(jié)恒溫實驗箱的溫度。待油樣溫度達到設定值后，依次取出油樣，將自制電容傳感器放置到油樣中，用電容測定儀測定自制電容傳感器的電容，再按電容與相對介電常數(shù)之間的計算公式換算出試驗條件下油樣的相對介電常數(shù)。

圖1　恒溫下甲醇汽油相對介電常數(shù)隨甲醇體積分數(shù)的變化關系

2試驗結果及分析

2.1甲醇的體積分數(shù)對甲醇汽油相對介電常數(shù)的影響

試驗溫度為15 ℃時，甲醇汽油相對介電常數(shù)隨甲醇體積分數(shù)的變化關系如圖1所示。從圖1中可以看出：在溫度恒定的情況下，甲醇汽油的相對介電常數(shù)隨甲醇汽油中甲醇的體積分數(shù)的增加而增大。當甲醇的體積分數(shù)小于10%時，隨甲醇體積分數(shù)的增加，甲醇汽油的相對介電常數(shù)增大不明顯；當甲醇的體積分數(shù)為10%～30%時，隨甲醇的體積分數(shù)的增加，甲醇汽油的相對介電常數(shù)迅速增大；當甲醇的體積分數(shù)超過30%時，隨甲醇的體積分數(shù)的增加，甲醇汽油的相對介電常數(shù)增大趨勢變緩。這一變化趨勢同文獻[20]得到的乙醇汽油的介電常數(shù)隨乙醇汽油中乙醇的體積分數(shù)的變化規(guī)律吻合。

2.2基礎油對甲醇汽油相對介電常數(shù)的影響

在室溫條件下，甲醇汽油相對介電常數(shù)與甲醇汽油調配過程中所用基礎油的對應關系如表1所示。由表1可知，在不同廠家生產(chǎn)的同型號基礎油中加入等量的甲醇，所得甲醇的體積分數(shù)相同的甲醇汽油的相對介電常數(shù)十分接近，即不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的同型號基礎油對甲醇汽油的相對介電常數(shù)影響非常小。

表1　甲醇汽油的相對介電常數(shù)與基礎油的對應關系

2.3試驗溫度對甲醇汽油相對介電常數(shù)的影響

圖2　不同溫度下甲醇汽油相對介電常數(shù)隨甲醇體積分數(shù)的變化關系

不同溫度下，甲醇汽油相對介電常數(shù)隨甲醇汽油中甲醇的體積分數(shù)的變化關系如圖2所示。由圖2可以看出：當甲醇汽油中甲醇的體積分數(shù)低于15%時，甲醇汽油相對介電常數(shù)受溫度影響很?。划敿状嫉捏w積分數(shù)大于15%時，甲醇汽油相對介電常數(shù)隨溫度升高而增大，且隨著甲醇的體積分數(shù)的增加，甲醇汽油相對介電常數(shù)受溫度影響越來越明顯。另外，甲醇汽油相對介電常數(shù)隨甲醇的體積分數(shù)的變化趨勢并沒有隨溫度升高或降低而發(fā)生變化。

3結論

介電常數(shù)是區(qū)分車用甲醇汽油中甲醇含量的理想?yún)?shù)。通過試驗分析不同因素對甲醇汽油相對介電常數(shù)的影響，結果表明：

1)甲醇汽油的相對介電常數(shù)隨甲醇汽油中甲醇的體積分數(shù)的增加而增大；隨著甲醇的體積分數(shù)的增加，甲醇汽油相對介電常數(shù)受溫度影響越來越大，當甲醇汽油中甲醇的體積分數(shù)低于15%時，甲醇汽油相對介電常數(shù)受溫度影響很小，當甲醇的體積分數(shù)大于15%時，甲醇汽油相對介電常數(shù)隨溫度升高而增大。

2)選擇中石油92#、93#汽油與中石化92#、93#汽油作為基礎油，在同型號基礎油中加入等量的甲醇，所得甲醇的體積分數(shù)相同的甲醇汽油的相對介電常數(shù)相差甚小。

參考文獻：

[1]邊耀璋，劉生全，張春化，等.汽車新能源技術[M].北京：人民交通出版社，2003：214-215.

[2]金盼盼，張騰，楊曉平，等.甲醇汽油的中紅外法測定研究[J].汽車科技，2012(5)：66-70.

JIN Panpan，ZHANG Teng，YANG Xiaoping，et al.Mid-infrared analyzers for the determination of methanol fuels[J]. Automo-bile Science & Technology, 2012(5)：66-70.

[3]HUA Haining，HAN Zhiqi，LI Jianfeng，et al.Existing methanol gasoline corrosion evaluation method and research[J].Energy Conservation & Environmental Protection in Transportation，2014，36(1)：29-33.

[4]王蕓志.車用甲醇汽油的理化性能研究[D].西安：長安大學，2006.

WANG Yunzhi.Physico-chemical properties of the vehicular methanol gasoline[D].Xi′an：Chang′an University，2006.

[5]劉生全，馬志義，李陽陽，等.車用甲醇燃料應用技術[M].北京：人民交通出版社，2013：105-140.

[6]朱清江.甲醇汽油使用性能及技術研究[D].西安：長安大學，2006.

ZHU Qingjiang.The using performance and technical research of methanol gasoline[D].Xi′an：Chang′an University，2006.

[7]劉生全, 馬志義, 王平福, 等.車用甲醇汽油燃料技術性能[J].長安大學學報(自然科學版)，2007，27(4):88-91.

LIU Shengquan, MA Zhiyi, WANG Pingfu，et al.Technical performance of methanol gasoline fuel for vehicle[J].Journal of Chang′an University(Natural Science Edition)，2007，27(4)：88-91.

[8]孫志春，張騰，唐琛，等.車用甲醇燃料M15 排放物實驗研究[J].廣州化工，2012，40(15)：184-186.

SUN Zhichun, ZHANG Teng, TANG Chen, et al.Emissions research of car use methanol fuel M15[J].Guangzhou Chemical Industry，2012，40(15):184-186.

[9]劉生全，李陽陽，朱慶功，等.醇醚燃料與汽車應用技術[M].北京：機械工業(yè)出版社，2015:205-275.

[10]曹國忠.甲醇汽油及其應用性能研究[D].重慶：重慶大學，2008.

CAO Guozhong.Study on methanol-gasoline blended fuel and its application properties[D].Chongqing：Chongqing University，2008.

[11]陶巍巍.車用甲醇汽油測試技術[D].西安：長安大學，2014.

TAO Weiwei.Study on vehicular methanol gasoline testing technology[D].Xi′an：Chang′an University，2014.

[12]金盼盼，張騰，王珉，等.應用中紅外光譜技術分析甲醇汽油[J].能源與節(jié)能，2012(5)：3-4.

JIN Panpan，ZHANG Teng，WANG Min，et al.The application of mid-infrared spectroscopy analysis of methanol fuels[J].Energy and Energy Conervation，2012(5)：3-4.

[13]李雁如，孫瑞卿，王永苗.氣相色譜法測定車用甲醇汽油中的甲醇含量[J].現(xiàn)代化工，2013，33(2)：113-115.

LI Yanru，SUN Ruiqing，WANG Yongmiao.Determination of methanol in methanol gasoline for motor vehicles by gas chromatography[J].Modern Chemical Industry，2013，33(2)：113-115.

[14]DAN Tunan，DAI Liankui.Methanol gasoline quantitative analysis based on NIR spectroscopy[J].Computers and Applied Chemistry，2011，28(3)：329-331.

[15]WANG Jiushen，LU Huanming，DUAN Weiyu.The rapid testing method of methanol in gasoline[J].Journal of Liaoning University of Petroleum & Chemical Technology，2013(3)：23-26.

[16]劉丹丹.醇類燃料中甲醇含量和甲醛排放測試方法研究[D].西安：長安大學，2008.

LIU Dandan.Study on the testing method of methanol content and formaldehyde emission in alcohol fuel[D].Xi′an：Chang′an University，2008.

[17]姚捷，戴連奎，林藝玲.基于拉曼特征峰的甲醇汽油甲醇含量測定[J].光散射學報，2013，25(1)：59-63.

YAO Jie，DAI Liankui，LIN Yiling.Determination of methanol ratio in methanol gasoline based on raman characteristic peaks[J].The Journal of Light Scattering，2013，25(1)：59-63.

[18]崔心存.醇燃料的實用技術[M].北京：化學工業(yè)出版社，2014:104-127.

[19]崔心存.醇燃料與靈活燃料汽車[M].北京：化學工業(yè)出版社，2010：137.

[20]劉隆鑒，陳肇田，楊曉龍，等.有極性介質的混合液體濃度檢測實驗研究[J].儀器儀表學報，1999，20(4)：19-20.

LIU Longjian，CHEN Zhaotian，YANG Xiaolong，et al.Measuring the proportion of mixed liquid[J].Chinese Journal of Scientific Instrument，1999，20(4)：19-20.

(責任編輯：楊秀紅)

Experimental Study on Relative DielectricConstant of Methanol Gasoline

HUAHaining，SHIBenwei，QIUKun

(SchoolofAutomobile,Chang′anUniversity,Xi′an710064,China)

Abstract:To analyze the relative dielectric constant of methanol gasoline changing with the volume percentage of methanol in methanol gasoline, the base oil used in the blending process of methanol gasoline and the temperature, this paper conducts an experiment. The results show that the relative dielectric constant of methanol gasoline increases with the methanol volume fraction (with the trend being small at first, then big and then small again).When the methanol volume fraction is less than 15%, the relative dielectric constant of methanol gasoline will almost not be affected by the temperature. When the methanol volume fraction is more than 15%, the relative dielectric constant of methanol gasoline will increase with the temperature. The same type of the base oil produced by different manufacturers has little influence on the relative dielectric constant.

Key words:methanol gasoline； relative dielectric constant; methanol volume fraction; temperature

中圖分類號：TE626.21

文獻標志碼：A

文章編號：1672-0032(2016)01-0012-04

DOI：10.3969/j.issn.1672-0032.2016.01.003

作者簡介：滑海寧(1986—)，男，山東威海人，助理工程師，主要研究方向為交通新能源，E-mail:594121757@qq.com.

基金項目：長安大學中央高校基金項目(310850130186)

收稿日期：2016-01-12