El gas de mina de carbón con concentraciones de metano por debajo del 8% no puede sostener una auto-combustión estable, lo que plantea desafíos significativos para su utilización segura y la mitigación de gases de efecto invernadero. Para abordar esta limitación, desarrollamos un oxidante térmico regenerativo rotativo cuadrado (RTO) industrial a gran escala capaz de oxidación de alta eficiencia en condiciones de metano ultra-bajo. Este trabajo integra modelado de dinámica de fluidos computacional (CFD) a múltiples escalas, experimentos físicos a escala de laboratorio y piloto, y simulaciones acopladas de multifísica para capturar las complejas interacciones del flujo de fluidos, el transporte de especies y la respuesta térmica en cerámicas regenerativas. En comparación con los RTO convencionales circulares o de tres lechos, el diseño rotativo cuadrado propuesto logra una utilización de almacenamiento de calor un 13% mayor, un 15% menos de área de suelo y una mejor uniformidad espacial del campo de temperatura. Las simulaciones a múltiples escalas revelan que aumentar la fracción molar de metano (CH4) de 0.012 a 0.017 eleva la temperatura máxima de 1280 K a 1350 K, reduce la altura de combustión de 1.18 m a 1.15 m y, bajo un suministro constante de oxígeno, extiende la zona de alta temperatura a 1450 K con una posición de combustión estabilizada en 1.06 +/- 0.01 m. Incorporar una cámara de combustión con expansión cónica de 15 grados aumenta la energía cinética turbulenta local en un 17.4%, acelerando la oxidación mientras se mantienen tasas de eliminación de metano > 98% dentro de un tiempo de soplado inferior optimizado de 30-90 s. Este estudio no solo proporciona umbrales de diseño validados para la oxidación de metano de ultra-baja concentración, como ventanas de temperatura, zonas de amortiguamiento y ciclos de conmutación, sino que también ofrece un marco de ingeniería para escalar sistemas RTO a aplicaciones industriales en minas de carbón. Esto avanza tanto la eficiencia de recuperación de energía como el control de emisiones de metano, demostrando claras ventajas sobre las configuraciones RTO existentes.