本实用新型公开了一种石油化工尾气回收的双级增压透平膨胀压缩机组，包括一甲烷透平膨胀机，双级增压压缩机，作为透平膨胀—压缩机的中间体，将甲烷透平膨胀机和双级增压压缩机连接在一起；其中安装有转轴，转轴的外径上设有第一轴向密封用油封和第一螺旋槽型油膜动压轴承；该转轴的一端连接甲烷透平膨胀机闭式工作叶轮，另一端连接双级增压压缩机的双级压缩叶轮，在双级压缩叶轮的一端的外径上还设有第二轴向密封用油封和第二螺旋槽型油膜动压轴承。本实新型虽然可以将石油化工流程中的尾气进行绝热压缩，将尾气的压力由低压通过I级压缩叶轮和II级压缩叶轮，将尾气压力提高直接并网作为原料气使用。而不再作为工艺尾气而排放至火炬系统进行燃烧。