本发明提供一种冷量提供稳定且系统总能耗较低的丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离系统及工艺方法。一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离系统，包括主换热器、多元冷剂压缩机、多元冷剂分离器、反应气一级气液分离器、反应气二级气液分离器、预冷冷剂分离器、深冷冷剂分离器、液体产品缓冲罐、第一管路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路和第六管路；主换热器内设有反应气预冷通道、反应气深冷通道、丙烷进料通道、丙烷气化通道、预冷冷剂通道、深冷冷剂通道、多元冷剂返流通道、净气产品通道、液体产品通道和闪蒸气通道。本发明克服现有系统整体能耗过大的问题，在降低循环氢流量的条件下，满足净气产品氢气高纯度以及丙烯产品高回收率的要求。