本发明公开一种基于气波制冷技术的天然气脱水装置及方法，本发明基于游离水脱除单元实现对井口天然气的一次脱水。基于绝热膨胀及压缩单元通过非定常波的运动实现气体间能量的传输和转化，即控制一次脱水天然气发生绝热膨胀，形成低温一次脱水天然气。基于气液分离单元，利用低温一次脱水天然气的冷量使其冷凝脱水，得到二次脱水天然气。最后基于绝热膨胀及压缩单元利用反射激波对二次脱水天然气进行增压，回收部分压力能，以满足集输管网压力要求。除此之外，还基于低温二次脱水天然气对后续进入预冷单元的一次脱水天然气进行预冷，充分利用二次脱水天然气的冷量。根据本发明，能够解决现有天然气脱水方法能耗大的问题。