WO2013133043A1 - 油水分離方法、含油水の処理方法、ビチューメンの生産方法およびそれらのシステム - Google Patents

油水分離方法、含油水の処理方法、ビチューメンの生産方法およびそれらのシステム Download PDF

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WO2013133043A1
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伸治 九鬼
良一 松嶋
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日東電工株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an oil-water separation method, an oil-containing water treatment method, a bitumen production method, and a system thereof.
  • it relates to performing oil-water separation in a method for producing bitumen from oil sands.
  • Bitumen recovered from oil sands one of the oil resources, has been seen only as a preliminary or next-generation alternative resource so far. However, even if the bitumen itself is inferior in quality, the product obtained therefrom is sufficiently competitive with that obtained from crude oil, and the possibility of replacing crude oil has increased in terms of cost (for example, Patent Document 1). reference).
  • Canada Oil Sands boasts an overwhelming reserve that is comparable to that of Saudi Arabian crude oil.
  • Canada has the world's top hydrocarbon reserves in Alberta and its surrounding areas. Above all, Canada has the merit that investment risk is extremely low, unlike geopolitical unstable regions such as the Middle East and Africa. Ensuring a stable supply source of energy is an extremely important issue in Japan and other countries where resources are scarce. From this viewpoint, it has been positioned as a supply area for today's valuable oil resources.
  • the bitumen is taken out by treating the bitumen mixed fluid recovered from the ground (oil sand layer) by the in-oil recovery method with a separator. Thereafter, the oil-containing water separated from the bitumen (sometimes referred to as “produced water”) is cooled to a predetermined temperature by a cooler and then separated through a plurality of predetermined tanks, Next, the treated water is recovered.
  • the oil-water separation in this method is basically gravity separation using the difference in specific gravity between oil and water. In this way, treated water is recovered and water used for bitumen production is recycled.
  • this oil-water separation method has the disadvantages that the equipment and number of steps required for oil-water separation are many and complicated, the equipment cost is high, and operation management is difficult.
  • the gravity separation method can remove oil having a relatively large particle size, but there is also a problem that an oil component having a small particle size or an emulsified oil cannot be separated. If the oil cannot be separated, organic scales may be deposited in the heat exchangers and piping in the boiler, resulting in the possibility of thermal stress-induced corrosion cracking.
  • an evaporator is applied in the desalting process, there is a case where a scale trouble occurs due to organic matter in the evaporator, which is a problem.
  • Patent Document 1 when a ceramic microfiltration membrane or an ultrafiltration membrane is applied, the ceramic membrane generally has a large volume per membrane area and is bulky and has a large weight, so that the installation area becomes large. States that. In addition, ceramic membranes are vulnerable to mechanical and thermal shocks. Binders commonly used in the production of ceramic membranes are not alkali-resistant, and when the membrane surface is clogged, cleaning and removal of strong alkaline aqueous solution and the like There is also a drawback that cannot be used. Furthermore, there is a practical problem that the ceramic film is expensive.
  • Patent Document 1 in an in-soil recovery method for producing bitumen from oil sand, bitumen is taken out from the heated bitumen mixed fluid recovered from the ground, and the heated oil-containing water separated from the bitumen mixed fluid is made of polytetrafluoroethylene.
  • An oil-water separation method of treating with a microfiltration membrane is disclosed. And according to the oil-water separation method disclosed in Patent Document 1, it is not related to the conventional complicated steps and special equipments, and it has good handling and operation controllability and is heated oil-containing water. It is stated that it is possible to achieve high oil / water separation and reduce heat loss.
  • Patent Document 1 has the following problems.
  • the oil-water separation method using a filtration membrane in Patent Document 1 has a problem that the oil enters the inside of the membrane and the contamination progresses so that clogging occurs, and therefore the permeate flow rate decreases.
  • the filtered dirt accumulates on the membrane surface and the permeate flow rate decreases.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • a hydrophilic treatment is required to ensure water permeability in the filtration membrane.
  • an aqueous solution of polyvinyl alcohol is impregnated inside the fine pores of the PTFE membrane and crosslinked with a dialdehyde using an acid catalyst, but the PTFE membrane subjected to the hydrophilic treatment is used at the time of use. It deteriorates by heat, and the hydrophobicity of the PTFE membrane returns, and as a result, water permeability deteriorates.
  • the inventor of the present application does not intend to improve / improve oil / water separation (oil-containing water treatment) using a filtration membrane, but intensively examines a new method for oil / water separation (oil-containing / water treatment). As a result, the present invention has been achieved.
  • the main objective is the oil-water separation method and oil-containing water which can make the frequency of clogging low compared with the oil-water separation method using a filtration membrane. It is to provide a processing method, a bitumen production method and a system thereof.
  • the oil-water separation method is a method of separating oil water generated by an in-oil recovery method for producing bitumen from oil sand, and a step of preparing oil-containing water obtained by removing bitumen from a bitumen mixed fluid recovered from the ground; And a step of subjecting the oil-containing water to membrane distillation using a distillation membrane member composed of a porous membrane.
  • the distillation membrane member is made of porous polytetrafluoroethylene.
  • the distillation membrane member is made of a hydrophobic material.
  • the distillation membrane member is composed of a porous membrane that has not been subjected to a hydrophilic treatment.
  • the distillation membrane member is composed of a porous membrane that has been subjected to a liquid repellent treatment.
  • the distillation membrane member is composed of a porous membrane having an average pore diameter of 0.01 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the temperature of the oil-containing water subjected to membrane distillation is 50 ° C. or higher.
  • a step of cooling the vapor evaporated through the porous membrane into a liquid is performed.
  • the oil-containing water in the step of membrane distillation of the oil-containing water, is circulated and supplied again after contacting the distillation membrane member.
  • a plurality of the distillation membrane members are provided, and the oil-containing water is distilled in a multistage manner by the plurality of distillation membrane members.
  • At least a part of the plurality of distillation membrane members is arranged in a parallel arrangement, and further includes a step of replacing the distillation membrane members arranged in parallel.
  • the oil concentration in the treated water after the membrane distillation treatment is 10 mg / liter or less.
  • the in-oil reservoir recovery method is a SAGD method or a CSS method.
  • the method for treating oil-containing water according to the present invention is a method for treating oil-containing water containing an oil component and water, and the oil-containing water containing the oil component and water is membraned using a distillation membrane member composed of a porous membrane. Perform the distillation step.
  • the distillation membrane member is composed of a porous membrane that has not been subjected to a hydrophilic treatment, and in the step of membrane distillation of the oil-containing water, the oil-containing water contacts the distillation membrane member. After that, it is circulated and supplied again.
  • the distillation membrane member is made of porous polytetrafluoroethylene.
  • the method for producing bitumen according to the present invention is a method for producing bitumen from oil sand, the step of introducing steam into the oil sand layer containing oil sand, and the mixing of bitumen containing bitumen from the oil sand layer by the steam A step of recovering fluid, a step of separating the bitumen from the bitumen mixed fluid, and an oil-containing water obtained by separating the bitumen from the bitumen mixed fluid by membrane distillation using a distillation membrane member composed of a porous membrane Including the step of.
  • the method further includes a step of introducing moisture generated by the membrane distillation into the oil sand layer.
  • the distillation membrane member is made of porous polytetrafluoroethylene.
  • a system for separating oil and water produced by an in-oil recovery method for producing bitumen from oil sand, the membrane for film-distilling oil-containing water from which bitumen is extracted from a bitumen mixed fluid recovered from the ground A distillation apparatus is provided, and the membrane distillation apparatus includes a distillation membrane member composed of a porous membrane.
  • the membrane distillation apparatus contacts the distillation membrane member, the surface of the porous membrane constituting the distillation membrane member, and the oil-containing water storage site to which the oil-containing water is supplied, and A steam discharge part through which the water vapor in the oil-containing water is discharged from the oil-containing water storage part through the distillation membrane member, and a decompression pipe is connected to the steam discharge part.
  • the oil-containing water flows through the oil-containing water storage site, and a pipe for circulating the oil-containing water is connected to the membrane distillation apparatus.
  • the distillation membrane member is arranged in a planar shape in the membrane distillation apparatus.
  • the membrane distillation apparatus has a columnar shape, and the distillation membrane member is arranged in a cylindrical shape in the membrane distillation apparatus.
  • the distillation membrane member is made of porous polytetrafluoroethylene.
  • a plurality of the distillation membrane members are provided, and at least a part of the plurality of distillation membrane members are arranged in a parallel arrangement, and the distillation membranes arranged in parallel are arranged.
  • the member is configured to be exchangeable while performing the membrane distillation.
  • An oil-containing water treatment system is an oil-containing water treatment system containing an oil component and water, and includes a membrane distillation apparatus for membrane-distilling oil-containing water, and the membrane distillation apparatus is composed of a porous membrane. A distillation membrane member.
  • the bitumen production system is a system for producing bitumen from an oil sand, an introduction pipe for introducing steam into an oil sand layer containing oil sand, and a bitumen containing bitumen from the oil sand layer by the steam.
  • a recovery pipe for recovering a mixed fluid, a separator connected to the recovery pipe for separating the bitumen from the bitumen mixed fluid, and an oil-containing water that separates the bitumen from the bitumen mixed fluid are composed of a porous membrane.
  • a membrane distillation apparatus for membrane distillation using the distilled membrane member.
  • the oil-containing water obtained by removing bitumen from the bitumen mixed fluid recovered from the ground is subjected to membrane distillation using a distillation membrane member composed of a porous membrane. Therefore, the frequency of clogging can be reduced as compared with an oil-water separation method using a filtration membrane.
  • the equipment and the number of processes required for oil / water separation are many and complicated, and the disadvantage of high equipment costs and difficult operation management can be solved. it can.
  • FIG. 1 It is a figure for demonstrating the SAGD method which takes out a bitumen from the oil sand layer 1500 in the underground 1000.
  • FIG. 2 It is sectional drawing in FIG. 1, and is a figure which shows a mode that the water vapor
  • FIG. It is a figure for demonstrating the bitumen production system 200 containing the oil-water separation system 100 which concerns on embodiment of this invention. It is sectional drawing which shows typically the structure of an example of the membrane distillation apparatus 100 which concerns on embodiment of this invention.
  • 2 is a diagram schematically showing a configuration of a porous membrane 20.
  • FIG. 1 It is sectional drawing in FIG. 1, and is a figure which shows a mode that the water vapor
  • FIG. 1 It is a block diagram of the membrane distillation apparatus 110 used for the experiment of the Example which concerns on this invention. It is a perspective view which shows an example of the membrane distillation apparatus 100 which concerns on embodiment of this invention. It is a schematic diagram which shows an example of the piping structure of the membrane distillation apparatus 100 which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which shows typically the structure of the condensation unit 70 which concerns on embodiment of this invention. It is a figure which shows typically the structure of the condensation unit 90 at the time of using the water ring pump 95. FIG. It is a schematic diagram which shows an example of the piping structure of the membrane distillation apparatus 100 which concerns on embodiment of this invention. It is a schematic diagram which shows an example of the piping structure of the membrane distillation apparatus 100 which concerns on embodiment of this invention.
  • bitumen recovered from oil sand is currently attracting a great deal of attention as one of the oil resources.
  • technological development of methods for recovering in-soil layers from geological layers at depths that cannot be collected by open pit excavation of surface oil sands with huge shovels has been promoted. Examples of this recovery method include the SAGD method and the CSS method.
  • FIG. 1 is a view showing a state of an oil sand layer 1500 in the underground 1000
  • FIG. 2 is a cross-sectional view in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the state of the oil sand 2000.
  • a steam introduction pipe 1100 serving as a steam injection well is provided in an oil sand layer 1500 including an oil sand in the ground 1000.
  • a recovery pipe 1200 serving as a bitumen production well for recovering the bitumen mixed fluid 1250 melted by the steam 1150 ejected from the steam introduction pipe 1100 is disposed below the steam introduction pipe 1100.
  • the steam introduction pipe 1100 and the recovery pipe 1200 extend the length of L1 (for example, 500 to 1000 m), and the oil sand layer 1500 is located at a depth of L2 (for example, about 300 m or more) from the ground surface. ing.
  • the distance between the steam introduction pipe 1100 and the recovery pipe 1200 is L3 (for example, 5 m or around).
  • FIG. 3 shows the structure of the oil sand 2000.
  • Oil sands once generated by the decomposition of accumulated organic matter, are exposed near the surface due to crustal deformation, and light and medium hydrocarbon components are lost due to volatilization and become heavy, or biodegradation (Biodegradation) is considered to have become heavy.
  • Oil sand 2000 is a semi-solid crude oil that does not flow in an oil layer state, and is contained in an unconsolidated sandstone layer.
  • the oil sand 2000 in the ground exists as a structure in which water 2300 and bitumen 2500, which is a heavy and high-viscosity hydrocarbon, are sequentially surrounded by sand particles 2100.
  • a high-viscosity bitumen 2500 that does not flow at room temperature in the oil sand layer 1500 in the ground is pressed into the steam introduction pipe 1100 by high-temperature steam, and the steam 1150 discharged from the steam introduction pipe 1100
  • the fluidity of the bitumen 2500 in the predetermined area 1900 of the oil sand layer 1500 is increased.
  • the underground bitumen 2500 having improved fluidity is recovered together with the hot water 1250 by the recovery pipe 1200.
  • the warm water (bitumen mixed fluid) 1250 including the bitumen 2500 includes heavy metal, sand, and the like.
  • bitumen is collected as follows. First, steam is injected into the well for a certain period, and the injection of steam is stopped and the well is closed. Next, it waits for a while until the heat of the water vapor is transferred to the oil sand layer 1500 and the bitumen 2500 is fluidized. Then, the well is opened and the bitumen mixed fluid 1250 flowing into the well is pumped up.
  • this bitumen mixed fluid 1250 is usually processed by a processing apparatus (bitumen production plant) 3000 as shown in FIG.
  • the bitumen mixed fluid 1250 pumped up from the production well 3100 (recovery pipe 1200) is sent to the separator 3200 and separated into three phases of gas, oil, and water.
  • the water separated by the separator 3200 is oil-containing water that still contains oil, from which oil, sand, and the like are separated to produce recycled water.
  • the oil-containing water from the separator 3200 is sent to an oil / water separation unit 3300 of a gravity separation type.
  • the oil / water separation unit 3300 includes an oil separator 3310, a coagulation tank 3320, a settling tank 3330, a sand filtration tank 3340, and an activated carbon adsorption tank 3350, and the oil-containing water is processed in this order.
  • a flocculant is added in front of the agglomeration tank 3320, and sludge in the settling tank 3330 is sent to the sludge tank 3410, added with a dehydration aid, and dehydrated by the dehydrator 3420.
  • Sludge in the dehydrator 3420 is incinerated in the incinerator 3450, and the reprocessed water in the dehydrator 3420 is again introduced into the aggregation tank 3320.
  • the treated water from the activated carbon adsorption tank 3350 is sent to the treated water storage tank 3500, and when seawater is used, treated seawater (or treated freshwater if not seawater) is added.
  • the treated water in the treated water storage tank 3500 is sent to a water-impregnated injection well 3600 (a steam injection well or a steam introduction pipe 1100) by a water-intrusion injection pump 3550.
  • the present inventors challenged the development of a new method that is neither a gravity separation method nor a filtration method, and conceived a method for producing reclaimed water from oil-containing water separated from a bitumen mixed fluid by oil-water separation by membrane distillation.
  • the present invention has been achieved.
  • preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Matters necessary for the implementation of the present invention other than matters specifically mentioned in the present specification can be grasped as design matters of those skilled in the art based on the prior art in this field.
  • the present invention can be carried out based on the contents disclosed in the present specification and drawings and the common general technical knowledge in the field.
  • the present invention is not limited to the following embodiments.
  • FIG. 5 shows a bitumen production system 200 including an oil / water separation system 100 according to an embodiment of the present invention.
  • the bitumen production system 200 of this embodiment is a system for producing bitumen from oil sand, and the bitumen production system 200 of this embodiment can regenerate the water used when the bitumen flows out from the oil sand.
  • the bitumen production system 200 of this embodiment is configured to introduce bitumen from the oil sand layer 1500 by the introduction pipe 89a (1100) for introducing steam (1150) into the oil sand layer 1500 including the oil sand (2000) and steam (1150). And a recovery pipe 89b (1200) for recovering the bitumen mixed fluid 81.
  • the bitumen production system 200 further includes a separation device (separator) 80 that is connected to the recovery pipe 1200 and separates the bitumen 82 from the bitumen mixed fluid 81.
  • Separation device (separator) 80 of this embodiment is an oil separator for three-phase separation, and is divided into three phases of vapor (hydrocarbon, moisture, some hydrogen sulfide), bitumen 82, and product water (oil-containing water) 83. To be separated.
  • the bitumen production system 200 of the present embodiment is a membrane distillation apparatus that membrane-distills the oil-containing water 83 (84) obtained by separating the bitumen 82 from the bitumen mixed fluid 81 using the distillation membrane member 10 composed of a porous membrane. 100. More specifically, the membrane distillation apparatus 100 of the present embodiment can produce treated water (distilled water) by removing oil from the oil-containing water 83 by film-distilling the oil-containing water 83 using a porous membrane. .
  • the membrane distillation of the present embodiment refers to component separation (for example, oil-water separation) by evaporating water through a porous membrane (for example, a hydrophobic porous membrane). Specifically, the permeation side In a reduced pressure state to evaporate the supply liquid (containing water) through the porous membrane.
  • the separation device 80 is connected to the membrane distillation apparatus 100 via the cooler 87.
  • the cooler 87 cools the oil-containing water 83 discharged from the separation device 80 to, for example, lower than 100 ° C. (in one example, about 90 ° C., or a predetermined temperature of 50 ° C. or higher or 60 ° C. or higher).
  • the oil-containing water 84 that has passed through the cooler 87 contains about 1000 to 3000 mg / liter of oil (oil component) and is introduced into the membrane distillation apparatus 100.
  • a circulation pipe (circulation path) 85 for circulating the oil-containing water 84 is provided, and the oil-containing water 84 that has not been film-distilled can be returned to the membrane distillation apparatus 100 again.
  • the treated water 86 obtained by membrane distillation with the membrane distillation apparatus 100 is sent to the treated water tank 88.
  • the oil concentration can be reduced to 10 mg / liter or less. Therefore, the oil concentration of the oil-containing water 84 can be reduced to 1/100 to 1/300.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the membrane distillation apparatus 100 of the present embodiment.
  • a membrane distillation apparatus 100 shown in FIG. 6 includes a distillation membrane member 10 composed of a porous membrane 20.
  • the membrane distillation apparatus 100 has a housing 12, and a distillation membrane member 10 is provided in the housing 12.
  • the housing 12 of the present embodiment is made of metal (for example, stainless steel), resin (for example, polycarbonate, fluorine resin, epoxy resin, etc., particularly those having heat resistance of 100 ° C. or more are preferable), and the like.
  • the distillation membrane member 10 may be formed only from the porous membrane 20, or may have a structure in which a plurality of porous membranes 20 are arranged in a matrix, and has a structure capable of performing membrane distillation. If there is no particular limitation.
  • the housing 12 is constituted by members of a lower housing 12A and an upper housing 12B, and the distilled membrane member 10 (porous membrane 20) is accommodated in any of the housings 12A and 12B.
  • the housing 12 may be configured by one of the lower housing 12A and the upper housing 12B (for example, the lower housing 12A), and the distillation membrane members 10 may not be provided on both the upper and lower sides.
  • the porous membrane 20 is disposed in one housing 12A, and the other housing 12B may be a plate-like (flat plate-like) member.
  • the distillation membrane member 10 is provided in both, the area of membrane distillation per unit area can be doubled.
  • the planar distillation membrane member 10 is arranged in the planar housing 12, but the planar distillation membrane member 10 here is geometrically meaning. It may not be a flat surface or a horizontal surface, and may be curved or may be bent due to the weight of the porous membrane 20. Further, depending on the configuration of the distillation membrane member 10, the porous membrane 20 may be bent and arranged a plurality of times (for example, in a sawtooth shape or a wavy shape) in order to increase the membrane distillation surface area of the porous membrane 20. It is also possible.
  • the housing 12 is not limited to a flat type, and a tubular (for example, cylindrical) type can be adopted.
  • the housing 12 shown in FIG. 6 has a cylindrical shape (or an elliptical, oval, rectangular or polygonal tube structure), and the lower housing 12A and the upper housing 12B are continuous.
  • the distillation membrane member 10 can be arranged in the housing 12 in an annular shape.
  • the end portions of one porous film 20 can be joined to form a tubular shape.
  • the porous membranes 20 may be joined together in the circumferential direction, or in a tubular shape, or in the length direction (for example, the direction extending from arrows 51 to 52) in order to increase the length. .
  • the membrane distillation apparatus 100 has an oil-containing water flow path (oil-containing water existing region) 15 formed therein. Then, the oil-containing water 51 is introduced from a part of the membrane distillation apparatus 100 (one end of the flow path 15), and the oil-containing water 50 passes through the porous film 20 and evaporates inside the film distillation apparatus 100 (flow path 15). By doing so, membrane distillation is performed (arrow 30a-> 30b). The evaporated vapor moves through a pipe (for example, a decompression pipe) 16 as indicated by an arrow 55. Of the oil-containing water 50, the oil that has not passed through the porous membrane 20 is discharged as oil-containing water 52 from a part of the membrane distillation apparatus 100 (the other end of the flow path 15).
  • oil-containing water flow path oil-containing water existing region
  • the porous membrane 20 constituting the distillation membrane member 10 in the present embodiment is, for example, a porous polytetrafluoroethylene film.
  • FIG. 7 schematically shows the configuration of a porous polytetrafluoroethylene film (porous membrane) 20.
  • Temis trade name; manufactured by Nitto Denko Corporation
  • micropores 20c are formed from one surface 20a to the other surface 20b.
  • This film (porous membrane) 20 has a function of blocking the permeation of water droplets 35 (for example, a size of 100 ⁇ m to 3000 ⁇ m) while allowing water vapor 30 (for example, a diameter of 0.0004 ⁇ m) to pass (arrow 30a). To 30b).
  • the membrane distillation apparatus 100 shown in FIG. 6 includes a distillation membrane member 10 constituted by a porous membrane 20 and an oil-containing water storage portion 22 arranged so as to be in contact with the surface 20a of the porous membrane 20. Yes.
  • the oil-containing water storage part 22 the oil-containing water 50 may move along the flow of arrows 51 to 52, and the oil-containing water 50 does not need to stop at the oil-containing water storage part 22.
  • the porous membrane 20 constituting the distillation membrane member 10 is held by the film fixing member 14, and the oil-containing water storage portion 22 is formed by the fixing position of the film fixing member 14.
  • a vapor discharge portion 24 is formed through which the vapor (water vapor) 30b generated through the porous membrane 20 is discharged.
  • the steam discharge part 24 is connected to a pressure reducing pipe 16 connected to a pressure reducing device (not shown), and the pressure in the steam discharge part 24 is negative (depressurized state).
  • the vapor discharge site 24 is formed by the position where the porous film 20 is fixed by the film fixing member 14.
  • steam) which evaporated through the porous membrane 20 moves through the piping 16, as shown by the arrow 55, and is condensed after that, and becomes treated water (distilled water).
  • porous membrane 20 in the membrane distillation apparatus 100 shown in FIG. 6 other porous films can be used in addition to the above-described porous polytetrafluoroethylene (porous PTFE).
  • a PVDF membrane A fluorinated resin film (fluorinated resin sheet) such as a polyvinylidene fluoride film, a PE film (polyethylene film), a PP film (polypropylene), an acrylonitrile film, or a cellulose acetate film can be used.
  • porous polytetrafluoroethylene (porous PTFE) is excellent, but heat treatment, appropriate surface processing and material composition change, distillation film member, etc. It is possible to use materials other than porous PTFE by devising the structure of 10.
  • the porous film 20 of the present embodiment is preferably made of a hydrophobic material (for example, polytetrafluoroethylene). This is because, for example, as shown in FIG. 7, if the surface 20 a of the porous film 20 is hydrophobic, the water droplets 35 of the oil-containing water (50) are water repellent (liquid repellent) by the porous film 20. . As a result, even if the other surface 20b side of the porous membrane 20 is in a reduced pressure state, the water droplet 35 does not permeate the porous membrane 20, and the water vapor 30 (30a) of the contained water (50) is selectively (that is, Evaporation is carried out only when water vapor) passes through the porous membrane 20. That is, membrane distillation is performed satisfactorily.
  • a hydrophobic material for example, polytetrafluoroethylene
  • the surface of the porous film 20 on the side (or both surfaces) in contact with the oil-containing water 50 is hydrophobic.
  • Property treatment or water repellency treatment
  • the surface can be subjected to water repellency treatment.
  • porous membrane 20 of the present embodiment since the water (35) of the oil-containing water (50) is not permeated through the porous membrane 20 and filtered, a porous membrane not subjected to hydrophilic treatment is used. be able to.
  • hydrophilic treatment is performed on the porous membrane 20 to reduce the efficiency or separation ability of the membrane distillation. It does not have to be.
  • the porous membrane 20 of the present embodiment has an average pore diameter of 0.01 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the average pore diameter can be determined by, for example, the bubble point method (JIS K3832).
  • the pore diameter of the porous membrane 20 can be appropriately selected based on the required amount of water vapor transmission.
  • the thickness of the porous membrane 20 is not particularly limited, but is, for example, 0.005 mm to 0.5 mm.
  • the thickness of the porous film 20 can also be appropriately selected according to the conditions used.
  • the porous film 20 may be used not only as a single sheet but also as a stack of the same type of film or as a stack of a plurality of types of films.
  • the dimension of the porous membrane 20 can be appropriately selected as appropriate in the distillation membrane member 10 or the membrane distillation apparatus 100. As an example, it is a relatively small size, 0.1 m to 1 m in length, and 0.1 m to 1 m in width (area 0.01 to 1 m 2 ), and a relatively large size, 1 m to 10 m in length, 1 m to 3 m in width. (Area 1-30 m 2 ).
  • the oil content of 50 ° C. or higher (for example, 60 ° C. or higher, typically about 90 ° C.) although it is cooled to some extent by the cooler 87 in the configuration shown in FIG. Water 84 is introduced.
  • the temperature of the oil-containing water 84 is higher than the temperature at which the oil-containing water 84 is low (for example, 10 ° C. to 25 ° C.)
  • the amount of water vapor generated is so much that it is suitable for membrane distillation. That is, in the bitumen production system 200 of this embodiment, the heated oil-containing water (in other words, the oil-containing water at room temperature or higher) 84 is subjected to membrane distillation, so that energy efficiency is good.
  • the higher the temperature of the oil-containing water the higher the distillation efficiency. Therefore, the oil-containing water is sent to the membrane distillation apparatus (oil-water separation unit) 100 without being cooled by the cooler 87. Also good. Even if it is cooled, it is preferable to keep the temperature of the oil-containing water at 60 ° C. or higher in view of distillation efficiency.
  • the introduction temperature to the membrane distillation apparatus 100 is determined in consideration of the material resistance temperature (or the decomposition temperature of the material) of the porous membrane 20. It is desirable.
  • the porous membrane 20 is made of porous PTFE, the oil-containing water can be suitably used up to 200 ° C. for plant operation.
  • the membrane distillation apparatus 100 is provided with a circulation pipe 85 for circulating the contained water 84. Therefore, the discharge amount (arrow 52) of the contained water 50 in the example shown in FIG. 6 can be subjected to the membrane distillation process again as the inflow portion (arrow 51) through the circulation pipe 85.
  • a plurality of membrane distillation apparatuses 100 are connected to perform membrane distillation of the oil-containing water 84 (50) in multiple stages. Can be executed.
  • the water vapor evaporated in the porous membrane 20 of the membrane distillation apparatus 100 is condensed in the membrane distillation apparatus 100 to become treated water (distilled water) or outside the membrane distillation apparatus 100. Is condensed into treated water (distilled water) and stored in the treated water tank 88.
  • the treated water in the treated water tank 88 is combined with other water (fresh water or seawater) and used as water for the introduction pipe 89a (1100) that introduces steam into the oil sand layer 1500. Alternatively, it is used as treated water in a predetermined process of the bitumen production system 200 (or oil plant).
  • the oil-containing water 84 (83) obtained by extracting the bitumen 82 from the bitumen mixed fluid 81 recovered from the underground (1000) is removed from the porous membrane 20.
  • Membrane distillation is performed using the configured distillation membrane member 10.
  • the oil-water separation method by filtration using a porous membrane the oil-containing water passes through the porous membrane, resulting in clogging of the porous membrane.
  • the separation efficiency is reduced by filtration and the porous membrane
  • the frequency of clogging can be reduced as compared with the filtration method using the porous membrane.
  • impurities such as sand
  • water vapor is larger than the size of the particles of impurities (such as sand). Since the passing pores are small, the influence of the presence of the impurities can be reduced as compared with the case of filtration.
  • impurities such as sand
  • the membrane distillation apparatus 100 shown in FIG. 6 since the oil-containing water 50 is flowing (from the arrow 51 to the arrow 52), such impurities stay on the surface (20a) of the porous membrane 20 all the time. Most of them move from upstream to downstream.
  • a hydrophilic treatment for ensuring water permeability is required for the filtration membrane made of PTFE, but in the method of this embodiment, in order to perform membrane distillation The hydrophobic property can be utilized and the hydrophilic treatment need not be performed. Moreover, although the heat resistance of the PTFE membrane may be lowered by the hydrophilic treatment, such a problem can be avoided in the method of the present embodiment.
  • the gravity separation method using the difference in specific gravity between oil and water as shown in FIG. 4 has a disadvantage that the equipment and the number of steps required for oil / water separation are complicated and the equipment cost is high and operation management is difficult. There is.
  • the method of the present embodiment such necessary equipment can be reduced, the number of processes can be reduced, and the equipment cost that has been generated can be reduced. Since it is exclusively the management of membrane distillation, it is simplified.
  • the efficiency of oil-water separation can be improved. As a result, a reduction in the amount of oil in the treated water prevents organic scales from depositing in heat exchangers and piping in boilers, resulting in the possibility of thermal stress-induced corrosion cracking. can do.
  • when applying an evaporator in a desalting process it can avoid that the scale trouble by the organic substance in an evaporator generate
  • the PTFE porous membrane as the porous membrane 20 of the present embodiment can be manufactured as follows. First, a liquid lubricant is blended with PTFE fine powder, extruded into a round bar shape or a flat plate shape, then rolled, then the liquid lubricant is removed, and then stretched. In this way, a PTFE porous membrane can be obtained.
  • a liquid lubricant petroleum-based solvents such as solvent naphtha and white oil, and hydrocarbon oils such as undecane can be used.
  • the liquid repellent treatment can be performed by applying a substance having a small surface tension to the resin porous film, drying it, and then curing it.
  • the liquid repellent (water repellent) used for the liquid repellent treatment for repelling the solution may be any one that can form a film having a surface tension lower than the surface tension of the resin porous film.
  • a liquid repellent for example, a liquid repellent containing a polymer having a perfluoroalkyl group is suitable.
  • the liquid repellent agent can be applied by impregnation, spraying, or the like.
  • a method for forming a liquid repellent film containing a polymer having a perfluoroalkyl group is as follows. That is, as a coating method for a solution or dispersion of a polymer having a perfluoroalkyl group, an air spray method, an electrostatic spray method, a dip coating method, a spin coating method, a roll coating method (such as a kiss coating method or a gravure coating method). Curtain flow coating method, impregnation method and the like.
  • Other examples of the coating method include an electrodeposition coating method and a film formation method by a plasma polymerization method.
  • the method is not particularly limited as long as a desired film (liquid repellent layer) can be formed.
  • the average pore diameter of the porous membrane 20 is desirably 0.01 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • the air permeability of the porous membrane 20 is preferably 0.1 to 300 seconds / 100 cm 3 in terms of Gurley value.
  • FIG. 8 shows a membrane distillation apparatus 110 on which the inventor has conducted an experiment.
  • the membrane distillation apparatus 110 shown in FIG. 8 includes an oil-containing water retaining tank 40 in which the oil-containing water 50 is retained and a housing 43 in which the porous membrane 20 is accommodated.
  • the oil-containing water storage tank 40 is connected to the housing 43 via an introduction transfer pipe 41 a for introducing the contained water 50.
  • the housing 43 and the oil-containing water storage tank 40 are disposed inside the water bath 45.
  • the water bath 45 contains hot water (for example, water at 50 ° C. or 60 ° C. or higher) 45a.
  • the temperature of the oil-containing water 50 in the oil-containing water storage tank 40 is made constant.
  • the housing 43 is provided with a reflux pipe 41 b for returning the oil-containing water 50 to the oil-containing water storage tank 40.
  • a circulation pump (not shown) for circulating the oil-containing water 50 is disposed in the path of the reflux pipe 41b.
  • the porous membrane 20 is disposed in the housing 43, and the oil-containing water 50 flows through the oil-containing water passage portion 42 on the first surface (here, the upper surface) 20a of the porous membrane 20.
  • the oil-containing water 50 flowing through the oil-containing water passage portion 42 is subjected to membrane distillation through the porous membrane 20 (arrows 30a and 30b), and steam (water vapor) is emitted from the second surface (here, the lower surface) 20b of the porous membrane 20. 46 comes out.
  • a vapor accommodation portion 44 is located, and the vapor 46 is collected in the vapor accommodation portion 44.
  • a steam moving pipe 47a is connected to the steam housing part 44, and the steam 46 moves in the steam moving pipe 47a.
  • the steam moving pipe 47a is connected to the steam accommodating pipe 47b of the trap device 49 through the connector 47c.
  • the trap device 49 includes a trap member 49a surrounding the steam housing pipe 47b and a pressure reducing pipe 49d connected to a part (upper part) of the trap member 49a.
  • a cylindrical member 49b capable of holding a cooling medium (for example, liquid nitrogen) 49c is provided.
  • the decompression pipe 49d is connected to a decompression device (vacuum pump).
  • the steam 46 collected in the steam accommodating portion 44 moves due to the pressure difference, passes through the steam moving piping 47a and the steam accommodating piping 47b from the housing 43, is cooled and condensed by the trap device 49, and trap member 49a. It will be stored as a liquid (distilled water) underneath.
  • the oil-containing water 50 is C mg oil manufactured by Teishi Topping Plant Co., Ltd., 1000 mg / liter, and Emulgen A90 manufactured by Kao Co., Ltd. (surfactant) is added to 5000 mg / liter ion-exchanged water.
  • a product prepared by stirring for 6 minutes at 2000 rpm using Shintaro Awatori Nertaro ARE310 was used.
  • the water bath 45 is used to heat the oil-containing water 50 until it reaches about 60 ° C., and the heated oil-containing water 50 passes through the surface 20 a of the porous membrane 20. After circulating for a minute, the pressure was reduced for 15 minutes, and membrane distillation with the porous membrane 20 was performed.
  • porous membrane 20 As the porous membrane 20 as Example 1, a non-repellent treated PTFE porous membrane having a membrane area of about 60 cm 2 and a thickness of 0.2 mm was used. Further, as the porous membrane 20 as Example 2, a liquid repellent PTFE porous membrane having a membrane area of about 60 cm 2 and a thickness of 0.2 mm was used.
  • the amounts of distilled water of Examples 1 and 2 thus obtained were 10.0 g for Example 1 and 10.7 g for Example 2.
  • the obtained distilled water was subjected to liquid-liquid extraction with chloroform, and the amount of organic matter was weighed. Further, H-NMR measurement was performed on the obtained organic matter, and component analysis of the organic matter was conducted. As a result, about 10 ppm of organic matter was obtained in both Examples 1 and 2.
  • the main component of the organic substance was a long-chain aliphatic component (including a component derived from chloroform blank) that is considered to be derived from C heavy oil. Since the long-chain aliphatic component also contains a component derived from a chloroform blank, it was concluded that the oil content was 10 ppm or less.
  • the configuration and separation method of the embodiment of the present invention includes an oil impregnation during bitumen production as shown in FIG. 8 in addition to a method of separating oil and water generated by an in-oil recovery method for producing bitumen from oil sand. It can be widely applied to things other than water. That is, the configuration and separation method of the embodiment of the present invention can be used as a method for treating oil-containing water containing an oil component and water.
  • the oil-containing water 50 containing an oil component and water is This is performed by performing membrane distillation using the distillation membrane member 10 composed of the porous membrane 20.
  • it can be used not only for oil-containing water during bitumen production, but also for treatment of water contained in oil production, industrial waste oil treatment from factory, waste oil discharged from food factory It can also be used in processing.
  • FIG. 9 is a perspective view showing an example of the membrane distillation apparatus 100 according to the embodiment of the present invention.
  • the membrane distillation apparatus 100 shown in FIG. 9 has a planar configuration, and the distillation membrane member 10 (porous membrane 20) is set inside a substantially rectangular parallelepiped housing (housing) 60.
  • the housing 60 is provided with a lid member 65 that closes an opening for introducing the distillation membrane member 10 composed of the porous membrane 20.
  • the lid member 65 is provided with an introduction pipe 61 for introducing the oil-containing water and a discharge pipe (refluxing pipe) 62 for discharging the oil-containing water.
  • a decompression pipe 16 is attached to a part of the housing 60 (here, a housing lower member).
  • a decompression device (not shown) to the decompression pipe 16 and bringing one side of the porous membrane 20 located inside the housing 60 into a decompressed state, the moving oil-containing water (50) can be subjected to membrane distillation. it can.
  • steam 55 is discharged from the decompression pipe 16.
  • the upper member and the lower member of the housing 60 are fixed to each other by a fastening member (for example, a screw or a screw) 67. Or a fastening member etc. are not restrict
  • membrane distillation apparatus 100 As shown in FIG. 5, one (or two to three) large-sized apparatuses are produced as the membrane distillation apparatus 100 as shown in FIG. May be executed.
  • membrane distillation may be performed by connecting a large number of small and medium membrane distillation apparatuses 100.
  • the large membrane distillation apparatus 100 has an area for membrane distillation of, for example, 1 m 2 to 30 m 2 (or more).
  • the small and medium membrane distillation apparatus 100 has an area of membrane distillation of, for example, 0.01 m 2 to 1 m 2 (or more).
  • the membrane distillation apparatus 100 shown in FIG. 9 may be modified to an apparatus that performs membrane distillation using a plurality of (upper and lower) porous membranes 20 as in the structure shown in FIG.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an example of the piping configuration of the membrane distillation apparatus 100 of the present embodiment.
  • a plurality of distillation membrane members 10 (10A, 10B) are provided, and the first distillation membrane member 10A and the second distillation membrane member 10B are arranged in parallel with each other. Is arranged. Further, valves 69 are provided upstream and downstream of the first distillation membrane member 10A and the second distillation membrane member 10B, respectively.
  • the frequency of clogging is less than that of the filtration method, but in the operation of the plant, inspection, repair, etc. may be performed during regular maintenance. Therefore, in the configuration as shown in FIG. 10, there is a great technical merit that the operation of the other can be stopped while performing the membrane distillation using any one of the distillation membrane members 10.
  • two distillation membrane members 10 (10A, 10B) are used, but three or more distillation membrane members 10 can be arranged in parallel.
  • a circulation pump 68 is provided in a part of the reflux pipe (circulation pipe) 85.
  • the oil-containing water (50) is circulated in the reflux pipe 85 by the circulation pump 68, and the oil-containing water (50) is evaporated by membrane distillation using the distillation membrane member 10 (10A, 10B).
  • the steam 55 from the oil-containing water (50) moves to the condensing unit 70 through the pipe 16.
  • the decompression device (decompression pump) 75 is connected to the condensing unit 70, and the decompression device 75 can make the decompression state of one side of the distillation membrane member 10 (10A, 10B).
  • the distillation membrane member 10 is accommodated in the housing which can hold
  • the condensing unit 70 shown in FIG. 11 includes a condenser 71 that condenses steam (water vapor) 55.
  • the condensing unit 70 in this example includes a plurality of condensers 71 (71A, 71B).
  • a plurality of condensers 71 in series, it is not possible to condense with one condenser 71A. In this case, the condensation can be performed by the next condenser 71B, so that the condensation efficiency can be improved.
  • two condensers 71 (71 ⁇ / b> A and 71 ⁇ / b> B) are provided in the condensation unit 70, but three or more condensers 71 may be provided.
  • the condenser 71 is provided with cooling pipes 72 (72A, 72B) through which the cooling medium 76 moves.
  • cooling medium 76 cooling water and refrigerant (for example, ammonia, chlorofluorocarbons, halogenated hydrocarbons, isobutane, etc.) can be used, and if the vapor (water vapor) can be condensed, the kind of the cooling medium 76 is used. Is not particularly limited. If liquid nitrogen is used as the cooling medium 76, the efficiency can be further improved.
  • the cooling pipe 72 of the present embodiment extends in a bent and / or branched manner in order to increase the contact area with the steam 55.
  • the cooling pipe 72 can be spiral.
  • the cooling medium 76 supplied from one end of the cooling pipe 72 as indicated by an arrow 76a moves and cools the cooling pipe 72 (by condensing steam thereby), while the cooling medium 72 is supplied to the cooling pipe 72 as indicated by an arrow 76b. It is discharged from the other end.
  • the steam 55 introduced into the condenser 71A from the pipe 73a is condensed in the cooling pipe 72A to become distilled water, which is discharged as treated water 86. Since the condenser 71A is connected to the condenser 71B by the connecting pipe 73b, the vapor that has not been condensed by the condenser 71A is introduced into the condenser 71B. Next, the steam 55 introduced into the condenser 71B is condensed in the cooling pipe 72B to be distilled water, which is discharged as treated water 86. The obtained treated water 86 is collected and can be used as post-process water.
  • a decompression pipe 74 is connected to the condenser 71B (71), and the decompression pipe 74 is connected to a decompression device (pump) 75.
  • the decompression device 75 can include, for example, an oil rotary vacuum pump, a liquid ring vacuum pump, or the like, but is not particularly limited as long as a decompressed state capable of performing film distillation can be realized.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing the configuration of the condensing unit 90 (70) when the water ring pump 95 is used.
  • the water ring pump 95 is also referred to as a water ring vacuum pump, and can recover moisture while pulling a vacuum.
  • the condensing unit 90 of the present embodiment is composed of one to three stages of steam ejectors (91, 92), a surface type intercondenser 93, and a water ring (water ring) pump 95.
  • the introduced steam (water vapor) 55 moves to the branch pipe 91a, is introduced from the branch pipe 91a to the first stage steam ejector 91, and becomes the driving gas 96a.
  • the intake gas 99a is also introduced.
  • the steam from the branch pipe 91a is also introduced into the second stage steam ejector 92 to become the driving gas 96b.
  • the ejectors (91, 92) are devices that can create a vacuum (reduced pressure) directly from the driving gas (96a, 96b) without mechanical movement of a pump or the like, and have a simple structure and no moving parts. In addition, it has superior durability and reliability compared to mechanical vacuum pumps.
  • a three-stage or more steam ejector may be used, or a single-stage steam ejector may be used.
  • the cooling water 93a is introduced into the inter-condenser 93, the indirect cooling can be performed with the cooling water to condense the steam, and then the cooling water 93b is discharged.
  • a replenishing water 93 c can be introduced into the water ring (water ring) pump 95.
  • the water condensed by the inter condenser 93 moves into the pipe 94a connected to the inter condenser 93 as shown by an arrow 97a, and then moves inside the pipe 94b as shown by an arrow 97b. After that, it moves into the muffler separator 98 as indicated by an arrow 97c, and is then discharged as treated water 86.
  • the obtained treated water 86 is collected and can be used as post-process water.
  • the present invention is not limited to the structure shown in FIG. 12, and other structures can be adopted.
  • a configuration in which steam (water vapor) 55 generated by membrane distillation is introduced into the intercondenser 93 and condensed there may be employed.
  • the membrane distillation apparatus 100 of the present embodiment can be modified to FIG. 13 or FIG.
  • the distillation membrane member 10A and the distillation membrane member 10B are arranged in parallel.
  • the distillation membrane members 10a and 10b are connected in series, the distillation membrane members 10c and 10d are connected in series, and a combination thereof is connected in parallel.
  • the distillation membrane members 10a and 10b are connected in parallel, the distillation membrane members 10c and 10d are connected in parallel, and a combination thereof is connected in parallel.
  • a valve 69 shown in FIG. 10 can be provided upstream and downstream of each distillation membrane member 10.
  • a circulation pump 68 can be disposed in the reflux pipe (circulation pipe) 85.
  • membrane distillation can be performed appropriately. If it is, it is not limited to those structures, Various modifications are possible.
  • the porous membrane 20 is folded in half, a mesh member is sandwiched between them, and a plurality of them are arranged to form the distillation membrane member 10.
  • Membrane distillation may be performed by flowing oil-containing water (50) through the mesh member in the distillation membrane member 10.
  • a spiral-type distillation membrane member 10 in which a porous membrane 20 and a mesh member are laminated and wound is prepared, and oil-containing water (50) is poured into the mesh member of the distillation membrane member 10 to perform membrane distillation. It can also be done.
  • the water bath 45 is used as a heating device (temperature adjusting device), but an oil bath, a throwing heater, a mantle heater, etc. are also used. It is also possible to do. Further, a temperature can be controlled by winding a band heater around the pipe 41a and / or 41b.
  • the oil-impregnated water 50 is added using solar thermal energy and solar energy. It is possible to perform the temperature.
  • an oil-water separation method an oil-containing water treatment method, a bitumen production method, and a system thereof that can reduce the frequency of clogging.

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Abstract

　目詰まりの頻度を低くすることができる油水分離方法を提供する。オイルサンド（１５００）からビチューメン８２を生産する油層内回収法で生じる油水を分離する方法であり、地中から回収したビチューメン混合流体８１からビチューメン８２を取り出した含油水（８３、８４）を用意した後、多孔質膜２０から構成された蒸留膜部材１０を用いて含油水８４を膜蒸留する工程を実行する。

Description

油水分離方法、含油水の処理方法、ビチューメンの生産方法およびそれらのシステム
　本発明は、油水分離方法、含油水の処理方法、ビチューメンの生産方法およびそれらのシステムに関する。特に、オイルサンドからビチューメンを生産する方法において油水分離を行うことに関する。
　なお、本出願は２０１２年３月９日に出願された日本国特許出願２０１２－５３２６０号に基づく優先権を主張しており、その出願の全内容は本明細書中に参照として組み入れられている。
　石油資源の１つであるオイルサンドから回収されるビチューメンは、これまでは予備的または次世代の代替資源としてしか見られてこなかった。しかし、ビチューメン自体は質的に劣悪であっても、そこから得られる製品は原油から得られるものと十分競争力があり、コストにおいても原油代替の可能性が高まってきた（例えば、特許文献１参照）。
　また、カナダオイルサンドは、サウジアラビアの原油に匹敵するほどの圧倒的な埋蔵量を誇っており、例えばカナダ国アルバータ州およびその周辺地域における炭化水素埋蔵量は世界トップクラスである。そして何よりカナダは中東やアフリカなどの地政学的に不安定な地域と異なり投資リスクが極めて小さいというメリットがある。エネルギーの安定した供給源の確保は資源に乏しい日本をはじめ各国において極めて重要な課題であり、この観点からも今日の貴重な石油資源の供給地域として位置付けられるようになってきた。
　かかるオイルサンドからのビチューメン生産において、近年、露天掘りでは開発が難しい深度に存在するものにも目が向けられ、この採取を可能にするＳＡＧＤ（Steam Assisted Gravity Drainage）法、ＣＳＳ法（Cyclic Steam Stimulation）法といった油層内回収法が注目され、精力的にその技術開発が進められている。
　油層内回収法では、オイルサンド層内にある常温では流動しない高粘度の油に対し高温スチームを圧入することにより、加熱して油の粘度を下げ、このスチームが凝集した高温水と油とを回収する。そのため大量の高温スチームを造り出すための「水」が必要となる。例えば、ＳＡＧＤ法では、スチーム生成のための油生産量の約３倍の水を使用する。他方、カナダにおいては州の厳しい環境基準により利用可能な取水量が制限されるほか、十分な容量を持つ排水圧入層が近傍に存在しないために、水のリサイクルが必須となっている。
特開２０１０－２４８４３１号公報
　従来のＳＡＧＤ法またはＣＳＳ法では、油層内回収法で地中（オイルサンド層）から回収されたビチューメン混合流体をセパレータで処理することによって、ビチューメンを取り出す。その後、ビチューメンと分離された含油水（生産水（Produced water）と称されることもある）は、冷却器で所定温度に冷却された後に所定のタンクを複数経由することによって油分を分離し、次いで、処理水を回収する。この方法における油水分離は、基本的には、油と水の比重差を利用した重力分離である。このようにして処理水が回収されて、ビチューメンの生産に使用する水のリサイクルが行われる。
　しかしながら、この油水分離方法では、油水分離に必要な機器および工程数が多く煩雑であり、設備費が高くつくとともに、運転管理も難しいという欠点がある。また、重力分離法では、比較的粒径の大きな油分は除去できるが、粒径の小さな油分やエマルジョン化した油分は分離できないという問題もある。油分が分離できないと、熱交換器やボイラ内の配管で有機物系のスケールが析出し、その結果、熱応力起源の腐食割れが起きる可能性が生じる。さらに、脱塩工程においてエバポレータを適用する場合、エバポレータ内での有機物によるスケールトラブルが発生し、それが問題になっているケースもある。
　特許文献１では、セラミック製の精密ろ過膜または限外ろ過膜の適用をした場合、セラミック製の膜は概して膜面積あたりの容積が大きく嵩張り、また重量が大きいことから、設置面積が大きくなることを述べている。加えて、セラミック膜は機械的および熱的な衝撃に弱い点、セラミック膜の製造に一般的に用いられるバインダーはアルカリ耐性がなく、膜面が目詰まりした場合に、強アルカリ水溶液などの洗浄除去を使用できない点も欠点として存在する。さらには、セラミック膜はコストが高いという実用的な問題もある。
　特許文献１では、オイルサンドからビチューメンを生産する油層内回収法において、地中から回収した加温ビチューメン混合流体からビチューメンを取り出し、ビチューメン混合流体から分離された加温含油水をポリテトラフルオロエチレン製の精密ろ過膜で処理する油水分離方法が開示されている。そして、この特許文献１に開示された油水分離方法によれば、従来のような多段にわたる煩雑な工程や特殊な設備によらず、しかも取り扱い性及び運転管理性が良く、加温された含油水の高度な油水分離を可能とし熱ロスを低減することができることが述べられている。
　しかしながら、本願発明者の検討によると、特許文献１に開示された油水分離方法には次のような問題があることが見出された。まず、特許文献１のろ過膜による油水分離方法では、膜内部に油が侵入するために汚れが進行するために目詰まりを起し、それゆえに、透過流量が低下するという問題がある。加えて、膜表面にろ過された汚れが堆積して透過流量が低下する問題も生じる。
　また、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製のろ過膜では、ＰＴＦＥが疎水性であるがゆえに、当該ろ過膜に通水性を確保するための親水性処理が必要となる。この親水性処理としては、ポリビニルアルコールの水溶液をＰＴＦＥ膜の微細孔内部に含浸させ、酸触媒を用いてジアルデヒドと架橋させることが挙げられるが、親水性処理を施したＰＴＦＥ膜は使用時の熱によって劣化して、ＰＴＦＥ膜の疎水性が戻り、その結果、通水性が悪くなってしまう。
　本願発明者は、このような状況の中で、ろ過膜を用いた油水分離（含油水処理）の改良・改善を図るのではなく、新たな油水分離（含油水処理）の方法を鋭意検討し、その結果、本発明に至った。
　本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、ろ過膜を用いた油水分離方法と比較して、目詰まりの頻度を低くすることができる油水分離方法、含油水の処理方法、ビチューメンの生産方法およびそれらのシステムを提供することにある。
　本発明に係る油水分離方法は、オイルサンドからビチューメンを生産する油層内回収法で生じる油水を分離する方法であり、地中から回収したビチューメン混合流体からビチューメンを取り出した含油水を用意する工程と、多孔質膜から構成された蒸留膜部材を用いて前記含油水を膜蒸留する工程とを含む。
　ある好適な実施形態において、前記蒸留膜部材は、多孔質ポリテトラフルオロエチレンから構成されている。
　ある好適な実施形態において、前記蒸留膜部材は、疎水性の材料から構成されている。
　ある好適な実施形態において、前記蒸留膜部材は、親水処理が施されていない多孔質膜から構成されている。
　ある好適な実施形態において、前記蒸留膜部材は、撥液処理が施されている多孔質膜から構成されている。
　ある好適な実施形態において、前記蒸留膜部材は、平均孔径０．０１μｍ以上１０μｍ以下の多孔質膜から構成されている。
　ある好適な実施形態において、前記膜蒸留される前記含油水の温度は５０℃以上である。
　ある好適な実施形態では、前記膜蒸留においては、前記多孔質膜を通過して蒸発した蒸気を冷却して液体にする工程を実行する。
　ある好適な実施形態では、前記含油水を膜蒸留する工程において、前記含油水は、前記蒸留膜部材に接触した後に再び循環して供給される。
　ある好適な実施形態において、前記蒸留膜部材は、複数設けられており、前記複数の蒸留膜部材によって、多段式に前記含油水の蒸留が実行される。
　ある好適な実施形態において、前記複数の蒸留膜部材の少なくとも一部は、並列配列になるように配置されており、前記並列配列された前記蒸留膜部材を交換する工程をさらに含む。
　ある好適な実施形態では、前記膜蒸留の処理後における処理水中の油分濃度が１０ｍｇ／リットル以下である。
　ある好適な実施形態において、前記油層内回収法は、ＳＡＧＤ法またはＣＳＳ法である。
　本発明の含油水の処理方法は、油分成分および水を含有する含油水の処理方法であり、油分成分および水を含有する含油水を、多孔質膜から構成された蒸留膜部材を用いて膜蒸留する工程を実行する。
　ある好適な実施形態において、前記蒸留膜部材は、親水処理が施されていない多孔質膜から構成されており、前記含油水を膜蒸留する工程において、前記含油水は、前記蒸留膜部材に接触した後に再び循環して供給される。
　ある好適な実施形態において、前記蒸留膜部材は、多孔質ポリテトラフルオロエチレンから構成されている。
　本発明に係るビチューメンの生産方法は、オイルサンドからビチューメンを生産する方法であり、オイルサンドを含むオイルサンド層にスチームを導入する工程と、前記スチームによって前記オイルサンド層から、ビチューメンを含むビチューメン混合流体を回収する工程と、前記ビチューメン混合流体から、前記ビチューメンを分離する工程と、前記ビチューメン混合流体から前記ビチューメンを分離した含油水を、多孔質膜から構成された蒸留膜部材を用いて膜蒸留する工程とを含む。
　ある好適な実施形態において、前記膜蒸留によって生成した水分を、オイルサンド層に導入する工程をさらに含む。
　ある好適な実施形態において、前記蒸留膜部材は、多孔質ポリテトラフルオロエチレンから構成されている。
　ある好適な実施形態において、オイルサンドからビチューメンを生産する油層内回収法で生じる油水を分離するシステムであって、地中から回収したビチューメン混合流体からビチューメンが取り出された含油水を膜蒸留する膜蒸留装置を備え、前記膜蒸留装置は、多孔質膜から構成された蒸留膜部材を含んでいる。
　ある好適な実施形態において、前記膜蒸留装置は、前記蒸留膜部材と、前記蒸留膜部材を構成する前記多孔質膜の表面に接触し、前記含油水が供給される含油水貯留部位と、前記含油水貯留部位から、前記蒸留膜部材を通過して、前記含油水における水の蒸気が排出される蒸気排出部位とを備え、前記蒸気排出部位には、減圧配管が接続されている。
　ある好適な実施形態において、前記含油水貯留部位には、前記含油水が流れており、前記膜蒸留装置には、前記含油水を循環させる配管が接続されている。
　ある好適な実施形態において、前記蒸留膜部材は、前記膜蒸留装置内において平面状に配置されている。
　ある好適な実施形態において、前記膜蒸留装置は、円柱形状を有しており、前記蒸留膜部材は、前記膜蒸留装置内において円筒状に配置されている。
　ある好適な実施形態において、前記蒸留膜部材は、多孔質ポリテトラフルオロエチレンから構成されている。
　ある好適な実施形態において、前記蒸留膜部材は、複数設けられており、前記複数の蒸留膜部材の少なくとも一部は、並列配列になるように配置されており、前記並列配列された前記蒸留膜部材は、前記膜蒸留を実行しながら交換可能に構成されている。
　本発明に係る含油水の処理システムは、油分成分および水を含有する含油水の処理システムであり、含油水を膜蒸留する膜蒸留装置を備え、前記膜蒸留装置は、多孔質膜から構成された蒸留膜部材を含んでいる。
　本発明に係るビチューメンの生産システムは、オイルサンドからビチューメンを生産するシステムであり、オイルサンドを含むオイルサンド層にスチームを導入する導入配管と、前記スチームによって前記オイルサンド層から、ビチューメンを含むビチューメン混合流体を回収する回収配管と、前記回収配管に接続され、前記ビチューメン混合流体から前記ビチューメンを分離する分離装置と、前記ビチューメン混合流体から前記ビチューメンを分離した含油水を、多孔質膜から構成された蒸留膜部材を用いて膜蒸留する膜蒸留装置とを含む。
　本発明に係る油水分離方法によれば、地中から回収したビチューメン混合流体からビチューメンを取り出した含油水を、多孔質膜から構成された蒸留膜部材を用いて膜蒸留する。したがって、ろ過膜を用いた油水分離方法と比較して、目詰まりの頻度を低くすることができる。また、油と水の比重差を利用した重力分離の方法と比較して、油水分離に必要な機器および工程数が多く煩雑であり、設備費が高く運転管理も難しいという欠点を解消することができる。
地中１０００におけるオイルサンド層１５００からビチューメンを取り出すＳＡＧＤ法を説明するための図である。 図１における断面図であり、水蒸気１１５０が広がる様子を示す図である。 オイルサンド２０００の構造を模式的に示す図である。 ビチューメン生産プラント３０００を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る油水分離システム１００を含むビチューメン生産システム２００を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る膜蒸留装置１００の一例の構成を模式的に示す断面図である。 多孔質膜２０の構成を模式的に示す図である。 本発明に係る実施例の実験に使用した膜蒸留装置１１０の構成図である。 本発明の実施形態に係る膜蒸留装置１００の一例を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る膜蒸留装置１００の配管構成の一例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る凝縮ユニット７０の構成を模式的に示す図である。 水封式ポンプ９５を使用した場合の凝縮ユニット９０の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施形態に係る膜蒸留装置１００の配管構成の一例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る膜蒸留装置１００の配管構成の一例を示す模式図である。
　上述したように、オイルサンドから回収されるビチューメンは、石油資源の一つとして現在非常に注目されている。オイルサンドからのビチューメンの生産においては、近年、巨大なシャベルで表層のオイルサンドを掘る露天掘りでは採取できない深度の地層からの油層内回収方法の技術開発が進められている。この回収方法としては、ＳＡＧＤ法、ＣＳＳ法が挙げられる。
　図１から図３を参照しながら、ＳＡＧＤ法について簡単に説明する。図１は、地中１０００におけるオイルサンド層１５００の様子を示す図であり、図２は、図１における断面図である。また、図３は、オイルサンド２０００の様子を示す模式図である。
　図１及び図２に示すように、ＳＡＧＤ法の場合、地中１０００においてオイルサンドを含むオイルサンド層１５００において水蒸気注入井となるスチーム導入配管１１００が設けられる。そして、スチーム導入配管１１００の下方には、スチーム導入配管１１００から噴き出されたスチーム１１５０によって溶け出したビチューメン混合流体１２５０を回収するビチューメン生産井となる回収配管１２００が配置されている。
　スチーム導入配管１１００および回収配管１２００は、Ｌ１の長さ（例えば、５００～１０００ｍ）延びており、オイルサンド層１５００は、地表からＬ２の深さ（例えば、３００ｍ程度、またはそれ以上）に位置している。スチーム導入配管１１００と回収配管１２００との間隔はＬ３（例えば、５ｍまたはそれ前後）にしている。
　図３は、オイルサンド２０００の構造を示している。オイルサンドは、堆積した有機物の分解によりいったん生成した石油が、地殻変動で地表近くに露出し軽質や中質の炭化水素成分が揮発作用によって抜けてしまい重質化したか、または、生分解作用（バイオデグラデーション）を受けて重質化したものと考えられている。オイルサンド２０００は、油層状態で流動しない半固体状の原油であり、未固結の砂岩層に含まれている。地中におけるオイルサンド２０００は、砂の粒子２１００の周囲を、水２３００、重質・高粘度の炭化水素であるビチューメン２５００が順に取り囲んだ構造として存在している。
　ＳＡＧＤ法の場合では、地中におけるオイルサンド層１５００内にある常温では流動しない高粘度のビチューメン２５００に対し、スチーム導入配管１１００に高温水蒸気を圧入して、スチーム導入配管１１００から放出した水蒸気１１５０によって、オイルサンド層１５００の所定領域１９００のビチューメン２５００の流動性を高める。次いで、流動性の高まった地中のビチューメン２５００を温水１２５０とともに、回収配管１２００にて回収する。なお、ビチューメン２５００を含む温水（ビチューメン混合流体）１２５０には、重金属や砂などが含まれている。
　なお、ＣＣＳ法では次のようにしてビチューメンの回収を行う。まず、ある期間、井戸に水蒸気を圧入し、水蒸気の圧入を止め井戸を閉める。次に、水蒸気の熱がオイルサンド層１５００に伝わり、ビチューメン２５００が流動化するのをしばらくの間待つ。その後、井戸を開けて、井戸に流れ込んでくるビチューメン混合流体１２５０をポンプで汲み上げる。
　次に、このビチューメン混合流体１２５０は、通常、図４に示すような処理装置（ビチューメン生産プラント）３０００によって処理される。生産井３１００（回収配管１２００）から汲み上げられたビチューメン混合流体１２５０は、セパレータ３２００に送られて、ガス・油・水の三相に分離される。ここで、セパレータ３２００によって分離された水には、まだ油が含有している含油水であり、ここから、油や砂などが分離されて、リサイクル水を製造する。
　具体的には、セパレータ３２００からの含油水は、重力分離方式の油水分離ユニット３３００に送られる。油水分離ユニット３３００は、オイルセパレータ３３１０、凝集槽３３２０、沈殿槽３３３０、砂濾過槽３３４０、活性炭吸着槽３３５０を含んでおり、含油水は、この順に進んで処理されていく。凝集槽３３２０の前には凝集剤が添加され、沈殿槽３３３０での汚泥は、汚泥槽３４１０に送られ、脱水助剤を添加されて脱水機３４２０で脱水される。脱水機３４２０でのスラッジは、焼却炉３４５０で焼却され、脱水機３４２０の再処理水は、再び凝集槽３３２０に導入される。活性炭吸着槽３３５０からの処理水は、処理水貯蔵槽３５００に送られ、海水を利用している場合には処理海水（海水でない場合は、処理淡水）が追加で加えられる。処理水貯蔵槽３５００の処理水は、水攻圧入ポンプ３５５０によって、水攻圧入井３６００（水蒸気注入井、または、スチーム導入配管１１００）に送られる。
　図４に示した処理装置（ビチューメン生産プラント）３０００では、上述のような処理工程によって水のリサイクルをしているが、重力分離方式の油水分離ユニット３３００においては主に重力分離によって水処理を行っているので、比較的粒径の大きな油分は除去できるが、粒径の小さな油分やエマルジョン化した油分は分離できない。また、油水分離に必要な機器および工程数が多く煩雑であり、設備費が高くつくとともに、運転管理も難しい。
　一方、上述した特許文献１に開示された手法では、ビチューメン混合流体から分離された加温含油水をポリテトラフルオロエチレン製の精密ろ過膜で処理することにより、多段にわたる煩雑な工程や特殊な設備の問題を緩和しているものの、ろ過膜の膜内部に油が侵入するために汚れが進行するために目詰まりを起し、それゆえに、透過流量が低下するという問題がある。加えて、膜表面にろ過された汚れが堆積して透過流量が低下する問題も生じる。
　本願発明者は、そのような中、重力分離方式でもろ過方式でもない新たな手法の開発に挑み、膜蒸留による油水分離によって、ビチューメン混合流体から分離された含油水から再生水を製造する方法を想到し、本発明に至った。以下、図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を説明する。本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって本発明の実施に必要な事項は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本発明は、本明細書及び図面によって開示されている内容と当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。加えて、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
　図５を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図５は、本発明の実施形態に係る油水分離システム１００を含むビチューメン生産システム２００を示している。本実施形態のビチューメン生産システム２００は、オイルサンドからビチューメンを生産するシステムであり、本実施形態のビチューメン生産システム２００では、オイルサンドからビチューメンを流出させる際に使用した水を再生させることができる。
　本実施形態のビチューメン生産システム２００は、オイルサンド（２０００）を含むオイルサンド層１５００にスチーム（１１５０）を導入する導入配管８９ａ（１１００）と、スチーム（１１５０）によってオイルサンド層１５００から、ビチューメンを含むビチューメン混合流体８１を回収する回収配管８９ｂ（１２００）とを備えている。ビチューメン生産システム２００は、さらに、回収配管１２００に接続され、ビチューメン混合流体８１から、ビチューメン８２を分離する分離装置（セパレータ）８０を備えている。本実施形態の分離装置（セパレータ）８０は、３相分離のオイルセパレータであり、ベーパー（炭化水素、水分、若干の硫化水素）、ビチューメン８２、及び、生産水（含油水）８３の３相に分離される。
　また、本実施形態のビチューメン生産システム２００は、ビチューメン混合流体８１からビチューメン８２を分離した含油水８３（８４）を、多孔質膜から構成された蒸留膜部材１０を用いて膜蒸留する膜蒸留装置１００を備えている。さらに説明すると、本実施形態の膜蒸留装置１００は、多孔質膜を用いて含油水８３を膜蒸留することによって、含油水８３から油を取り除いて処理水（蒸留水）を生産することができる。本実施形態の膜蒸留とは、多孔質膜（例えば、疎水性多孔質膜）を通して、水を蒸発させることにより、成分分離（例えば、油水分離）させることをいい、具体的には、透過側を減圧状態に保つことで多孔質膜を介して供給液（含有水）を蒸発させる方法である。
　なお、本実施形態の構成では、分離装置８０は、冷却器８７を介して膜蒸留装置１００に接続されている。冷却器８７は、分離装置８０から排出された含油水８３を冷却して、例えば１００℃未満（一例では、９０℃程度、または、５０℃以上または６０℃以上の所定の温度）にする。冷却器８７を通過した含油水８４は、１０００～３０００ｍｇ／リットル程度の油（油成分）を含有しており、膜蒸留装置１００に導入される。
　本実施形態の膜蒸留装置１００では、含油水８４を循環させる循環配管（循環経路）８５が設けられており、膜蒸留されなかった含油水８４を再度、膜蒸留装置１００に戻すことができる。膜蒸留装置１００で膜蒸留されて得られた処理水８６は、処理水タンク８８に送られることになる。膜蒸留装置１００で膜蒸留された処理水８６では、油分濃度は１０ｍｇ／リットル以下に低下することができる。したがって、含油水８４の油分濃度を、１００分の１～３００分の１に低下させることができる。
　図６は、本実施形態の膜蒸留装置１００の一例の構成を模式的に示す断面図である。図６に示した膜蒸留装置１００は、多孔質膜２０から構成された蒸留膜部材１０を備えている。膜蒸留装置１００は、ハウジング１２を有しており、このハウジング１２内に蒸留膜部材１０が設けられている。本実施例のハウジング１２は、金属（例えば、ステンレスなど）、樹脂（例えば、ポリカーボネート、フッ素樹脂、エポキシ樹脂など、特に耐熱性が１００℃以上あるものが好ましい）などから構成されている。蒸留膜部材１０は、多孔質膜２０のみから形成されたものでもよいし、複数枚の多孔質膜２０がマトリックス状に配列された構造のものであってもよく、膜蒸留を実行できる構造であれば特に限定はされない。
　本実施形態の構成では、ハウジング１２は、下部ハウジング１２Ａと上部ハウジング１２Ｂとの部材から構成されており、いずれのハウジング１２Ａ及び１２Ｂにも、蒸留膜部材１０（多孔質膜２０）が収納されている。ハウジング１２は、下部ハウジング１２Ａと上部ハウジング１２Ｂの何れか一方（例えば、下部ハウジング１２Ａ）で構成してもよく、上下の両方に蒸留膜部材１０を設けなくてもよい。一方の蒸留膜部材１０を含むハウジング１２の場合には、例えば、一方のハウジング１２Ａに多孔質膜２０を配置し、他方のハウジング１２Ｂは、板状（平板状など）の部材を用いることができる。なお、両方に蒸留膜部材１０を設けた場合には、単位面積あたりにおける膜蒸留の面積を二倍にすることができる。
　また、図６に示した構成では、平面型のハウジング１２内に平面状の蒸留膜部材１０を配置しているが、ここでの平面状の蒸留膜部材１０は、幾何学的な意味での平面・水平面でなくてもよく、湾曲していても、多孔質膜２０の重さによって撓みが生じていても構わない。また、蒸留膜部材１０の構成によっては、多孔質膜２０の膜蒸留の表面積を増やす上で、多孔質膜２０を複数回屈曲させて（例えば、鋸歯状にまたは波打ち状にさせて）配置させることも可能である。
　さらには、ハウジング１２は、平面型のものに限らず、管状（例えば、円筒状）のものを採用することができる。この場合、図６に示したハウジング１２は、円筒形状（または、楕円型、長円型、矩形型または多角形の管構造）を有しており、そして、下部ハウジング１２Ａと上部ハウジング１２Ｂは連続して形成された構造となっている。その場合、蒸留膜部材１０（多孔質膜２０）は、円環状にしてハウジング１２内に配置することができる。例えば、１枚の多孔質膜２０の端部と端部とをつなぎ合わせて管状にすることができる。また、一枚の多孔質膜２０を例えば半円状（または、円弧状）に湾曲させて、それをつなぎ合わせて管状にすることが可能である。なお、多孔質膜２０をつなぎ合わせるのは、周状方向でつないで管状にするものの他、長さを伸ばすために長さ方向（例えば、矢印５１から５２に延びる方向）につなぎ合わせても良い。
　本実施形態の構成では、膜蒸留装置１００には含油水の流動経路（含油水存在領域）１５が形成されている。そして、膜蒸留装置１００の一部（流動経路１５の一端）から含油水５１が導入されて、膜蒸留装置１００の内部（流動経路１５）で含油水５０が多孔質膜２０を通過して蒸発することによって、膜蒸留が行われる（矢印３０ａ→３０ｂ）。蒸発した蒸気は、矢印５５に示すように配管（例えば、減圧配管）１６を通じて移動する。含油水５０のうち、多孔質膜２０を通過しなかったものは含油水５２として膜蒸留装置１００の一部（流動経路１５の他端）から排出される。
　本実施形態における蒸留膜部材１０を構成する多孔質膜２０は、例えば、多孔質ポリテトラフルオロエチレンのフィルムである。図７は、多孔質ポリテトラフルオロエチレンのフィルム（多孔質膜）２０の構成を模式的に示している。多孔質ポリテトラフルオロエチレンのフィルムの一例としては、テミッシュ（商品名；日東電工株式会社製）を挙げることができる。図７に示した多孔質ポリテトラフルオロエチレンのフィルム２０には、フィルムの一面２０ａから他面２０ｂに通じる微細孔２０ｃ（例えば、孔径０．１μｍ～１０μｍ程度）が形成されている。このフィルム（多孔質膜）２０は、水滴３５（例えば、寸法１００μｍ～３０００μｍ）の透過を遮断する一方で、水蒸気３０（例えば、直径０．０００４μｍ）を通過させる機能を有している（矢印３０ａから３０ｂ）。
　図６に示した膜蒸留装置１００では、多孔質膜２０から構成された蒸留膜部材１０と、多孔質膜２０の表面２０ａに接触するように配置された含油水貯留部位２２とから構成されている。含油水貯留部位２２においては、含油水５０は、矢印５１から５２の流れに沿って移動してもよく、含油水貯留部位２２にて含油水５０が停止する必要はない。本実施形態の構成では、蒸留膜部材１０を構成する多孔質膜２０は、フィルム固定部材１４によって保持されており、フィルム固定部材１４の固定位置によって、含油水貯留部位２２が形成されている。
　また、本実施形態の膜蒸留装置１００では、多孔質膜２０を通過して生成された蒸気（水蒸気）３０ｂが排出される蒸気排出部位２４が形成されている。この構成例では、蒸気排出部位２４は、減圧装置（不図示）に接続された減圧配管１６に連結されており、蒸気排出部位２４の中の圧力は負圧（減圧状態）になっている。また、図示した構成では、フィルム固定部材１４による多孔質膜２０の固定位置によって、蒸気排出部位２４が形成されている。なお、多孔質膜２０を通過して蒸発した蒸気（水蒸気）は、矢印５５に示すように配管１６を通って移動し、その後、凝縮されて処理水（蒸留水）となる。
　図６に示した膜蒸留装置１００における多孔質膜２０としては、上述した多孔質ポリテトラフルオロエチレン（多孔質ＰＴＦＥ）の他、他の多孔質フィルムを使用することができ、例えば、ＰＶＤＦ膜（ポリフッ化ビニリデン膜）などのフッ化樹脂フィルム（フッ化樹脂シート）、ＰＥ膜（ポリエチレン膜）、ＰＰ膜（ポリプロピレン）、アクリロニトリル膜、酢酸セルロース膜などを用いることができる。耐熱性および／または耐久性の観点からは、多孔質ポリテトラフルオロエチレン（多孔質ＰＴＦＥ）が優れているが、耐熱処理を施したり、適切な表面加工や材料組成変更を行ったり、蒸留膜部材１０の構造を工夫したりすることにより、多孔質ＰＴＦＥ以外の材料を使用することも可能である。
　本実施形態の多孔質膜２０は、疎水性の材料（例えば、ポリテトラフルオロエチレン）から構成されていることが好ましい。これは、例えば図７に示すように、多孔質膜２０の表面２０ａが疎水性であると、含油水（５０）の水滴３５は多孔質膜２０で撥水（撥液）されるからである。その結果、多孔質膜２０の他面２０ｂ側が減圧状態であっても、水滴３５は多孔質膜２０を透過せずに、含有水（５０）の水蒸気３０（３０ａ）が選択的に（すなわち、専ら水蒸気が）多孔質膜２０を通過して、蒸発が実行される。つまり、膜蒸留が良好に実行される。
　また、多孔質膜２０が疎水性材料でない場合や、疎水性（撥水性）を向上させたい場合には、多孔質膜２０のうちの含油水５０に接する側の面（あるいは、両面）に疎水性処理（または、撥水性処理）を施すことができる。本実施形態において多孔質膜２０として多孔質ＰＴＦＥを用いた場合でも、その表面に撥水性処理を行うことができる。
　さらに、本実施形態の多孔質膜２０では、含油水（５０）の水（３５）を多孔質膜２０で透過させてろ過するわけではないので、親水処理が施されていない多孔質膜を用いることができる。なお、疎水性材料でない多孔質膜２０を工夫して用いて膜蒸留を行うことを排除するものではないが、多孔質膜２０に親水処理を施して、膜蒸留の効率または分離能力を低下させなくてもよい。
　本実施形態の多孔質膜２０は、０．０１μｍ以上１０μｍ以下の平均孔径を有している。平均孔径は、例えば、バブルポイント法（ＪＩＳ　Ｋ３８３２）によって求めることができる。なお、多孔質膜２０の孔径は、必要とされる水蒸気の透過量などを基準に適宜好適なものを選択することができる。また、多孔質膜２０の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば０．００５ｍｍ～０．５ｍｍである。この多孔質膜２０の厚さも、使用する条件に応じて適宜適切なものを選択することができる。なお、多孔質膜２０は一枚で使用するだけでなく、同一種類のフィルムを重ねて積層したり、複数種類のフィルムを積層して使用しても構わない。加えて、多孔質膜２０の寸法は、蒸留膜部材１０または膜蒸留装置１００において適宜好適なものを選択することができる。一例としては、比較的小さい寸法で、縦０．１ｍ～１ｍ、横０．１ｍ～１ｍであり（面積０．０１～１ｍ2）、比較的大きい寸法で、縦１ｍ～１０ｍ、横１ｍ～３ｍ（面積１～３０ｍ2）である。
　本実施形態の膜蒸留装置１００では、図５に示した構成における冷却器８７である程度冷却されているとはいえ、５０℃以上（例えば、６０℃以上、典型的には９０℃程度）の含油水８４が導入される。含油水８４が低い温度（例えば、１０℃～２５℃）と比較して、含油水８４の温度が高い場合、それだけ水蒸気の発生量が多く、膜蒸留を行うのに適している。すなわち、本実施形態のビチューメン生産システム２００では、加温された含油水（言い換えると、室温以上の含油水）８４を膜蒸留するので、エネルギー効率が良い。
　なお、膜蒸留の効率を考えると含油水の温度が高温である方が、蒸留効率が向上するため、冷却器８７で冷却せずに膜蒸留装置（油水分離ユニット）１００へ含油水を送ってもよい。冷却するとしても、蒸留効率を考えると含油水の温度は６０℃以上にしておくことが好ましい。また、含油水８４の温度は高い方が水蒸気発生の点では好ましいが、多孔質膜２０の材料耐性温度（または、材料の分解温度）を考慮して、膜蒸留装置１００への導入温度を決めることが望ましい。多孔質膜２０が多孔質ＰＴＦＥからなる場合、含油水の温度が２００℃まではプラント動作上、好適に使用することができる。
　また、図５に示した構成においては、膜蒸留装置１００は含有水８４を循環させる循環配管８５が設けられている。したがって、図６に示した例における含有水５０の排出分（矢印５２）は、循環配管８５を通って再び、流入分（矢印５１）として膜蒸留の処理に供することができる。なお、循環配管８５を用いずに（または、循環配管８５とともに）、膜蒸留装置１００を複数（２個以上または３個以上）連結させて、含油水８４（５０）の膜蒸留を多段的に実行することができる。
　さらに、図５に示した構成では、膜蒸留装置１００の多孔質膜２０で蒸発した水蒸気は、膜蒸留装置１００内で凝縮されて処理水（蒸留水）となるか、膜蒸留装置１００の外で凝縮されて処理水（蒸留水）となって、処理水タンク８８で貯留される。処理水タンク８８の処理水は、他の水（淡水または海水）と一緒にされて、オイルサンド層１５００にスチームを導入する導入配管８９ａ（１１００）のための水として使用される。あるいは、ビチューメン生産システム２００（または、石油プラント）の所定の工程における処理水として使用される。
　本実施形態の膜蒸留装置１００（または、ビチューメン生産システム２００）においては、地中（１０００）から回収したビチューメン混合流体８１からビチューメン８２を取り出した含油水８４（８３）を、多孔質膜２０から構成された蒸留膜部材１０を用いて膜蒸留する。ここで、多孔質膜を用いたろ過による油水分離方法では、含油水が多孔質膜を通過するので、多孔質膜の目詰まりが生じ、その結果、ろ過による分離効率の低下および多孔質膜の洗浄工程および洗浄に伴うスループットの低下がもたらされる。一方、本実施形態の手法では、多孔質膜２０を用いて膜蒸留を行うため、多孔質膜を用いたろ過の方法と比較して、目詰まりの頻度を低くすることができる。
　本実施形態の膜蒸留装置１００においては、不純物（砂など）が多孔質膜２０の表面（２０ａ）に位置することがあるが、不純物（砂など）の粒子の大きさに比べて、水蒸気が通過する細孔は小さいために、ろ過の場合と比較して、その不純物の存在による影響を緩和することができる。また、図６に示した膜蒸留装置１００の例では、含油水５０は流動しているので（矢印５１から矢印５２へ）、そのような不純物は多孔質膜２０の表面（２０ａ）にずっと滞留せずに、上流から下流へと移動していくものが多い。
　また、多孔質膜を用いたろ過による油水分離方法では、ＰＴＦＥ製のろ過膜に通水性を確保するための親水性処理が必要となるが、本実施形態の手法では、膜蒸留を行うために、疎水性の性質を活かすことができ、親水性処理を行わなくてもよい。また、当該親水性処理によってＰＴＦＥ膜の耐熱性が低下する可能性があるが、本実施形態の手法では、そのような問題を回避することができる。
　加えて、図４に示したような油と水の比重差を利用した重力分離の方法では、油水分離に必要な機器および工程数が多く煩雑であり、設備費が高く運転管理も難しいという欠点がある。一方、本実施形態の手法では、そのような必要な機器を減らすことができるとともに、工程数を減らすことができ、さらに、それに伴って発生していた設備費を減らすことができ、運転管理も、専ら膜蒸留の管理になるので簡便化される。また、重力分離の方法と比較して、油水分離の効率を向上させることができる。その結果、処理水中の油の量が低下することにより、熱交換器やボイラ内の配管で有機物系のスケールが析出し、その結果、熱応力起源の腐食割れが起きる可能性が生じることを回避することができる。さらに、脱塩工程においてエバポレータを適用する場合、エバポレータ内での有機物によるスケールトラブルが発生することを回避することができる。
　本実施形態の多孔質膜２０としてのＰＴＦＥ多孔質膜は、次のようにして製造することができる。まず、ＰＴＦＥファインパウダーに液状潤滑剤を配合し、丸棒状または平板状に押出した後、圧延を行い、次いで、液状潤滑剤を除去し、その後に、延伸を行う。このようにしてＰＴＦＥ多孔質膜を得ることができる。液状潤滑剤は、ソルベントナフサ、ホワイトオイルなどの石油系溶剤、ウンデカンなどの炭化水素油を使用することができる。
　本実施形態の構成において、油の侵入による多孔質膜２０の目詰まりを防ぐためには多孔質膜２０（ＰＴＦＥ多孔質膜）に撥液処理を施す方が望ましい。具体的には、撥液処理は、表面張力の小さな物質を樹脂多孔質膜に塗布して乾燥した後、キュアすることにより行うことができる。溶液をはじく撥液処理に用いる撥液剤（撥水剤）は、樹脂多孔質膜の表面張力よりも低い表面張力を有する被膜を形成することができるものであればよい。そのような撥液剤は、例えば、パーフルオロアルキル基を有する高分子を含む撥液剤が好適である。撥液剤の塗布は、含浸、スプレー等で行うことができる。例えば、パーフルオロアルキル基を有する高分子を含む撥液被膜の形成方法を挙げると次の通りである。すなわち、パーフルオロアルキル基を有する高分子の溶液もしくはディスパージョンのコーティング法として、エアースプレー法、静電スプレー法、ディップコート法、スピンコート法、（キスコート法やグラビアコート法などの）ロールコート法、カーテンフローコート法、含浸法などが挙げられ、当該コーティング法の他のものとしては、電着塗装法、プラズマ重合法による被膜形成方法を挙げることができる。しかし、所望の被膜（撥液層）を形成することができるのであれば、その方法は特に限定されない。また十分な防水性を確保するという観点から、多孔質膜２０の平均孔径は、０．０１μｍ以上１０μm以下であることが望ましい。また、多孔質膜２０の通気度は、ガーレー値にて０．１～３００秒／１００ｃｍ3であることが好ましい。
　次に、図８を参照しながら、本発明の実施例について説明する。なお、本実施例は、本発明を詳細に説明するものであり、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
　図８は、本願発明者が実験を行った膜蒸留装置１１０である。図８に示した膜蒸留装置１１０は、含油水５０が保留される含油水保留タンク４０と、多孔質膜２０が収納されたハウジング４３とから構成されている。含油水保留タンク４０は、含有水５０を導入する導入移管４１ａを介してハウジング４３に接続されている。
　ハウジング４３および含油水保留タンク４０は、ウォーターバス４５の内部に配置されており、ウォーターバス４５には、温水（例えば、５０℃または６０℃以上の水）４５ａが入れられており、ハウジング４３および含油水保留タンク４０内の含油水５０の温度を一定になるようにしている。また、ハウジング４３には、含油水５０を含油水保留タンク４０に戻す還流配管４１ｂが設けられている。なお、還流配管４１ｂの経路には、含油水５０を循環させる循環ポンプ（不図示）が配置されている。
　ハウジング４３内には、多孔質膜２０が配置されており、含油水５０は、多孔質膜２０の第１面（ここでは、上面）２０ａの上にある含油水通過部位４２を流れる。含油水通過部位４２を流れる含油水５０は、多孔質膜２０を介して膜蒸留され（矢印３０ａ、３０ｂ）、多孔質膜２０の第２面（ここでは、下面）２０ｂからは蒸気（水蒸気）４６が出てくる。ハウジング４３における多孔質膜２０の第２面２０ｂ側には、蒸気収容部位４４が位置しており、この蒸気収容部位４４に蒸気４６が集められる。
　蒸気収容部位４４には、蒸気移動配管４７ａが接続されており、この蒸気移動配管４７ａ内を蒸気４６は移動していく。蒸気移動配管４７ａは、コネクタ４７ｃを介して、トラップ器具４９の蒸気収容配管４７ｂに接続されている。トラップ器具４９は、蒸気収容配管４７ｂの周囲を囲むトラップ部材４９ａと、トラップ部材４９ａの一部（上部）に接続された減圧配管４９ｄとを備えている。トラップ部材４９ａの周囲には、内部に冷却媒体（例えば、液体窒素）４９ｃを保持可能な筒状部材４９ｂが設けられている。また、減圧配管４９ｄは、減圧装置（真空ポンプ）に接続されている。そして、蒸気収容部位４４に集められた蒸気４６は、圧力差によって移動し、ハウジング４３から蒸気移動配管４７ａおよび蒸気収容配管４７ｂを通って、トラップ器具４９にて冷却されて凝縮し、トラップ部材４９ａの下に液体（蒸留水）として貯まることになる。
　図８に示したような膜蒸留装置１１０において、含油水５０は次のようなものを使用した。すなわち、含油水５０は、帝石トッピング・プラント株式会社製のC重油を１０００ｍｇ／リットル、界面活性剤である花王株式会社（製）のエマルゲンＡ９０を５０００ｍｇ／リットルイオン交換水に添加し、株式会社シンキー製のあわとり練太郎ＡＲＥ３１０を使用して２０００ｒｐｍで６分間撹拌したものを使用した。図８に示した構成例では、ウォーターバス４５を使用して、含油水５０が６０℃程度になるまで加温し、加温した含油水５０を多孔質膜２０の表面２０ａを通るように５分間循環させた後、１５分間減圧し、多孔質膜２０による膜蒸留を行った。
　ここで、実施例１としての多孔質膜２０は、膜面積が約６０ｃｍ2、厚さが０．２ｍｍの未撥液処理ＰＴＦＥ多孔質膜を使用した。また、実施例２としての多孔質膜２０は、膜面積が約６０ｃｍ2、厚さが０．２ｍｍの撥液処理ＰＴＦＥ多孔質膜を使用した。
　このようにして得られた実施例１、２の蒸留水の量は、実施例１が１０．０ｇで、実施例２が１０．７ｇであった。そして、得られた蒸留水をクロロホルムによって液－液抽出を行い、有機物量を秤量した。また、得られた有機物に対してＨ－ＮＭＲ測定を行い、有機物の成分分析を行った。その結果、実施例１、２ともに約１０ｐｐｍの有機物が得られた。さらに、Ｈ－ＮＭＲ測定の結果、有機物の主成分は、Ｃ重油由来と考えられる長鎖脂肪族成分（クロロホルムブランク由来成分も含む）であった。長鎖脂肪族成分にはクロロホルムブランク由来成分も含んでいるため、含油量は１０ｐｐｍ以下になることが結論付けられた。
　以上のように、本実施例の結果によれば、多孔質膜２０による膜蒸留によって、油の成分を１０ｐｐｍ以下にする油水分離方法を提供することができることが確認された。また、本発明の実施形態の構成および分離方法は、オイルサンドからビチューメンを生産する油層内回収法で生じる油水を分離する方法の他、図８に示した構成のように、ビチューメン生産時の含油水以外のものにも、広く適用することができる。すなわち、本発明の実施形態の構成および分離方法は、油分成分および水を含有する含油水の処理方法として使用することができ、具体的には、油分成分および水を含有する含油水５０を、多孔質膜２０から構成された蒸留膜部材１０を用いて膜蒸留することによって実行される。さらに説明すると、ビチューメン生産時の含油水に限らず、石油の生産時に発生する含有水の処理に使用することができるとともに、工場からでる工業排含油水処理、食品工場から排出される排含油水処理などにおいても使用することができる。
　図９は、本発明の実施形態に係る膜蒸留装置１００の一例を示す斜視図である。図９に示した膜蒸留装置１００は平面型の構成を有しており、略直方体のハウジング（筐体）６０の内部に、蒸留膜部材１０（多孔質膜２０）がセットされている。図９に示した例では、多孔質膜２０から構成された蒸留膜部材１０を導入するための開口部を塞ぐ蓋部材６５がハウジング６０に設けられている。この蓋部材６５には、含油水を導入する導入配管６１、および、含油水を排出する排出配管（還流配管）６２が取り付けられている。
　また、ハウジング６０の一部（ここでは、ハウジング下部部材）には、減圧配管１６が取り付けられている。減圧配管１６に減圧装置（不図示）を繋いで、ハウジング６０の内部に位置する多孔質膜２０の一方側を減圧状態にすることで、移動する含油水（５０）の膜蒸留を行うことができる。また、減圧配管１６からは蒸気５５が吐出される。なお、図９に示した例では、ハウジング６０の上部部材と下部部材とは締結部材（例えば、ネジ、ビス）６７によって互いに固定されているが、膜蒸留ができるハウジング６０を構築できれば、構成部材または締結部材などは特に制限されない。
　さらに、図５に示した構成においては、図９に示したような膜蒸留装置１００として大型の装置を１つ（又は２～３個）作製し、当該膜蒸留装置１００で大面積の膜蒸留を実行してもよい。あるいは、中小型の膜蒸留装置１００を多数連結して膜蒸留を実行しても構わない。大型の膜蒸留装置１００は、例えば、１ｍ2～３０ｍ2（またはそれ以上）の膜蒸留の面積を有する。また、中小型の膜蒸留装置１００は、例えば、０．０１ｍ2～１ｍ2（またはそれ以上）の膜蒸留の面積を有する。なお、図９に示した膜蒸留装置１００を、図６に示した構造のように、複数枚（上下式）の多孔質膜２０を用いて膜蒸留する装置に改変してもよい。
　図１０は、本実施形態の膜蒸留装置１００の配管構成の一例を示す模式図である。図１０に示した膜蒸留装置１００では、蒸留膜部材１０（１０Ａ、１０Ｂ）は、複数設けられており、そして、第１蒸留膜部材１０Ａと第２蒸留膜部材１０Ｂとは互いに並列になるように配置されている。また、第１蒸留膜部材１０Ａおよび第２蒸留膜部材１０Ｂのそれぞれの上流および下流に弁６９が設けられている。この構成により、膜蒸留装置１００において、第１蒸留膜部材１０Ａおよび第２蒸留膜部材１０Ｂのいずれか一方で膜蒸留を行いながら、他方のものの定期メンテナンスや、洗浄、修理、部材交換などを実行することが可能となる。
　本実施形態における膜蒸留の場合、ろ過方式のものと比較して目詰まりの頻度は少ないが、プラントの動作においては定期メンテナンスなどで検査、修理などをすることがある。したがって、図１０に示したような構成にて、いずれか一方の蒸留膜部材１０を用いて膜蒸留を実行しながら、他方のものの動作を停止することができる技術的なメリットは大きい。なお、図１０に示した構成では、２つの蒸留膜部材１０（１０Ａ、１０Ｂ）を使用しているが、３つ又はそれ以上の蒸留膜部材１０を並列に配置することも可能である。
　また、図１０に示した構成では、還流配管（循環配管）８５の一部に循環ポンプ６８が設けられている。この循環ポンプ６８によって、還流配管８５内を含油水（５０）が循環して、そして、蒸留膜部材１０（１０Ａ、１０Ｂ）を用いた膜蒸留によって含油水（５０）は蒸発する。含油水（５０）からの蒸気５５は、配管１６を通って、凝縮ユニット７０に移動する。また、減圧装置（減圧ポンプ）７５が凝縮ユニット７０に接続されており、減圧装置７５によって、蒸留膜部材１０（１０Ａ、１０Ｂ）の片側の減圧状態を作ることができる。なお、蒸留膜部材１０は、上述したように、含油水５０を保持および通過させることができるハウジングの中に収納されている。
　次に、図１１を参照しながら、本実施形態の凝縮ユニット７０の一例について説明する。図１１に示した凝縮ユニット７０は、蒸気（水蒸気）５５を凝縮する凝縮器７１を備えている。
　この例における凝縮ユニット７０は、複数の凝縮器７１（７１Ａ、７１Ｂ）を備えており、このように凝縮器７１を複数直列して設けることにより、一つの凝縮器７１Ａで凝縮させることができなかった場合に、次の凝縮器７１Ｂで凝縮させることができるので、凝縮の効率を向上させることができる。なお、図１１では、凝縮ユニット７０に２つの凝縮器７１（７１Ａ、７１Ｂ）を設けているが、３つ以上の凝縮器７１を設けることも可能である。また、凝縮効率の低下を考慮しなければ、あるいは、高性能の凝縮器７１を用いることにより、１つの凝縮器７１によって凝縮ユニット７０を構築することも可能である。
　図１１に示した構成では、凝縮器７１には、冷却媒体７６が移動する冷却配管７２（７２Ａ、７２Ｂ）が配置されている。冷却媒体７６は、冷却水、冷媒（例えば、アンモニア、フロン類、ハロゲン化炭化水素、イソブタンなど）を用いることができ、蒸気（水蒸気）を凝縮することができるのであれば、冷却媒体７６の種類は特に限定されるものではない。冷却媒体７６として液体窒素を用いるとさらに効率を向上させることができる。
　また、本実施形態の冷却配管７２は、蒸気５５との接触面積を増やすために屈曲および／または分岐して延びている。冷却配管７２はらせん状にすることも可能である。矢印７６ａに示すように冷却配管７２の一端から供給された冷却媒体７６は、冷却配管７２を移動して冷却しながら（それによって蒸気を凝縮させながら）、矢印７６ｂに示すように冷却配管７２の他端から排出される。
　図示した構成では、配管７３ａから凝縮器７１Ａに導入された蒸気５５は、冷却配管７２Ａで凝縮されて蒸留水となり、それが処理水８６となって排出される。凝縮器７１Ａは、連結配管７３ｂによって凝縮器７１Ｂに連結されているので、凝縮器７１Ａで凝縮しなかった蒸気は、凝縮器７１Ｂに導入される。次いで、凝縮器７１Ｂに導入された蒸気５５は、冷却配管７２Ｂで凝縮されて蒸留水となり、それが処理水８６となって排出される。得られた処理水８６は集められて、後工程の水として使用することができる。
　凝縮器７１Ｂ（７１）には減圧配管７４が接続されており、減圧配管７４は、減圧装置（ポンプ）７５に連結されている。減圧装置７５は、例えば、油回転真空ポンプ、液封真空ポンプなどを挙げることができるが、膜蒸留を行うことができる減圧状態が実現できるのであれば特に限定されるものではない。
　図１２は、水封式ポンプ９５を使用した場合の凝縮ユニット９０（７０）の構成を模式的に示した図である。水封式ポンプ９５は、水環真空ポンプとも称され、真空に引きながら、水分を回収することができる。本実施形態の凝縮ユニット９０は、１～３段のスチームエゼクタ（９１、９２）と、サーフェイス式のインターコンデンサ９３と、水環（水封式）ポンプ９５とから構成されている。
　図１２に示した凝縮ユニット９０では、導入された蒸気（水蒸気）５５は、分岐管９１ａに移動し、分岐管９１ａから第１段スチームエゼクタ９１に導入され、駆動ガス９６ａとなる。第１段スチームエゼクタ９１では、吸入ガス９９ａも導入される。また、分岐管９１ａからの蒸気は、第２段スチームエゼクタ９２にも導入され、駆動ガス９６ｂとなる。エジェクタ（９１、９２）は、ポンプなどの機械的運動によらずに、駆動ガス（９６ａ、９６ｂ）から直接真空（減圧）を作ることができる装置であり、簡単な構造で運動部分がないために、機械的真空ポンプと比較して優れた耐久性・信頼性を有している。なお、二段スチームエゼクタの他、三段またはそれ以上のスチームエゼクタにしてもよいし、一段のスチームエゼクタにしても構わない。
　インターコンデンサ９３には、冷却水９３ａが導入され、その冷却水で間接冷却を行って蒸気を凝縮させることができ、その後、冷却水９３ｂとなって排出される。また、水環（水封式）ポンプ９５には、補充水９３ｃを導入することができる。インターコンデンサ９３で凝縮された水は、矢印９７ａに示すように、インターコンデンサ９３に接続された配管９４ａ内に移動して、次いで、配管９４ｂ内を矢印９７ｂに示すように移動する。その後は、消音セパレータ９８内に、矢印９７ｃに示すように移動して、次いで、処理水８６として排出される。得られた処理水８６は集められて、後工程の水として使用することができる。
　なお、図１２に示した構造のものに限らず、他の構造のものを採用することも可能である。例えば、スチームエゼクタ（９１、９２）を用いずに、膜蒸留によって生成した蒸気（水蒸気）５５をインターコンデンサ９３に導入して、そこで凝縮させるような構成のものを採用してもよい。
　さらに、本実施形態の膜蒸留装置１００は、図１３または図１４に改変することも可能である。図１０に示した構成では、蒸留膜部材１０Ａと蒸留膜部材１０Ｂとを並列に配列した。一方、図１３に示した構成では、蒸留膜部材１０ａ及び１０ｂを直列に接続し、さらに、蒸留膜部材１０ｃと１０ｄとを直列に接続し、そして、それらの組み合わせを並列に接続している。また、図１４に示した構成では、蒸留膜部材１０ａ及び１０ｂを並列に接続し、さらに、蒸留膜部材１０ｃと１０ｄとを並列に接続し、そして、それらの組み合わせを並列に接続している。加えて、さらに種々の組み合わせを実現することができ、蒸留膜部材１０の数・配列は、適宜好適なものを採用することができる。なお、各蒸留膜部材１０の上流及び下流には、図１０に示した弁６９を設けることができる。また、還流配管（循環配管）８５には、循環ポンプ６８を配置することができる。
　また、上述した実施形態では、図６、図８、図９に示したような蒸留膜部材１０および膜蒸留装置１００（５０）の構成を示したが、膜蒸留を適切に実行することができるのであれば、それらの構成に限定されず、種々の改変が可能である。例えば、多孔質膜２０を半分折にして、その間にメッシュ状部材を挟み、それを複数枚並べて、蒸留膜部材１０とする。その蒸留膜部材１０におけるメッシュ状部材に含油水（５０）を流して、膜蒸留を行うようにしてもよい。さらに、多孔質膜２０とメッシュ状部材とを積層して巻いたスパイラル型の蒸留膜部材１０を作製し、その蒸留膜部材１０のメッシュ状部材に含油水（５０）を流して、膜蒸留を行うこともできる。
　加えて、図８に示したような膜蒸留装置１１０においては、加温装置（温度調整装置）として、ウォーターバス４５を用いたが、他にも、オイルバス、投げ込みヒーター、マントルヒーターなどを使用することも可能である。また、配管４１ａ及び／又は４１ｂに、バンドヒータを巻いて温度を制御することもできる。なお、本実施形態の膜蒸留装置１００、ビチューメン生産システム２００が、砂漠地域のような日照時間が長いところに設置される場合には、太陽熱エネルギー、太陽光エネルギーを用いて、含油水５０の加温を行うことが可能である。
　以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。
　本発明によれば、目詰まりの頻度を低くすることができる油水分離方法、含油水の処理方法、ビチューメンの生産方法およびそれらのシステムを提供することができる。
１０   蒸留膜部材
１２   ハウジング
１４   フィルム固定部材
１５   流動経路
１６   減圧配管
２０   多孔質膜（多孔質フィルム）
２０ｃ 微細孔
２２   含油水貯留部位
２４   蒸気排出部位
３０   水蒸気
３５   水滴
４０   含油水保留タンク
４１ａ 導入移管
４１ｂ 還流配管
４２   含油水通過部位
４３   ハウジング
４４   蒸気収容部位
４５   ウォーターバス
４６   蒸気
４７ａ 蒸気移動配管
４７ｂ 蒸気収容配管
４７ｃ コネクタ
４９   トラップ器具
４９ａ トラップ部材
４９ｂ 筒状部材
４９ｄ 減圧配管
５０   含油水
５５   蒸気
６０   ハウジング
６１   導入配管
６５   蓋部材
６８   循環ポンプ
６９   弁
７０   凝縮ユニット
７１   凝縮器
７２   冷却配管
７３ｂ 連結配管
７４   減圧配管
７５   減圧装置
７６   冷却媒体
８０   分離装置
８１   ビチューメン混合流体
８２   ビチューメン
８３、８４　含油水
８５   循環配管（還流配管）
８６   処理水
８７   冷却器
８８   処理水タンク
８９ａ 導入配管
８９ｂ 回収配管
９０   凝縮ユニット
９１   第１段スチームエゼクタ
９１ａ 分岐管
９２   第２段スチームエゼクタ
９３   インターコンデンサ
９５   水封式ポンプ
９８   消音セパレータ
１００ 膜蒸留装置（油水分離システム）
１１０ 膜蒸留装置
２００ ビチューメン生産システム
１０００      地中
１１００      スチーム導入配管
１１５０      スチーム
１２００      回収配管
１２５０      ビチューメン混合流体
１５００      オイルサンド層
２０００      オイルサンド
２５００      ビチューメン

Claims (28)

  1. 　オイルサンドからビチューメンを生産する油層内回収法で生じる油水を分離する方法であって、
    　地中から回収したビチューメン混合流体からビチューメンを取り出した含油水を用意する工程と、
    　多孔質膜から構成された蒸留膜部材を用いて前記含油水を膜蒸留する工程と
    　を含む、油水分離方法。
  2. 　前記蒸留膜部材は、多孔質ポリテトラフルオロエチレンから構成されている、請求項１に記載の油水分離方法。
  3. 　前記蒸留膜部材は、疎水性の材料から構成されている、請求項１に記載の油水分離方法。
  4. 　前記蒸留膜部材は、親水処理が施されていない多孔質膜から構成されている、請求項１から３の何れか１つに記載の油水分離方法。
  5. 　前記蒸留膜部材は、撥液処理が施されている多孔質膜から構成されている、請求項１から４の何れか１つに記載の油水分離方法。
  6. 　前記蒸留膜部材は、平均孔径０．０１μｍ以上１０μｍ以下の多孔質膜から構成されている、請求項１から５の何れか１つに記載の油水分離方法。
  7. 　前記膜蒸留される前記含油水の温度は５０℃以上である、請求項１から６の何れか１つに記載の油水分離方法。
  8. 　前記膜蒸留においては、前記多孔質膜を通過して蒸発した蒸気を冷却して液体にする工程を実行する、請求項１から７の何れか１つに記載の油水分離方法。
  9. 　前記含油水を膜蒸留する工程において、前記含油水は、前記蒸留膜部材に接触した後に再び循環して供給される、請求項１から８の何れか１つに記載の油水分離方法。
  10. 　前記蒸留膜部材は、複数設けられており、
    　前記複数の蒸留膜部材によって、多段式に前記含油水の蒸留が実行される、請求項１から９の何れか１つに記載の油水分離方法。
  11. 　前記複数の蒸留膜部材の少なくとも一部は、並列配列になるように配置されており、
    　前記並列配列された前記蒸留膜部材を交換する工程をさらに含む、請求項１０に記載の油水分離方法。
  12. 　前記膜蒸留の処理後における処理水中の油分濃度が１０ｍｇ／リットル以下である、請求項１から１１の何れか１つに記載の油水分離方法。
  13. 　前記油層内回収法は、ＳＡＧＤ法またはＣＳＳ法である、請求項１から１２の何れか１つに記載の油水分離方法。
  14. 　油分成分および水を含有する含油水の処理方法において、
    　油分成分および水を含有する含油水を、多孔質膜から構成された蒸留膜部材を用いて膜蒸留する工程を実行する、含油水の処理方法。
  15. 　前記蒸留膜部材は、親水処理が施されていない多孔質膜から構成されており、
    　前記含油水を膜蒸留する工程において、前記含油水は、前記蒸留膜部材に接触した後に再び循環して供給される、請求項１４に記載の含油水の処理方法。
  16. 　前記蒸留膜部材は、多孔質ポリテトラフルオロエチレンから構成されている、請求項１４または１５に記載の含油水の処理方法。
  17. 　オイルサンドからビチューメンを生産する方法であって、
    　オイルサンドを含むオイルサンド層にスチームを導入する工程と、
    　前記スチームによって前記オイルサンド層から、ビチューメンを含むビチューメン混合流体を回収する工程と、
    　前記ビチューメン混合流体から、前記ビチューメンを分離する工程と、
    　前記ビチューメン混合流体から前記ビチューメンを分離した含油水を、多孔質膜から構成された蒸留膜部材を用いて膜蒸留する工程と
    　を含む、ビチューメンの生産方法。
  18. 　前記膜蒸留によって生成した水分を、オイルサンド層に導入する工程をさらに含む、請求項１７に記載のビチューメンの生産方法。
  19. 　前記蒸留膜部材は、多孔質ポリテトラフルオロエチレンから構成されている、請求項１７または１８に記載のビチューメンの生産方法。
  20. 　オイルサンドからビチューメンを生産する油層内回収法で生じる油水を分離するシステムであって、
    　地中から回収したビチューメン混合流体からビチューメンが取り出された含油水を膜蒸留する膜蒸留装置を備え、
    　前記膜蒸留装置は、多孔質膜から構成された蒸留膜部材を含んでいる、油水分離システム。
  21. 　前記膜蒸留装置は、
           前記蒸留膜部材と、
           前記蒸留膜部材を構成する前記多孔質膜の表面に接触し、前記含油水が供給される含油水貯留部位と、
           前記含油水貯留部位から、前記多孔質膜を通過して、前記含油水における水の蒸気が排出される蒸気排出部位と
    　を備え、
    　前記蒸気排出部位には、減圧配管が接続されている、請求項２０に記載の油水分離システム。
  22. 　前記含油水貯留部位には、前記含油水が流れており、
    　前記膜蒸留装置には、前記含油水を循環させる配管が接続されている、請求項２１に記載の油水分離システム。
  23. 　前記蒸留膜部材は、前記膜蒸留装置内において平面状に配置されている、請求項２１または２２に記載の油水分離システム。
  24. 　前記膜蒸留装置は、円柱形状を有しており、
    　前記蒸留膜部材は、前記膜蒸留装置内において円筒状に配置されている、請求項２１または２２に記載の油水分離システム。
  25. 　前記蒸留膜部材は、多孔質ポリテトラフルオロエチレンから構成されている、請求項２１から２４の何れか１つに記載の油水分離システム。
  26. 　前記蒸留膜部材は、複数設けられており、
    　前記複数の蒸留膜部材の少なくとも一部は、並列配列になるように配置されており、
    　前記並列配列された前記蒸留膜部材は、前記膜蒸留を実行しながら交換可能に構成されている、請求項２１から２５の何れか１つに記載の油水分離システム。
  27. 　油分成分および水を含有する含油水の処理システムであって、
    　含油水を膜蒸留する膜蒸留装置を備え、
    　前記膜蒸留装置は、多孔質膜から構成された蒸留膜部材を含んでいる、含油水の処理システム。
  28. 　オイルサンドからビチューメンを生産するシステムであって、
    　オイルサンドを含むオイルサンド層にスチームを導入する導入配管と、
    　前記スチームによって前記オイルサンド層から、ビチューメンを含むビチューメン混合流体を回収する回収配管と、
    　前記回収配管に接続され、前記ビチューメン混合流体から前記ビチューメンを分離する分離装置と、
    　前記ビチューメン混合流体から前記ビチューメンを分離した含油水を、多孔質膜から構成された蒸留膜部材を用いて膜蒸留する膜蒸留装置と
    　を含む、ビチューメンの生産システム。
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