本发明公开了一种天然气液化过程中氮气脱除并提纯装置及方法，包括依次连接的液化冷箱、第一节流阀、脱氮塔、第二节流阀、脱氮塔重沸器、脱氮塔回流罐、脱氮塔回流泵、氮气提浓塔、氮气提浓塔底泵、脱氮冷箱、氮气循环压缩机、冷却器、第三节流阀、氮气提浓塔回流罐。本发明在天然气液化过程中利用外部冷剂采用精馏方法脱除天然气中的氮气，实现液化天然气中氮气含量≤1%，并对脱除的氮气进行提纯至≥99.9%，可用作为氮气使用。本发明的氮气脱除效果好、回收氮气纯度高，不但有利于后续液化天然气储存安全，有效避免液化天然气翻滚，满足了液化天然气储存的需要，也实现了氮气回收利用。