Можно-ли ограничивать число запросов по переданной сессии?

Я правильно понял что ты хочешь ограничить число соединений с одного IP?

http://nginx.org/en/docs/http/ngx_http_limit_conn_module.html

нет, потому как с одного ip может быть много народа с разными куками, а блокировать выполнение мне нужно именно по ним.

Например, если куки пустые - блокировать частоту выполнений мне не надо. Если куки непустые - сделать так, чтобы во время ожидания запроса с ними они были уникальными.