本发明提供了天然气中氮气脱除的方法，包括：(1)将含氮原料天然气输入变温吸附系统(2)进行重烃预脱除，得到预净化气；(2)将预净化气输入第一段变压吸附系统(5)对烃类进行吸附；(3)将在第一段变压吸附系统(5)中被吸附的烃类解吸附，获得合格的天然气。本发明还提供了天然气中氮气脱除的装置，包括：变温吸附系统(2)、第一段变压吸附系统(5)和第二段变压吸附系统(10)。本发明的方法和装置能够有效脱除原料天然气中的氮气，提高甲烷收率。